102-144_iz_168_referaty_KMU
.pdf
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
|
МАТЕРИАЛЫ |
|
|
XVI КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ |
|
|
«НАВИГАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ» |
|
11-14 марта 2014 г. в ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), Международной общественной организации «Академия навигации и управления движением» (АНУД), Национального исследовательского университета «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики», СанктПетербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и СанктПетербургской группы Российского Национального комитета по автоматическому управлению проведен первый этап XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением».
Доклады были распределены по 11 секциям:
•гироскопические системы;
•чувствительные элементы систем навигации и управления;
•прикладные задачи навигации и управления движением;
•теория и системы управления;
•обработка информации в навигационных системах;
•обработка информации в гидроакустике и радиолокации;
•интегрированные и спутниковые навигационные системы;
•электронные и электромеханические устройства систем навигации и управления;
•микромеханические датчики, системы и технологии;
•интеллектуальные системы навигации и управления;
•современные методы и технологии проектирования в приборостроении;
•информационные технологии на предприятиях навигационного приборостроения.
Вработе конференции приняли участие 318 человек. Прочитаны 4 обзорные лекции. Заслушано 135 докладов из 41 организации 10 городов России (Арзамас, Долгопрудный, Екатеринбург, Иркутск, Королев МО, Москва, Раменское, Санкт-Петербург, Саратов, Снежинск) и одной организации республики Беларусь (Минск).
С июня по октябрь 2014 г. в Интернете пройдет в т о р о й |
этап конференции – |
«Форум», где происходит диалог между авторами и читателями. |
|
С 22 – 26 сентября 2014 г. будет проходить т р е т и й этап |
– выездной междуна- |
родный семинар на базе ЦНИИ «Электроприбор» (Ленинградская область, Приозерский район, берег Ладожского озера, мыс Черемухин). В формате семинара предусмотрены обзорные лекции ведущих российских и зарубежных ученых в области теории и практики построения современных систем навигации и управления и выступления молодых ученых. Рабочий язык семинара – английский.
По итогам подведение итогов Интернет-форума и с учетом результатов проведенной дискуссии на семинаре будет сформирован сборник материалов конференции.
В настоящем журнале публикуются рефераты докладов, сделанных на п е р в о м этапе конференции.
102 |
Гироскопия и навигация |
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
Р е ф е р а т ы д о к л а д о в
Секция «ГИРОСКОПИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»
УДК 621.398.694.4-531.77
А.Ю. СОКОЛОВ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»,
С.-Петербург). Результаты разработки алгоритма оценивания погрешностей датчиков углов карданной инерциальной навигационной системы. Представлены ре-
зультаты разработки алгоритма оценивания погрешностей датчиков углов, используемых для съёма информации об угловом положении колец карданова подвеса инерциальной навигационной системы (ИНС). Измерительным сигналом служит автономное измерение, представляющее собой разность расчётного и измеренного косинусов угла между векторами кинетических моментов гироскопов. В качестве процедуры оценивания используется линейный фильтр калмановского типа. Рассмотрены особенности реализации предлагаемого алгоритма в штатном программном обеспечении ИНС и дана оценка его точностных характеристик по результатам моделирования и стендовых испытаний ИНС как на неподвижном основании, так и на качке. Выбран диапазон изменения углов разворота кардановых колец, при которых задача оценивания решается за минимальное время
УДК 629.12.054
А.Н. ДЗЮБА (СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электропри-
бор», С.-Петербург). Анализ погрешностей определения параметров нерегулярной качки для двух вариантов измерительной схемы волномерного буя. В работе про-
водится сравнительное моделирование погрешностей определения ориентации для двух вариантов измерительной схемы волномерного буя. Первый вариант построения основан на использовании физического демпфированного маятника. Второй вариант − реализация гиромагнитной курсовертикали на базе микромеханических, магнитометрических и инерциальных датчиков.
