Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Алгоритмы компенсации внешних детерминированных возмущений в линейных системах

Диссертация: Алгоритмы компенсации внешних детерминированных возмущений в линейных системах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Работа выполнена на Кафедре систем управления и информатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики в рамках госбюжетной темы № 10 110 &bdquo-Разработка методов и алгоритмов управления с адаптивной компенсацией внешних возмущений" — хоз. договорной научной темы 77 500 &bdquo-Адаптивное и гибридное управление двигателями внутреннего сгорания… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОБЗОР МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ ВНЕШНИХ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
    • 1. 1. Постановка задачи компенсации возмущений
    • 1. 2. Методы компенсации детерминированных возмущений
      • 1. 2. 1. Компенсация возмущений на основе принципа управления по отклонению
      • 1. 2. 2. Компенсация возмущений на основе принципа управления по возмущению
    • 1. 3. Системы управления с компенсацией детерминированных возмущений
  • 2. ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРА КОМПЕНСАЦИИ ВОЗМУЩЕНИЙ
    • 2. 1. Регулятор непрерывного времени
      • 2. 1. 1. Постановка задачи компенсации возмущений
      • 2. 1. 2. Математический инструментарий
      • 2. 1. 3. Алгоритм управления
      • 2. 1. 4. Результаты моделирования
    • 2. 2. Регулятор дискретного времени
      • 2. 2. 1. Постановка задачи
      • 2. 2. 2. Алгоритм управления
      • 2. 2. 3. Результаты моделирования
      • 2. 2. 4. Процедура автоматизированного синтеза и ее программная реализация
  • 3. ОПЕРАТОРНЫЙ МЕТОД ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СИНТЕЗА РЕГУЛЯТОРОВ СТАБИЛИЗАЦИИ И КОМПЕНСАЦИИ ВОЗМУЩЕНИЙ
    • 3. 1. Постановка задачи
      • 3. 1. 1. Проблема эффективного подавления внешних возмущений в широкополосном диапазоне
      • 3. 1. 2. Способы повышения эффективности подавления внешних возмущений
      • 3. 1. 3. Формальная постановка задачи
      • 3. 1. 4. Структура регулятора стабилизации
    • 3. 2. Структура регулятора компенсации
    • 3. 3. Результаты моделирования
  • СИСТЕМА АКТИВНОЙ ВИБРОЗАЩИТЫ
    • 4. 1. Обзор систем активной виброзащиты
      • 4. 1. 1. Принципы построения систем виброзащиты
      • 4. 1. 2. Краткий исторический обзор
      • 4. 1. 3. Гидравлическая CAB
      • 4. 1. 4. Пневматическая CAB
      • 4. 1. 5. Электромагнитная CAB
      • 4. 1. 6. Магнитоэлектрическая CAB
      • 4. 1. 7. Пьезоэлектрическая CAB
    • 4. 2. Конструкция CAB и постановка задачи
    • 4. 3. Математическая модель виброзащитной опоры
      • 4. 3. 1. Полная математическая модель виброзащитной опоры
      • 4. 3. 2. Переход к модели усредненного значения магнитного поля
      • 4. 3. 3. Линеаризация математической модели
      • 4. 3. 4. Экспериментальная проверка и расчет параметров
    • 4. 4. Синтез алгоритмов управления CAB
      • 4. 4. 1. Контур потока
      • 4. 4. 2. Контур стабилизации (демпфирования собственных колебаний)
      • 4. 4. 3. Контур компенсации возмущений

Алгоритмы компенсации внешних детерминированных возмущений в линейных системах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Предметом исследований диссертационной работы являются алгоритмы компенсации внешних детерминированных возмущений в линейных системах.

