Например, Бобцов

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПО ВЫХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО ОБЪЕКТА С НЕИЗВЕСТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И ДИНАМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 681.51.015 АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПО ВЫХОДНОЙ ПЕРЕМЕННОЙ ДЛЯ ЛИНЕЙНОГО
ОБЪЕКТА С НЕИЗВЕСТНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ И ДИНАМИЧЕСКОЙ РАЗМЕРНОСТЬЮ А.А. Бобцов, А.А. Пыркин

Обсуждается подход к управлению по выходу линейными объектами с неизвестными параметрами и динамической размерностью математической модели. Предлагается новый закон управления в неопределенных условиях для более широкого класса допущений на объект по сравнению с аналогами. Ключевые слова: управление по выходу, параметрическая неопределенность, неизвестная динамическая размерность.

В современной научной литературе в области автоматического регулирования большое внимание уделяется разработке алгоритмов управления по выходу (т.е. без измерения переменных состояния или производных выходного сигнала) линейными объектами с неизвестными параметрами и динамической размерностью. Иными словами, рассматриваются объекты, представленные в виде обыкновенных дифференциальных уравнений вида

a( p) y(t)  b( p)u(t) ,

(1)

где измеряются только сигналы y(t) и u(t) , p  d / dt обозначает оператор дифференцирования; поли-

номы a( p)  pn  an1pn1  an2 pn2  ... a0 и b( p)  bm pm  bm1pm1  bm2 pm2  ... b0 имеют не
только неизвестные параметры an1, an2, ..., a0 , bm, bm1, ..., b0 , но и неопределенные размерности n и
m . Как правило, решается задача поиска такого управляющего сигнала u(t) , чтобы замкнутая система
была устойчива, а выходная переменная y(t) вела себя некоторым специально заданным образом,
например, стремилась к нулю при t   . Существует ряд подходов [1, 2], полученных совсем недавно и независимо разными авторами,
позволяющих решать данную задачу. Однако, на взгляд авторов данной работы, подходы [1, 2] могут быть развиты за счет формулирования более сильного допущения относительно неопределенности параметров и динамической размерности. В отличие от [1, 2], будем полагать, что параметры an1, an2, ..., a0 , bm, bm1, ..., b0 априорно неопределенны, а известно только число max – максимально возможная относительная степень математической модели объекта (1), в то время как число   n  m , представляющее собой реальную относительную степень, неизвестно. В частности, в [1] до-
пускается, что определена область изменения параметров и для полинома
a( p)  pn  an1pn1  an2 pn2  ... a0 известно число n такое, что n  n . В [2] известны минимальное и максимальное значения относительной степени. Предлагаемый в этой работе подход будет базироваться на результате [2], но, в отличие от [2], будем полагать, что минимальная относительная степень неизвестна. Будем решать задачу поиска управляющего воздействия, обеспечивающего стремление выходной переменной y(t) к нулю при t   . Выберем закон управления в виде

u(t)



k

(Tp

( p)  1)max

1

1(t)

,

(2)

..12.

 

 2,  3,

 1  (k11  k22  ... k11  k1y),

(3)

где число k  0 и полином ( p) степени (max 1) выбираются так, чтобы передаточная функция

H ( p)



( p)b( p) a( p)(Tp 1)  k( p)b( p)

была строго вещественно положительной;

  max    0 ; постоянная

времени T апериодического звена должна быть достаточно малой величиной; число   T 1  k , а ко-

эффициенты ki рассчитываются из требований асимптотической устойчивости системы (3) при нулевом входе y(t) .

Чтобы следующие далее рассуждения были понятны и имели логический смысл, авторы адресуют читателя к разделу 3 (заключение) статьи [2], где обсуждаются достаточно близкие идеи. Итак, рассмотрим два случая.

1. Пусть   max , тогда закон управления (2) примет вид

u(t)



k( p)v(t) ,

v(t) 

1 (Tp 1)max 1

1(t) ,

158

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 4 (74)

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

где вторая система представляет собой неучтенную асимптотически устойчивую динамику, обсуждае-

мую в [2]. Как было показано в [2], существуют такие числа   T 1  k , что lim y(t)  0 .
t 
2. Пусть   max , тогда закон управления (2) примет вид

u(t)  k

( p) (Tp 1)

v(t) ,

v(t) 

(Tp

1 1)1

1(t)

,

где вторая система, также как и в первом случае, представляет собой неучтенную динамику, анализируе-

мую в [2]. Также как и в первом случае, согласно [2], найдутся такие числа   T 1  k , что lim y(t)  0 .
t 
Чтобы рассматриваемый в данной работе результат был более конструктивным, авторы предла-

гают адаптивную схему настройки параметров k , T 1 и  , которая близка к подобному подходу, опубликованному в [2]. Будем настраивать коэффициент k по линейному закону до тех пор, пока переменная

y(t) не попадет в некоторую малую область, заданную разработчиком системы. Параметры T 1 и 

можно рассчитывать следующим образом: T 1  k 2 и   (T 1)2max . При таком расчете коэффициен-

тов регулятора обеспечивается сходимость выходной переменной y(t) в некоторую малую область, за-
данную разработчиком системы. В заключение следует отметить, что, используя результаты, опубликованные в [2–5], представлен-
ный подход без труда может быть распространен на параметрически и функционально неопределенные нелинейные системы, функционирующие в условиях внешних возмущений, запаздывания и неучтенной динамики. Также на базе [6] представляет интерес распространение предлагаемого результата для доказательства экспоненциальной устойчивости на случай систем с запаздыванием.
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант № 09-08-00139-а).
1. Фуртат И.Б., Цыкунов А.М. Адаптивное управление объектами с неизвестной относительной степенью // Автоматика и телемеханика. – 2010. – № 6. – С. 109–118.
2. Бобцов А.А., Шаветов С.В. Управление по выходу линейным параметрически неопределенным объектом в условиях возмущающих воздействий и неучтенной динамики // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2011. – № 1. – C. 32–38.
3. Бобцов А.А., Николаев Н.А. Управление по выходу линейными системами с неучтенной паразитной динамикой // Автоматика и телемеханика. – 2009. – № 6. – С. 115–122.
4. Бобцов А.А., Капитонов А.А., Николаев Н.А. Управление по выходу нелинейными системами с неучтенной динамикой // Автоматика и телемеханика. – 2010. – № 12. – С. 3–10.
5. Бобцов А.А., Фаронов М.В. Управление по выходу нелинейными системами с запаздыванием в условиях неучтенной динамики // Известия РАН. ТиСУ. – 2011. – № 3. – С. 68–76.
6. Бобцов А.А., Пыркин А.А. Новый функционал Ляпунова–Красовского для доказательства экспоненциальной устойчивости нелинейной системы с запаздыванием // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. – 2011. – № 2. – C. 169.
Бобцов Алексей Алексеевич – Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, декан, bobtsov@mail.ifmo.ru Пыркин Антон Александрович – Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, кандидат технических наук, ассистент, a.pyrkin@gmail.com

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 4 (74)

159