Представлены алгоритмы расчета параметров ориентации, используемые в двух вариантах систем, а также результаты математического моделирования погрешностей определения ориентации и вертикального ускорения буя в условиях нерегулярной качки.
УДК 656.2
Д.В. СУНГУРОВ, Р.В. ШАЛЫМОВ (СПбГЭТУ «ЛЭТИ»). Инерциальный метод
диагностики рельсового пути с учетом состояния поверхностей катания колес ва-
гона. Работа посвящена вопросам диагностики рельсового пути с учетом взаимодействия в системе колесо-рельс. Рассматриваются основные дефекты поверхности катания колёс и рельсового пути, а также причины их возникновения. Анализируется взаимное влияние процессов в системе колесо-рельс, приводящих к образованию неровностей на ободе колеса и головке рельса. Приводится алгоритм инерциальной диагностики рельсового пути с учетом состояния поверхности катания колеса. В результате обработки данных, полученных в ходе экспериментальных проездов малогабаритной инерциальной системы диагностики рельсового пути, подтверждается адекватность предложенного алгоритма.
№ 2 (85), 2014 103
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
УДК 381:53.08:519
К.С. ГОРОХОВСКИЙ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», СПбГЭТУ «ЛЭТИ», С.-Петербург), М.Д. КУДРЯВЦЕВ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн
«ЦНИИ «Электроприбор», С.-Петербург). Эталонная установка для динамических измерений углового положения платформы: первый этап калибровки. Эталонная установка для измерений углового положения платформы состоит из источника оптических сигналов, содержащего две голографические призмы (многозначные меры плоского угла), и регистратора, включающего два ряда ПЗС-линеек (по 10 линеек в каждом). Устройство реализует метод непосредственного сравнения измеряемого угла с мерой. Калибровка устройства предусматривает: проверку стабильности устройства в целом; калибровку каждой из двух голографических призм и их сборки в целом; калибровку ПЗС-регистратора; калибровку устройства в целом.
На первом этапе калибровки проверяется стабильность устройства в целом. Методика проверки заключается в измерении разброса показаний устройства при многократном возвращении платформы, с установленным на ней источником сигналов, в фиксированное положение. Возвращение в исходное положение контролируется по автоколлиматору. Оценено стандартное отклонение разброса показаний устройства, которое не превышает 2». Разброс обусловлен не только собственно нестабильностью устройства, но также люфтом оси платформы в подшипниках и переменным сдвигом осей оптических лучей при их преломлении на стеклянном покрытии ПЗС-линеек.
Таким образом, можно ожидать, что оценка нестабильности устройства окажется заметно ниже указанной.
УДК 531.746
Я.И. БИНДЕР (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО, С.-Петербург), А.С. ЛЫСЕНКО (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электро-
прибор», С.-Петербург). Алгоритм работы гироинклинометра, построенного по продольной схеме, для вертикальных участков скважин. Наличие шумов акселеро-
метров, конечная частота дискретизации измерительной информации накладывают ограничения на работоспособность гироинклинометра (ГИ), построенного по продольной схеме, на вертикальных участках скважин. Для повышения универсальности ГИ дополняется бюджетным микромеханическим гироскопом (ММГ). Однако низкая точность существующих ММГ приводит к быстрому росту ошибки координат, и для снижения этой ошибки необходимо проводить частые остановки с целью проведения ZUPTкоррекций (по нулевой скорости) ММГ и перехода в режим гирокомпасирования для сброса накопленной ошибки угла азимута.
Предлагается алгоритм работы ГИ для вертикальных участков скважин, позволяющий оценивать погрешность ММГ в процессе движения прибора по стволу скважины. Применение этого алгоритма позволяет отказаться от ZUPT-коррекций, увеличить продолжительность работы на вертикальных участках и, в ряде случаев, отказаться от проведения гирокомпасирования в процессе непрерывной съемки скважин.
УДК 681.2
А.А. ГУСЬКОВ, И.В. НОРИНСКАЯ (АПИ НГТУ им. Р.Е.Алексеева, г. Арзамас).