Задача компенсации внешних детерминированных возмущений имеет большое значение для теории и практики систем автоматического управления. В частности, такая задача актуальна в машиностроении, оптическом производстве, судостроении и т. д. Решению данной задачи посвящена обширная техническая литература. Были предложены различные методы и подходы. Один из подходов к ее решению состоит в использовании принципа внутренней модели [52, 53, 47, 39]. В соответствии с данным принципом, внешнее детерминированное возмущение рассматривается в качестве выхода автономной системы (так называемого генератора возмущений), возбуждаемого ненулевыми начальными условиями. Для полной компенсации внешнего возмущения модель его генератора должна быть соответствующим образом учтена в структуре регулятора.

В настоящее время принцип внутренней модели является хорошо разработанным для широких классов линейных [52, 53, 46, 47, 48, 39] и нелинейных систем [50, 54, 25], систем с неизвестными параметрами [24, 57, 58]. Также он нашел свое применение в задачах управления реальными техническими объектами [44, 29, 12, 2, 43, 61, 35].

Однако в подавляющем большинстве публикаций принцип внутренней модели формулируется в терминах пространства состояний. С практической точки зрения это означает применение в синтезированных системах специальных наблюдателей возмущений [34, 2, 23]. В свою очередь это затрудняет синтез регулятора компенсации внешних возмущений и ведет к усложнению схемы управления. Для инженерной практики важно развивать принцип внутренней модели, описанный в операторной форме, т.к. он позволяет упростить процедуру синтеза и формализовать автоматизированный расчет регулятора.

Литературы, описывающей принцип внутренней модели в операторной форме недостаточно. По мнению автора, здесь можно выделить работу Острема и Виттенмарка [33]. Однако авторы рассматривают частные случаи, не давая общего решения задачи. Таким образом, задача разработки операторного метода синтеза систем компенсации внешних детерминированных возмущений является актуальной как с теоретической, так и практической точки зрения.

В настоящей работе развивается операторный метод синтеза линейных регуляторов, обеспечивающих стабилизацию ОУ и компенсацию внешних детерминированных возмущений без построения явных наблюдателей. Метод основан на решении полиномиального уравнения специального вида и ведет к получению конструктивного решения. Данное обстоятельство делает возможным автоматизированный синтез закона управления.

В отличие от метода одновременного синтеза метод последовательного синтеза основан на раздельном синтезе регуляторов стабилизации и компенсации внешних возмущений. Такой метод позволяет поддерживать заданные динамические показатели качества стабилизированного объекта на этапе синтеза регулятора компенсации. Также появляется возможность улучшать эффективность подавления возмущений без риска потери устойчивости замкнутой системы.

Целями диссертационной работы являются:

— развитие операторного метода синтеза регуляторов компенсации внешних детерминированных возмущений для линейных систем непрерывного и дискретного времени на основе принципа внутренней модели;

— разработка операторного метода последовательного синтеза регуляторов стабилизации динамического объекта и компенсации внешних детерминированных возмущений;

— синтез алгоритмов управления системой активной виброзащиты (САВ).

В ходе выполнения работы получены следующие научные и практические результаты:

— разработан операторный метод синтеза регулятора компенсации возмущений для объектов непрерывного и дискретного времени (гл. 2);

— разработана процедура автоматизированного синтеза регуляторов компенсации внешних детерминированных возмущений для непрерывного и дискретного времени, а также предложена программная реализация процедуры синтеза (п. 2.2.4);

— разработан операторный метод последовательного синтеза регуляторов стабилизации и компенсации внешних возмущений для объекта непрерывного времени (гл. 3);

— синтезирован алгоритм управления системой активной виброзащиты (гл. 4).

Практическая значимость.

Результаты, полученные в диссертационной работе, использовались при разработке системы управления экспериментальной установкой системы активной виброзащиты, созданной в ГРН РФ ЦНИИ &bdquo-Электроприбор" .

Работа выполнена на Кафедре систем управления и информатики Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики в рамках госбюжетной темы № 10 110 &bdquo-Разработка методов и алгоритмов управления с адаптивной компенсацией внешних возмущений" - хоз. договорной научной темы 77 500 &bdquo-Адаптивное и гибридное управление двигателями внутреннего сгорания" - по персональному гранту № М03−3.11К-68 &bdquo-Алгоритмы компенсации внешних детерминированных возмущений в динамических системах" студентов, аспирантов и молодых и специалистовпо персональному гранту № АОЗ-3.16−319 &bdquo-Компенсация внешних возмущений в динамических системах" для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Минобразования России научного направления &bdquo-Автоматика и телемеханика", а также по индивидуальному договору подряда с ГРН РФ ЦНИИ &bdquo-Электроприбор «.

