АЛГОРИТМ НАБЛЮДАТЕЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КУРСОМ СУДНА ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗМУЩЕНИЙ И ШУМОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Аннотация
Цель работы состоит в улучшении качественных показателей удержания судна на курсе - повышении точности и надежности управления судном по отношению к возмущениям угла крена, угловой скорости вращения и шумов измерений, требующих компромиссных решений, связанных с выбором быстродействия системы и точности оценки вектора состояния. В реальных условиях вектор состояния не всегда доступен для измерения. Не менее сложной задачей является измерение возмущений, которые приводят к появлению дополнительных составляющих ошибки оценки переменных состояния и снижают точность управления. Для реализации системы в реальном времени оценки должны производиться с использованием методов и вычислительных процедур стохастической и, в частности, биномиальной фильтрации.Рассматривается метод синтеза динамического наблюдателя полной размерности (наблюдателя Калмана), отличающийся тем, что он позволяет уменьшить погрешность оценки переменных состояния судового объекта, функционирующего в условиях изменяющейся внешней среды, путем построения модели состояния расширенной системы «объект - среда». Оценка производится на основе алгоритмов линеаризации нелинейных моделей в пространстве состояния с использованием оптимальной фильтрации, инструментария матричной лаборатории и компьютерных технологий. Приведен пример расчета трехмерного динамического наблюдателя для оценки векторов возмущений и шумов измерений, выполненного на основе предложенного алгоритма. Результаты расчета переменных состояния и возмущений, полученные с использованием канонических форм уравнений состояния, соответствуют оптимальным (по быстродействию) переходным процессам в рассматриваемых моделях судового объекта при переводе его из начального состояния в установившееся состояние за минимальное время.
Ключевые слова
судно, модель, управление, наблюдатель, матрица, векторы выхода и состояния, модальный метод, алгоритм, синтез
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Сазонов А. Е. Модальный метод синтеза наблюдателя для системы управления курсом судна / А. Е. Сазонов, В. В. Сахаров, А. А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2016. - № 4 (38). - С. 211-223. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-4-211-223.
Сахаров В. В. Синтез оптимального оценивателя для системы управления судовым динамическим объектом / В. В. Сахаров, О. В. Шергина, А. А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2013. - № 1 (20). - С. 26-31.
Чертков А. А. Синтез наблюдателя на основе фильтра Калмана для системы управления динамическим объектом / А. А. Чертков // Информационные технологии и системы: управление, экономика, транспорт, право. - 2014. - № 1 (12). - С. 66-71.
Андриевский Б. Р. Анализ систем в пространстве состояний / Б. Р. Андриевский. - СПб.: ИПМаш РАН, 1997. - 206 с.
Андриевский Б. Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MatLab / Б. Р. Андриевский, А. Л. Фрадков. - СПб.: Наука, 2000. - 475 с.
Lewis F. L. Optimal Control / F. L. Lewis, D. Vrabie, V. L. Syrmos. - 3rd ed. - N. Y.: John Wiley and Sons, 2012. - 541 p.
Witkowska A. Designing a ship course controller by applying the adaptive backstepping method / A. Witkowska, R. Smierzchalski // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. - 2012. - Vol. 22. - Is. 4. - Pp. 985-997. DOI: 10.2478/v10006-012-0073-y.
Dhaliwal S. S. State Estimation and Parameter Identification of Continuous-time Nonlinear Systems: Master thesis / S. S. Dhaliwal. - Ontario, Canada: Queen’s University Kingston, 2011. - 83 p.
Tomera M. Nonlinear controller design of a ship autopilot / M. Tomera // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. - 2010. - Vol. 20. - Is. 2. - Pp. 271-280. DOI: 10.2478/v10006-010-0020-8.
Гринкевич Я. М. Наблюдатели и оцениватели состояния в судовых системах управления / Я. М. Гринкевич, В. В. Сахаров. - СПб.: СПГУВК, 2001. - 193 с.
Садков А. В. Моделирование динамики водоизмещающего речного судна, неустойчивого на курсе / А. В. Садков // Морской Вестник. - 2012. - № 3. - С. 94-96.
Агарков С. А. Параметрическая идентификация обобщенной модели Номото с помощью аппарата вариационного исчисления / С. А. Агарков, С. В. Пашенцев // Вестник МГТУ. - 2015. - Т. 18. - № 1. - С. 7-11.
Митряшкин Ю. В. Линейные модели управляемых динамических систем / Ю. В. Митряшкин. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. - Ч. 1. Уравнения «вход - выход» и «вход - состояние - выход»: учеб. пособие. - 222 c.
Пупков К. А. Методы классической и современной теории автоматического управления / К. А. Пупков, Н. Д. Егупов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. - Т. 1. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления. - 655 c.
Гофман А. Д. Динамика корабля / А. Д. Гофман. - СПб.: СПГУВК, 2003. - 150 с.
Веремей Е. И. Компьютерное моделирование систем управления движением морских подвижных объектов / Е. И. Веремей, В. М. Корчанов, М. В. Коровкин, C. В. Погожев. - СПб.: Изд-во НИИ Химии СПбГУ, 2002. - 370 с.
Об авторах
Чертков Александр Александрович - кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Загрединов Денис Алексеевич - аспирант
kaf_electricautomatic@gumrf.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Михайлов Юрий Борисович - аспирант
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»