Исследование влияния ошибки стабилизации гироплатформы на точность определения азимутального угла гироскопическим инклинометром. Рассматривается метод повышения точности определения азимутального угла гироинклинометром ИГН73-100/80. По результатам эксплуатации прибора установлено, что изменение ошибки стабилизации гироплатформы вызывает сдвиг фазы в сигнале датчика угловой скорости, что приводит к погрешности определения азимутального угла. С целью изучения влияния ошибки стабилизации на точность определения азимутального угла получена математическая модель датчика информации. По результатам моделирования разработан метод компенсации погрешности датчика угловой скорости, вызванной
104 Гироскопия и навигация
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
ошибкой стабилизации гироплатформы, заключающийся в измерении напряжения, пропорционального углу ошибки стабилизации, расчете величины ошибки стабилизации и ее учете при измерении угловой скорости.
Предложенный метод, за счет введения дополнительных связей в аппаратную часть прибора и новых алгоритмов в программное обеспечение, позволяет повысить точность определения азимутального угла при исследовании протяженных наклоннонаправленных и горизонтальных скважин.
УДК 536.2, 629.5
Д.С. ГРОМОВ, А.П. ЧАПУРСКИЙ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «Электроприбор»,
С.-Петербург). Термостабилизация бесплатформенной инерциальной навигационной системы на основе волоконно-оптических гироскопов. Представлены результа-
ты исследования способа термостабилизации и защиты от внешних тепловых воздействий бесплатформенной инерциальной навигационной системы, построенной на основе волоконно-оптических гироскопов. Рассмотрен вариант обеспечения термостабилизации, выбраны исполнительные элементы системы термостабилизации, рассчитаны параметры радиаторов для интенсификации теплообмена в ней. В современном программном обеспечении проведены расчеты тепловых режимов навигационной системы с учетом работы системы термостабилизации. Проведено сравнение результатов текущих и ранее выполненных исследований и расчетов, сделаны выводы об эффективности использования представленного метода в целях улучшения точностных характеристик навигационной системы. Приведены конструкторские обоснования возможности изготовления предложенной системы термостабилизации и использования её применительно к уже существующей навигационной системе.
УДК 621.398.694.3
И.Е. ТАРЫГИН, А.В. КОЗЛОВ (Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова). Об оценивании параметров температурных зависимостей при калибровке инерциальных измерительных блоков на грубых стендах. Работа по-
священа развитию метода калибровки инерциальных измерительных блоков на грубых стендах с горизонтальной осью вращения. Разработаны модели, учитывающие температурные зависимости инструментальных погрешностей инерциальных датчиков при калибровке в условиях изменяющейся температуры. Их использование позволяет существенно сократить общее время проведения экспериментов, так как не требует времени для ожидания окончания переходных тепловых процессов.
Задача определения инструментальных погрешностей инерциальных датчиков сведена к задаче оптимального оценивания вектора состояния линейной динамической системы по измерениям. Коэффициенты температурной зависимости включаются в вектор состояния системы. При изменении температуры они являются наблюдаемыми компонентами вектора состояния.
Алгоритмы оценивания температурных зависимостей реализованы и протестированы на смоделированных записях показаний инерциальных датчиков.
УДК 656.2
А.А. МЕДВЕДКОВ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Универ-
ситет ИТМО, С.-Петербург). Влияние начальной ориентации полярного бескарданного электростатического гироскопа на точность определения курса. Рассмат-
ривается гирокомпас, в состав которого входит бескарданный гироскоп с электростатическим подвесом ротора. Во время начальной выставки продольная ось корпуса и вектор кинетического момента ротора гироскопа ориентируются по оси Мира. Погрешности начальной выставки корпуса и вектора кинетического момента гироскопа влияют на точность выработки курса.
№ 2 (85), 2014 |
105 |
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
В работе приводятся аналитические решения и результаты моделирования по задаче определения погрешности курса при наличии рассогласования между продольной осью корпуса и направлением вектора кинетического момента гироскопа.