Апробация работы.

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXXII и XXXIV научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУИТМО (2003 и 2005 гг.), на 10-й Международной студенческой олимпиаде по автоматическому управлению ВОАС'2004 (Санкт-Петербург, 2004 г.), на V и VII конференциях молодых ученых &bdquo-Навигация и управление движением" (Санкт-Петербург, 2003 и 2005 гг.).

Публикации работы.

По материалам диссертационной работы опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы.

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, приложение и список литературы, насчитывающий (62) наименования. Основная часть работы изложена на (145) страницах машинописного текста.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе проведен анализ существующих методов компенсации внешних возмущений. Развит принцип внутренней модели. Предложен алгоритм раздельного синтеза регулятора стабилизации объекта управления и компенсации внешних детерминированных возмущений, основанный на решении полиномиального уравнения специального вида. Написаны программы автоматизированного расчета закона управления.

На защиту выносятся следующие положения диссертационной работы:

— операторный метод синтеза регулятора компенсации возмущений для объектов непрерывного и дискретного времени;

— процедура автоматизированного синтеза регуляторов компенсации внешних детерминированных возмущений для непрерывного и дискретного времени, а также программная реализация процедуры синтеза;

— операторный метод последовательного синтеза регуляторов стабилизации и компенсации внешних возмущений для объекта непрерывного времени;

— алгоритм управления системой активной виброзащиты.

Дальнейшее развитие представленного в диссертационной работе подхода, по мнению автора, должно состоять:

— в развитии последовательного синтеза регуляторов стабилизации и компенсации полигармонических возмущений;

