Аннотация: Рассматривается задача синтеза оптимального следящего управления для нелинейных систем на конечном интервале времени. При этом используется представление системы в форме пространства состояний с матрицами, коэффициенты которых зависят от состояния (state-dependent coefficients, SDC). Проблема поиска решения для задачи слежения на конечном интервале времени в нелинейной SDC-постановке связана с поиском решения матричного дифференциального уравнения Риккати и дифференциального уравнения для вспомогательного вектора прямой связи, начальные условия для которых обычно задаются на правом конце. Типовой подход к решению таких задач использует интегрирование этих уравнений в обратном направлении (справа налево), где для расчета SDC-матриц системы требуется информация о переменных состояния системы и управления, которая без применения дополнительных мер не доступна. Для преодоления указанной проблемы неизвестности вектора состояния при интегрировании "справа налево" в данной статье предложен подход к синтезу, основанный на выводе решения через соответствующие дифференциальные уравнения для матрицы Риккати и вспомогательного вектора, начальные условия для которых однозначно задаются на левом конце временного интервала благодаря применению специального преобразования Риккати, отличного от типового. Это позволяет рассчитать управление интегрированием соответствующих дифференциальных уравнений в прямом времени, что снимает проблему неизвестности вектора состояния. Предложенный подход протестирован на академическом примере осциллятора Ван дер Поля, для которого дополнительно выполнено исследование результативности предложенного метода в сравнении с наиболее популярными существующими подходами. Результаты компьютерного моделирования подтвердили преимущество предложенного метода как с точки зрения терминальной точности слежения за задающим сигналом, так и с точки зрения среднеквадратической ошибки слежения.

Аннотация: В современных реалиях принцип адаптивности становится абсолютной необходимостью нормального функционирования сложных технических систем. Для достижения адаптивности синтез регулятора может основываться как на классической теории автоматического управления, так и на различных приближенных методах интеллектуального управления. В данной работе проведен анализ публикаций за последнее десятилетие, посвященных новым подходам к проектированию адаптивных систем управления различными подвижными объектами, имеющими приводной исполнительный механизм. Первая часть обзора посвящена классическим методам, в том числе адаптивному регулятору с эталонной моделью, и новым областям его применения в технике (для управления вибрационной машиной и платформой Стюарта). Отмечено сходство классического адаптивного управления и машинного обучения. Во второй части представлены результаты исследований, основанных на совместном использовании классического регулятора и различных интеллектуальных методов, таких как нечеткая логика, нейронные сети и машинное обучение, образующих сложные многосоставные структуры управления. Результаты показывают, что применение такого интегрированного подхода может значительно улучшить работу основного регулятора, расширив его адаптивные возможности по отношению к неопределенностям и изменению параметров, возмущениям и эффектам от нелинейностей.

Аннотация: Информация о параметрах жесткости шарниров и звеньев манипуляторов часто необходима для реализации высокоточных систем управления, использующихся для выполнения технологических операций с субмиллиметровой точностью при наличии внешних нагрузок. В статье предлагается метод идентификации коэффициента торсионной жесткости шарнира одностепенного манипулятора на основе использования микроэлектромеханического инерциального измерительного модуля (ИИМ), состоящего из акселерометра и датчика угловых скоростей. Метод основан на идентификации модели динамики шарнира с неизвестным коэффициентом торсионной жесткости, описываемой с помощью передаточной функции (ПФ), на основе информации о входных и выходных сигналах этой ПФ (угол поворота двигателя и угол поворота звена соответственно). Для идентификации параметров ПФ шарнира строится амплитудно-частотная (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики системы. Для этого на вход привода подаются гармонические сигналы, имеющие разную частоту. Входной сигнал ПФ измеряется с помощью энкодера двигателя, а выходной сигнал восстанавливается по данным, поступающим от ИИМ. С помощью измеренных входных и выходных сигналов рассчитываются изменение амплитуды и сдвиг фазы проходящего через систему сигнала. На основе этих данных и аналитического описания АЧХ и ФЧХ рассчитываются постоянные времени ПФ, описывающей шарнир с неизвестным коэффициентом жесткости. Затем значения идентифицированных постоянных времени используются для расчета коэффициента жесткости. Предложенный метод, в отличии от существующих методов идентификации коэффициентов жесткости манипуляторов, не требует дополнительного оборудования для приложения внешних сил к манипулятору или использования дорогостоящих внешних высокоточных измерительных систем для измерения смещений рабочего инструмента в пространстве. Результаты экспериментальной проверки предложенного метода на одностепенном манипуляторе подтверждают его работоспособность и высокую точность.

Аннотация: Рассматривается проблема адаптивного слежения по выходу для класса неустойчивых многоканальных линейных систем с различным значением запаздывания управляющих сигналов при наличии неизвестных внешних возмущений. Предполагается, что задающий сигнал и внешние возмущения имеют гармоническую форму с неизвестными частотой, амплитудой, фазой и смещением. Возмущения могут быть несогласованными и могут оказывать влияние как на входы, так и на выходы системы. Для решения задачи предлагается сначала выполнить развязку каналов системы с помощью метода линейной обратной связи по состоянию на основе классического подхода Фальба—Воловича, тем самым преобразовав ее в форму с независимыми каналами управления. В результате развязки каналов передаточная матрица замкнутой многоканальной линейной системы приобретет диагональную форму. Данный подход к развязке каналов позволяет в случае наличия в передаточной функции неминимально-фазовых передаточных нулей исключить их и привести исходную систему к форме с передаточными функциями с независимыми интеграторами. Далее предлагается сконструировать наблюдатель переменных состояния задающего сигнала и возмущающего воздействия и затем синтезировать адаптивное управление, обеспечивающее слежение за задающим сигналом и компенсацию внешнего возмущения. В работе применяется алгоритм адаптации с расширением памяти регрессора. Предлагаемый подход гарантирует ограниченность всех сигналов в замкнутой системе и асимптотическую устойчивость выходной переменной. Эффективность предлагаемого подхода проиллюстрирована на числовом примере в программной среде MATLAB/Simulink. Предлагаемое решение задачи адаптивного слежения по выходу для многоканальных линейных систем с различным значением задержки в каналах управления при наличии внешних неизвестных возмущений реализуемо для случая "квадратных" систем, когда число входов и число выходов многоканальной системы совпадают.