УДК 531.383-11
В.П.СИДОРОВ, П.Д.ЗОЛОВ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»,
С.-Петербург). Исследование возможности создания системы стабилизации на микромеханическом гироскопе. В настоящее время осуществляются попытки снижения стоимости систем гиростабилизации за счет применения в них микромеханических гироскопов. В докладе анализируется возможность применения микромеханических датчиков в системах гироскопической стабилизации косвенного (гироскоп расположен на корпусе устройства) и непосредственного (гироскоп расположен на стабилизируемой платформе) типов.
В результате проведенного анализа для реализации выбран вариант непосредственной стабилизации и изготовлен макет, в котором в качестве чувствительных элементов могут независимо использоваться микромеханические датчики AD16060, микромеханический гироскоп ЭП2 или волоконно-оптический гироскоп ВГ910Н. Сравнительные испытания систем стабилизации на различных гироскопах показали наличие временного запаздывания в канале измерения угловой скорости платформы с помощью микромеханического гироскопа ЭП2. Для уточнения величины запаздывания предложена методика его определения с помощью волоконно-оптического гироскопа.
УДК 531.383–11:687.7
Н.Н. МОШКИН (ГНЦ РФ ОАО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО, С.-Петербург). О расчете зависимости величины «восточного» дрейфа бес-
карданной инерциальной навигационной системы на волоконно-оптических гироскопах от угловой скорости вращения измерительного блока. Рассматривается за-
дача аналитического расчета величины «восточного» дрейфа в зависимости от угловой скорости вращения инерциального измерительного модуля (ИИМ). Вращение ИИМ вводится в целях повышения наблюдаемости «восточного» дрейфа на фоне начальной погрешности по курсу, при использовании разностных скоростных измерений, получаемых при коррекции ИИМ от спутниковой навигационной системы (СНС). Аналитическая модель строится из предположения о том, что шулеровские и суточные колебания ИИМ задемпфированы, погрешности по параметрам ориентации и навигационным параметрам ограничены, используя позиционную и скоростную коррекцию от СНС, углы качек малы. Для аппроксимации модели дрейфов гироскопов используются винеровская и марковская модели. В работе аналитически показано, что при наличии вращения блока ИИМ в азимуте дрейфы гироскопов оцениваются, что приводит к увеличению точности курса. Результаты аналитического исследования подтверждаются данными имитационного моделирования алгоритмов работы ИИМ с коррекцией от СНС.
УДК 629.05
В.И. МКРТЧЯН (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва). Алгоритм интегрированной бесплатформенной курсовертикали на микромеханических датчиках. Сравнивают-
ся два способа реализации алгоритма бесплатформенной системы ориентации (курсовертикали), чувствительными элементами которой являются микромеханические датчики низкого класса точности. Один из них основан на использовании в цепи обратной связи сигналов акселерометров, входящих в состав системы. При этом решение является автономным. В другом алгоритме используется информация от спутниковой навигационной системы. Испытания алгоритмов осуществлялись на летательном аппарате типа вертолет (Ми-8). В условиях высокоманевренного полета коррекция от спутнико- вой системы позволяет получить меньшие ошибки углов крена и тангажа. Среднеквад-
106 Гироскопия и навигация
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
ратичное отклонение от истинных значений по углам крена и тангажа составило 0.2 … 0.5° в случае коррекции курсовертикали от спутниковой системы и 0.5 … 1.0° при использовании сигналов акселерометров. При крейсерском полете использование сигналов акселерометров и коррекция от спутника дают схожий по точности результат.