— в разработке методов адаптивной компенсации возмущений с неизвестной моделью.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Т.А., Алишеров С., Оморов Р. О., Ушаков A.B. Матричные уравнения в задачах управления и наблюдения непрерывных объектов. Бишкек: Илим, 1991. — 61 с.
  2. .Р., Фрадков A.J1. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. -СПб.: Наука, 1999. 468 с.
  3. Весекерский В. А, Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Изд-во &bdquo-Наука", 1975. — 768 с.
  4. A.A., Мирошник И. В. Линейные системы автоматического управления. — СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2001. -247 с.
  5. А.И. Современное состояние и тенденции развития теории и практики активного гашения волновых полей // Приборы и системы управления. 1997. No 12. — С. 59 — 70.
  6. А.И. Аппаратная реализация нейроадаптивных систем активного управления волновыми полями в промышленном стандарте РС-100 // Информационые технологии. 1998. № 12. -С. 13 17.
  7. М.Д., Елезов В. Г., Яблонский В. В. Методы активного гашения вибраций механизмов. В сб.: Динамика и акустика машин. М.: Наука. 1971. — С. 70 — 87.
  8. М.Д., Елезов В. Г., Яблонский В. В. Особенности некотрых схем активной виброизоляции с комбинированным управлением. //В сб.: Акустическая динамика машин и конструкций. — М.: Наука, 1971. С. 61 — 65.
  9. М.Д., Елезов В. Г., Яблонский В. В. Методы управляемой виброзащиты машин. — М.: Наука, 1985. 128 с.
  10. И.Ф., Фролов К. В. Теория вибрационной техники и технологии. — М.: Наука, 1981. 229 с.
  11. И.Е., Никифоров В. О., Сергачев И. В. Математическая модель виброизолированной опоры с электромагнитным активным элементом //Мехатроника, автоматизация и управление. 2003. № 1. С. 6 — 16.
  12. В.Н., Мирошник И. В., Скорубский В. И. Системы автоматического управления с микроЭВМ J1.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989. — 283 с.
  13. В.Г. Виброизолирующая опора с электромеханической системой регулирования //В сб.: Виброакутсические процессы в машинах и присоединенных конструкциях. — М.: Наука, 1974. -С. 66 75.
  14. C.B., Нерубенко Г. Д. Динамические гасители колебаний. — Новосибирск: Наука, 1982. 144 с.
  15. B.C. Защита РЭА и прецизионного оборудования от внешних воздействий. — М.: Радио и связь, 1982. 187 с.
  16. A.B. Средства снижения вибрации и шума на судах. — СПб.: Изд-во ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова, 2000. 523 с.
  17. М.З. Автоматическое управление виброзащитными системами. — М. Наука, 1976. 215 с.
  18. Ю.А., Туманов Ю. А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппаратуры. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ие, 1986. 221 с.
  19. Г. В., Никифоров В. О. Алгоритм компенсации внешних детерминированных возмущений: операторный метод синтеза //Научно-технический вестник СПбГИТМО (ТУ) / под ред. Гатчина Ю. А. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2003. — Вып. 10. -С. 5 — 9 .
  20. Г. В., Никифоров В. О., Сергачев И. В. Метод внутренней модели в задаче активной виброзащиты. Научно-технический вестник СПбГУИТМО. В печати.
  21. Г. Д. Об одной теореме для аналитических функций и ее обобщение для волновых потенциалов // III Всес. симпоз. по дифракции волн. — М.: Наука, 1964.
  22. И.В., Никифоров В. О. Синтез линейных систем автоматического управления. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2000. -80 с.
  23. В.О. Адаптивная стабилизация линейного объекта, подверженного внешним детерминированным возмущениям // Известия РАН. Теория и системы управления, 1997. № 2. — С. 103 — 106.
  24. В.О. Нелинейная система управления с компенсацией внешних детерминированных возмущений // Известия РАН. Теория и системы управления, 1997. № 4. — С. 69 — 73.
  25. В.О., Гутнер И. Е., Сергачев И. В. Демпфирование собственных колебаний виброизолированной опоры. // Известия вузов. Приборостроение. 2003. № 1. С. 15 21.
  26. В.О., Гутнер И. Е., Сергачев И. В. Система активной виброзащиты: разработка, результаты испытаний и перспективы развития. // Мехатроника, автоматизация и управление, 2004. -№ 2. С. 13 — 22.
  27. В.О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмущений. СПб.: Наука, 2003. — 285 с.
  28. В. О., Дроздов В. Н. Адаптивное управление мехатронным поворотным столом / / Мехатроника, автоматизация и управление, 2002. Часть I № 4. Часть II
  29. В.О., Лукьянова Г. В., Сергачев И. В. Системы активной виброзащиты //Сборник научных статей &bdquo-Современные технологии" /под ред. Козлова. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2002. -С. 47 — 60.
  30. В.О., Лукьянова Г. В. Стабилизация линейного объекта с компенсацией детерминированных возмущений //Известия ВУЗов. Приборостроение. 2004. Т. 47, № 6 — С. 22 -26.