КОНКУРС «УМНИК»
УДК 681.5.08
А.А. БЕЛОГУРОВ, Я.В.БЕЛЯЕВ (ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электропри-
бор», С.-Петербург). Использование зондовой станции для исследования характе-
ристик кристаллов на пластине. Исследование и отбраковка кристаллов микромеханических чувствительных элементов, в том числе расположенных на пластине, возможна только с использованием зондовой станции и прецизионных измерительных приборов. В работе приведены методики использования зондовой станции, функциональные блок-схемы экспериментов, а также результаты измерений основных характеристик кристаллов – вольт-фарадных характеристик и сопротивлений. Использование совместно с разработанными методиками управляющих программ для обеспечения автоматических измерений позволило существенно сократить время тестирования кремниевых пластин с кристаллами.
УДК 656
Е.В. ШАЛЫМОВ (СПбГЭУ «ЛЭТИ»). Микрооптический гироскоп. Целью рабо-
ты является создание микрооптического гироскопа (МОГ), использующего фазовую характеристику кольцевого интерферометра для измерения угловой скорости. Обсуждается принцип действия МОГ, на основе использования его амплитудной характеристики для определения разности собственных частот резонатора интерферометра, пропорциональной угловой скорости. Анализируются характеристики кольцевого интерферометра с одной петлей связи между резонатором и вспомогательным волноводом и приводятся результаты его математического моделирования. В качестве альтернативы - рассматривается возможность создания МОГ, использующего фазовую характеристику. Подобный подход позволяет снизить потери кольцевого интерферометра а, следовательно, повысить точность измерений, сохраняя вероятность обнаружения резонансных частот.
УДК 681.518; 004.451.5
А.И. БАЛАНДИН, Е.В. ШАХОВЦЕВ (Филиал ФГУП «ЦЭНКИ» - «НИИ ПМ имени академика В. И. Кузнецова», МГТУ имени Н. Э. Баумана; Московская академия оценки и консалтинга). Перспективная автоматизированная система информационного обеспечения испытаний гироскопических приборов. Современный уровень развития приборов систем управления оказывает существенное влияние на трудоемкость испытаний. Для сокращения времени, затрачиваемого на проведение испытаний, предлагается перспективная автоматизированная система информационного обеспечения, отличающаяся возможностью автоматизированного проведения испытаний, удаленного сбора в базу данных и обработки испытательной информации а так же возможностью коллективной работы пользователей.
Использование предлагаемой системы позволит собирать информацию с нескольких испытательных стендов в общую базу данных, содержащую всю информацию об испытаниях.
Вычислительные алгоритмы включают в себя расчет характеристик гироприбора по методикам, указанным в технических условиях и формируют протоколы испытаний. Web – сервер позволяет осуществлять удаленное управление испытательными стенда-
№ 2 (85), 2014 107
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
ми, взаимодействие с базой данных, обеспечивает выполнение программ вычисления. Удаленное соединение осуществляется с использованием локальной сети предприятия или сети Интернет, что сводит требования к рабочей станции пользователя к обеспечению работы с Интернет-браузером.
Секция «ТЕОРИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ»
УДК 517.977.55
Н.С. ЖИВОТНЕВ, В.О. РЫБИНСКИЙ (СПбГМТУ, С.-Петербург). L2-
оптимизация и фиксированные полюса для системы цифрового управления мор-
ским подвижным объектом. В работе рассматривается задача синтеза оптимального дискретного регулятора, обеспечивающего минимум интеграла от квадрата переходного процесса при нулевой начальной энергии для морского подвижного объекта (L2- оптимизация). Устанавливается, что среди полюсов замкнутой L2-оптимальной системы содержится подмножество фиксированных полюсов, определяемых только свойствами полюсов некоторых непрерывных элементов системы. Предлагаемый алгоритм оптимизации основан на применении концепции параметрической передаточной функции и преобразования Лапласа в непрерывном времени. Приводится расчетный пример L2- оптимизации системы управления морским подвижным объектом. Выработаны рекомендации по выбору критических элементов системы.
УДК 681.513.66
А.В. КАРЕВ (ОАО «Концерн «НПО «Аврора», С.-Петербург). О методике оценки
допустимых параметрических возмущений в адаптивной системе с эталонной мо-
делью пониженного порядка. Понижение порядка эталонной модели относительно порядка дифференциальных уравнений, описывающих объект управления в адаптивной системе с сигнальной адаптацией, позволяет существенно упростить структуру системы и расчет ее параметров. В работе рассматривается проблема оценки допустимого диапазона вариации параметров объекта управления. Ограничение вариаций параметров вводится с целью исключения возникновения автоколебаний. Предлагается методика, позволяющая оценить допустимые пределы вариации параметров объекта управления, при которых не возникает автоколебаний, а также установить их зависимость от параметров адаптивного регулятора. Предлагаемая методика основана на гипотезе Айзермана и критерии Гурвица. Проиллюстрированы результаты моделирования, подтверждающие работоспособность предлагаемой методики.
УДК 681.513
Ю.А. КАПИТАНЮК, А.С. КРУПЕНЬКИН, А.А. ХАСАНОВ (Университет ИТМО,
С.-Петербург). Синтез адаптивного алгоритма управления движением судна по криволинейной траектории. Цель работы состоит в синтезе адаптивного алгоритма управления движением судна по криволинейной траектории на основе метода стабилизации множеств. Для обеспечения функционирования регулятора без прямого измерения скоростей и параметров судна предлагается наблюдатель, состоящий из номинальной модели и адаптивного алгоритма, синтезированного на базе метода последовательного компенсатора. Номинальная модель представлена моделью Номото первого порядка для каждого из независимых каналов управления. Проиллюстрированы результаты моделирования и экспериментальной апробации работы адаптивной следящей системы, построенной с помощью предлагаемого подхода.
108 |
Гироскопия и навигация |
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
УДК 517.977.58
Я.В. КНЯЗЬКИН (СПбГУ). Минимизация времени курсового разворота морско-
го судна. В работе рассматриваются вопросы синтеза законов управления движением морского судна по курсу с разворотом на заданный угол, обеспечивающих минимальное время перехода за счет выбора коэффициентов регулятора. Осуществляется построение множества комбинированных управлений, состоящих из участка программного движения и движения с замыканием вспомогательной обратной связью. На базе каждого из управлений формируется основная обратная связь с учетом того факта, что моменты переключения управлений совпадают. Простота алгоритма позволяет настраивать коэффициенты непосредственно на борту судна. Работоспособность и эффективность предложенного подхода проиллюстри-рована на практическом примере с моделированием в среде MATLAB.
УДК 517.925.51
М.В. ПРИСТАВКО (СПбГУ). О робастной устойчивости системы стабилизации движения автомобиля по курсу. Работа посвящена исследованию робастных свойств систем, стабилизирующих движение автомобиля по курсу, определяемому водителем. Динамика автомобиля описывается стационарной системой линейных дифференциальных уравнений, параметры которой могут варьироваться в пределах заданных диапазонов. Для определения границ робастной устойчивости в рассмотрение вводится весовая функция, которая вместе с номинальной моделью определяет допустимый диапазон вариаций амплитудно-частотных характеристик возмущенной модели объекта. С использованием вспомогательной передаточной функции замкнутой системы строится частотная граница робастной устойчивости, позволяющая определять и сравнивать предельные допустимые диапазоны возмущений для различных регуляторов. Предложена методика анализа качества управления, основанная на исследовании амплитудночастотных характеристик замкнутой системы. На основе предлагаемой методики проведено сравнение эффективности использования различных регуляторов.
УДК 681.51
Т.А. ХАРЬКОВСКАЯ, А.С. КРЕМЛЕВ, Д.М. САБИРОВА (Университет ИТМО,
С.-Петербург). Применение интервальных наблюдателей в мехатронных и робото-
технических системах. Работа посвящена исследованию алгоритмов построения интервальных наблюдателей состояния технических объектов с параметрической и структурной неопределенностью для применения в мехатронных и робототехнических системах. Приводятся условия построения интервальных наблюдателей для рассматриваемого класса систем. Рассматривается вопрос выбора индивидуальной матрицы усиления наблюдателя. Для обеспечения кооперативности динамики ошибки интервальной оценки предлагается статическое преобразование координат. Рассматриваются возможные области применения интервальных наблюдателей в мехатронике и робототехнике. Эффективность подхода продемонстрирована с помощью компьютерного моделирования технических объектов на базе Lego Mindstorm NXT.