  31. Г. Л., Юдин Е. Я., Хюбнер Г. и др. Снижение шума в зданиях и жилых районах /Под ред. Е. Я. Юдина. — М.: Стройиздат, 1987. 558 с.
  32. К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ. — М.: Мир, 1987. 480 с.
  33. Синтез дискретных регуляторов при помощи ЭВМ. Григорьев В. В., Дроздов В. Н., Лаврентьев В. В., Ушаков A.B. Л.: Машиностроение, 1983. — 120 с.
  34. .Д. Импедансные и энергетические характеристики многоканальной системы электромеханической компенсации вибраций и звукового поля // В сб.: Колебания, излучение и демпфирование упругих структур. — М.: Наука, 1973. С. 201 — 208.
  35. .Д. Компенсация колебаний одномерных структур. / В сб.: Колебания, излучение и демпфирование упругих структур. — М.: Наука, 1973. С. 188 — 200.
  36. .Д. Многоканальная система электромеханической обратной связи общего вида (для демпфирования колебаний). / В сб.: Колебания, излучение и демпфирование упругих структур. — М.: Наука, 1973. С. 162 — 173.
  37. М. Линейные многомерные системы управления. Геометрический подход. М.: Наука, 1980. — 376 с.
  38. К.В., Фурман Ф. А. Прикладная теория виброзащитных систем. — М.: Машиностроение, 1980. 276 с.
  39. Ф.А. Активные гидравлические вибрационные системы // Вестник машиностроения. 1972. J№ 5. — С. 31 — 34.
  40. Ю.И. Гидравлические системы защиты человека-оператора от общей вибрации. М.: Машиностроение, 1987. — 87 с.
  41. Aglietti G.S., Stoustrup J., Langley R.S., Rogers E., Gabriel S.B. Modelling and feedback control of microvibrations. Active sound and vibration: Theory and applications, Institution of Electrical engineers. London, 2002. P. 241 — 274.
  42. Buchner H. J., Hemami H. Servocompensation of disturbance in robotic systems // International Journal of Control, 1988. vol. 48. — P. 53 — 65.
  43. Davison E.J. The output control of linear time-invariant multi variable systems with unmesurable arbitrary disturbances. IEEE Transaction on automatic control. October 1972. vol. AC-17, No. 5. — P. 621 — 629.
  44. Davison E.J. The robust decentralized control of a general servomech-anism problem. IEEE Transaction on automatic control, February 1976. vol. AC-21, No. 1. — P. 14 — 24.
  45. Davison E.J. The robust control of a servomechanism problem for linear time-invariant multivariable systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1976. vol. 21, No. 1. — P. 25 — 34.
  46. Davison E.J. The steady-state invertibility and feedforward control of linear time-invariant systems. // IEEE Transactions on Automatic Control. August 1976. vol. AC-27, No. 1. — P. 529 — 537.
  47. Elliott S.J. Adaptive methods in active control. Active sound and vibration: Theory and applications, Institution of Electrical engineers. London, 2002. P. 57 — 72.
  48. Di Benedetto M.D. Synthesis of an internal model for nonlinear output regulation // International Journal of Control. 1987. vol. 45, P. 235 — 247.
  49. Jessel M.J.M. Sur les absorbeus actifs // Proceedings 6th Internotion-al Congress Acoustics, paper F-5−6.82, Toyo, 1968.
  50. Jhonson C.D. Accomodation of external disturbances in linear regulator and servomechanis, problems. IEEE Transactions and automatic control. December 1971. vol. AC-16, No. 6. — P. 635 — 644.
  51. Francis B.A., Wonham W.M. The internal model principle for linear multivariable regulators // Applied Mathematics and Optimization, 1975.-No. 2,-P. 87−91.
  52. Khalil H.K. Robust servomechanism output feedback controller for feedback linearizable systems // Automatica, 1994. vol. 30, No. 10.
  53. Lueg P. Process of silencing sound oscillations. Патент США, 179−1, № 2.034.44.27.01.33.
  54. Loukianova G.V. Computer-aided design of controller compensating external disturbances. Preprints of 10th International of Student Olympiad on Automatic Control (Baltic Olympiad). St-Petersburg, 2004. P. 95 — 100.
  55. Nikiforov V.O. Adaptive non-linear tracking with complete compensation of unknown disturbances // European Journal of Control. 1998. vol. 4, — No. 2. — P. 132−139.
  56. Nikiforov V.O. Nonlinear servocompensation of unknown external disturbances // Automatica. 2001. vol. 37. — P. 1647 — 1653.
  57. Olson H.F. Electronic control of noise, vibration and reverberation. // JASA. 1956. vol. 28. — P. 966 — 972.
  58. Simshauer E.D., Hawley M.E. The noise-cancelling headset, an active car defended. JASA. 1995. vol. — 27. № 1. — P. 207.
  59. Veres S.M. Model-based control design for AVC. Active sound and vibration: Theory and applications, Institution of Electrical engineers. London, 2002. P. 135 — 158.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!