УДК 62-50
Ю.П. ЕМЕЛЬЯНОВА (АПИ НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Арзамас). Исследование не-
линейных дискретных 2D-систем методом векторных функций Ляпунова. Рассмат-
риваются нелинейные 2D-системы в виде моделей Роессера, Форназини−Маркезини и повторяющихся процессов. На основе нестандартного развития метода векторных функций Ляпунова с использованием дивергентного подхода получены достаточные условия экспоненциальной устойчивости таких систем. Эти условия распространяются на 2D модели указанных типов со случайными изменениями структуры. В линейном
№ 2 (85), 2014 109
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
случае эти условия выражаются в терминах линейных матричных неравенств. Показана возможность использования полученных результатов применительно к задачам синтеза управления с итеративным обучением при информационных нарушениях. Приводится численный пример расчета и моделирования вертикального канала портального робота.
УДК 62-50
М.А. ЕМЕЛЬЯНОВ (АПИ НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Арзамас). Устойчивость не-
линейных дифференциальных повторяющихся процессов. Дифференциальные по-
вторяющиеся процессы представляют собой класс моделей, применяемых для описания физических процессов, многократно воспроизводящих одинаковые действия и процессов управления с итеративным обучением. Эти модели хорошо зарекомендовали себя в рамках линейной динамики, где имеются результаты, подтвержденные экспериментально. В то же время теория устойчивости нелинейных повторяющихся процессов практически отсутствует. В настоящей работе для таких процессов вводится новое понятие устойчивости по профилю повторения, адекватно отражающее особенности их протекания. На основе метода векторных функций Ляпунова получены достаточные условия такого вида устойчивости, согласующиеся в случае линейных моделей с известными результатами линейной теории. Эти результаты затем применяются для построения алгоритмов управления с итеративным обучением при наличии неопределенных параметров и при наличии случайных отказов, которые моделируются однородной марковской цепью с конечным числом состояний. В обоих случаях конечные соотношения представлены в виде системы линейных матричных неравенств.
УДК 519.7
Ю.В. ЧУГИНА (Университет ИТМО, С.-Петербург). Управление электроэнер-
гетической сетью в условии нестационарности механической мощности. Рассмат-
ривается проблема повышения надежности электроэнергетической сети за счет обеспечения устойчивости функционирования параллельно работающих электрических генераторов. В качестве решения предлагается использование робастного децентрализованного алгоритма управления напряжением на обмотках возбуждения генераторов, осуществляющего синхронизацию системы на основании измерений относительных угловых скоростей вращения роторов генераторов. Управление реализуется в условиях параметрической неопределенности модели сети и возмущенной механической мощности, подаваемой на генераторы. Полученный алгоритм позволяет достичь малых амплитуд колебаний параметров в установившемся режиме работы с требуемой точностью, а также стабилизирует систему в случае внезапных изменений сопротивлений линий передачи.
УДК 517.977.1
К.О. ЖЕЛЕЗНОВ (ИПУ РАН им. В.А. Трапезникова РАН, Москва). Применение
метода инвариантных эллипсоидов для синтеза управления в линейной задаче слежения. Рассматривается задача слежения по состоянию для линейной системы управления. Цель управления состоит в том, чтобы свести к минимуму рассогласование между состоянием системы и задающим сигналом той же размерности, подаваемым на вход системы. При этом вся доступная информация о задающем сигнале сводится к ограничениям на величину самого сигнала и его производной.
Предлагаемый подход к синтезу управления в форме статической линейной обратной связи основан на методе инвариантных эллипсоидов, а в качестве технического средства используется аппарат линейных матричных неравенств (Linear Matrix Inequalities, LMI). Показано, что исходная задача сводится к поиску минимального инвариантного эллипсоида для вспомогательной линейной системы, подверженной воздействию ограниченных внешних возмущений. При этом в качестве критерия мини- мальности выбран критерий следа, соответствующий сумме квадратов полуосей эллип-
110 |
Гироскопия и навигация |
Материалы XVI конференции молодых ученых «Навигация и управление движением»
соида. С технической точки зрения проблема сводится к решению задачи полуопределенного программирования (Semi-Definite Programming, SDP) и одномерной оптимизации. Эффективность предлагаемого подхода продемонстрирована на примере тестовой задачи из стандартной библиотеки COMPleib.
УДК 62.50: 681.50.1
Н.А. ДУДАРЕНКО, Н.А. ПОЛИНОВА, О.В. СЛИТА (Университет ИТМО,
С.-Петербург). Влияние структуры матрицы динамики на наличие выбросов в траекториях свободного движения системы. Рассматривается свободное движение линейной многоканальной апериодической системы, характеризующейся вещественным спектром собственных чисел матрицы динамики. Исследуется влияние структуры собственных векторов матрицы динамики на норму вектора состояния на траекториях свободного движения. Установлено, что в траекториях свободного движения наблюдается выброс, если собственные векторы образуют углы, заметно отличающиеся от прямых, формируя в совокупности плохо обусловленную матрицу. Представлена геометрическая интерпретация выброса в пространстве свободных векторов. Для количественной оценки наблюдаемого выброса предлагается использовать число обусловленности матрицы собственных векторов. Показано, что существенный выброс наблюдается в том случае, когда число обусловленности больше единицы.
УДК 629.78:351.814.3
А.В. ЗЫКОВ (РКК «Энергия», г. Королев МО). Задача равномерно замедленного раскрытия весомого троса на орбите Земли. Рассматривается модель выпуска полот-
на солнечного паруса, в рамках которой парус, раскрываемый из уложенного состояния, представляется в виде четырех выпускаемых тросов. На начальном этапе развертывания солнечного паруса при учете центральной симметрии конструкционного расположения катушек с тросами, моделируется выпуск одного из тросов в предположении, что все остальные тросы выпускаются синхронно и система управления выпуском обеспечивает динамическую симметрию процесса. Приведено дифференциальное уравнение малых поперечных колебаний в плоскости вращения точечной массы на невесомом тросе в процессе выпуска из вращающегося центрального блока. Получено аналитическое решение линеаризованного уравнения выпуска точечной массы, выраженное через функции Бесселя при равномерном выпуске и через гипергеометрические функции при равномерно замедленном выпуске. Проведено численное моделирование с равномерным и равномерно замедленным выпусками для различных моделей выпуска:
•трос представлен в виде невесомой нерастяжимой нити с весомым грузом на свободном конце;
•трос представлен в виде совокупности материальных точек, последовательно соединенных невесомыми нерастяжимыми нитями;
•трос представлен в виде совокупности материальных точек, последовательно соединенных невесомыми нерастяжимыми нитями с переменным расстоянием между последними «шариками».
Проведенные исследования доказывают, что в сравнение с равномерным выпуском равномерно замедленный выпуск приводит к намного меньшим амплитудам поперечных колебаний троса после окончания процесса выпуска.
УДК 681.513.6
А.А. ЛОСЕНКОВ, С.В. АРАНОВСКИЙ (Университет ИТМО, С.-Петербург). Ме-
тод адаптивной компенсации мультисинусоидальных возмущений. Рассматривает-
ся линейный стационарный объект, подверженный действию внешнего детерминированного возмущения. Модель объекта полагается известной. Объект устойчив, однако его передаточная функция может содержать неустойчивые нули. Возмущение пред-
№ 2 (85), 2014 |
111 |