Безопасность цифровых технологий

БЕЗОПАСНОСТЬ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

БЕЗОПАСНОСТЬ
ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

English | Русский

Последний выпуск
№3(118) Июль - Сентябрь 2025

Полиномиальное матричное разложение, полиномиальная методика синтеза, многоканальный объект, диофантово уравнение, матрица Сильвестра, неквадратная матричная передаточная функция, расчет регуляторов, теория управлени

Выпуск № 3 (102) Июль - Сентябрь 2021
Авторы:

Воевода Александр Александрович ,
Филюшов Владислав Юрьевич ,
Шипагин Виктор Игоревич ,
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2782-2230-2021-3-21-42
Аннотация

регуляторов для объектов с меньшим количеством входных величин по сравнению с выходными, такие объекты описываются матричными передаточными функциями неквадратной формы. Рассмотрен частный случай многоканального объекта с одной входной переменной и двумя/тремя выходными, матричная передаточная функция такого объекта имеет неквадратную форму, а именно один столбец и две/три/четыре строки. Для расчета регуляторов применена полиномиальная методика синтеза, которая заключается в использовании полиномиального матричного описания замкнутой системы управления. Особенностью такого подхода является возможность записи характеристической матрицы замкнутой многоканальной системы через полиномиальные матрицы объекта и регулятора в виде матричного диофантова уравнения. Решая это уравнение, можно задавать желаемые полюса матричного характеристического полинома замкнутой системы. Существует множество вариантов его решения. Один из них заключается в представлении полиномиального матричного уравнения в виде системы линейных алгебраических уравнений в матричной форме, где матрицей системы является матрица Сильвестра. Выбор порядка полиномиального матричного регулятора и порядка характеристической матрицы осуществляется на основании теоремы, приведенной в работах Chi-TsongChen, которая всегда выполняется для управляемых объектов. Если минимальный порядок регулятора выбран в соответствии с этой теоремой и матрица Силь-вестра имеет неполный ранг, то это означает, что в системе линейных алгебраических уравнений неизвестных элементов больше, чем уравнений. В таком случае решение, соответствующее выбранному базисному минору, имеет свободные параметры, которыми являются параметры регуляторов. Свободные параметры регуляторов можно задавать произвольно, что использовано для задания или исключения некоторых нулей в замкнутой системе. Таким образом, на различных примерах объектов с неквадратной матричной передаточной функцией проиллюстрирована полиномиальная методика синтеза, позволяющая не только задавать полюса замкнутой системы, но и некоторые нули, что является существенным преимуществом, особенно при синтезе регуляторов для многоканальных объектов.


Ключевые слова: полиномиальное матричное разложение, полиномиальная методика синтеза, многоканальный объект, диофантово уравнение, матрица Сильвестра, неквадратная матричная передаточная функция, расчет регуляторов, теория управлени
Воевода Александр Александрович
доктор технических наук, профессор, Новосибирский государственный технический университет,
ucit@ucit.ru
Orcid: 0000-0002-1604-2796

Филюшов Владислав Юрьевич
НГТУ,
filiushov.vladislav@gmail.com
Orcid: 0000-0003-2316-5935

Шипагин Виктор Игоревич
НГТУ,
shipagin@mail.ru
Orcid: 0000-0003-1292-7543

Список литературы

1. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем: учебник. – М.: Машиностроение, 1986. – 271 с.



2. Бесекерский В.А. Попов Е.П. Теория систем автоматического управления: учебник. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 752 с.



3 Vidyasagar M. Control system synthesis: a factorization approach. Pt. 1. – Morgan and Claypool Publishers, 2011. – 184 p.



4. Vidyasagar M. Control system synthesis: a factorization approach. Pt. 2. – Morgan and Claypool Publishers, 2011. – 227 p.



5. Antsaklis P.J., Anthony M.N. Linear systems. – New York: McGraw-Hill, 1997. – 670 p.



6. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы: учебное пособие. – М.: Физматлит, 2003. – 288 с.



7. Шрейнер Р.Т., Востриков А.С., Сарапулов Ф.Н. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Ч. 1: учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 1997. – 279 с.



8. Буков В.Н., Максименко И.М., Рябченко В.Н. Регулирование многосвязных систем // Автоматика и телемеханика. – 1998. – № 6. – С. 97–110.



9. Воевода А.А. Бобобеков К.М., Филюшов В.Ю. Полиномиальный метод синтеза для объекта с двумя входами и одним выходом // Сборник научных трудов НГТУ. – 2019. – № 3–4 (96). – С. 17–32.



10. Воевода А.А., Филюшов В.Ю. Полиномиальное матричное разложение при синтезе неквадратных САУ // Системы анализа и обработки данных. – 2021. – № 1 (81). – С. 21–38.



11. Воевода А.А., Филюшов В.Ю. Многоконтурная система подчиненного регулирования в многоканальном неквадратном представлении // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2021. – № 2 (76). – С. 90–101.



12. Voevoda A.A., Filiushov V.Yu. Polynomial matrix synthesis method of a subordinate control system // Actual Issues of Architecture and Civil Engineering. – Novosibirsk: Sibstrin, 2021. – P. 525–528.



13. Буков В.Н., Рябченко В.Н. Вложение систем. Синтез регуляторов // Автоматика и телемеханика. – 2000. – № 7. – С. 3–14.



14. Буков В.Н. Аналитический подход к анализу и синтезу матричных систем // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2006. – № 3. – С. 41–48.



15. Буков В.Н., Косьянчук В.В., Рябченко В.Н. Вложение систем. Полиномиальные уравнения // Автоматика и телемеханика. – 2002. – № 7. – С. 12–23.



16. Voevoda A.A., Shipagin V.I., Filiushov V.Yu. Multichannel control synthesis for the plant with three input and two output channels using polynomial matrix decomposition // 2021 IEEE World AI IoT Congress (AIIoT). – USA, Seatle, 2021. – P. 446–451.



17. Воевода А.А., Шипагин В.И. Пример полиномиального синтеза регулятора для неквадратного объекта с одним входом и двумя выходами // Сборник научных трудов НГТУ. – 2020. – № 4 (98). – С. 7–20.



18. Castillo P., Lozano R., Dzul A.E. Modelling and control of mini-flying machines. – Springer, 2005. – 251 p.



19. Jelali M., Kroll A. Hydraulic servo systems: modelling, identifications and control. – Springer, 2004. – 380 p.



20. Spong M.W., Hutchinson S., Vidyasagar M. Robot modelling and control. – John Willey and Sons, 2005. – 496 p.



21. Chen C.T. Linear system theory and design. – 2-nd ed. – New York: Oxford University Press, 1999. – 334 p.



22. Бобобеков К.М. Полиномиальный метод синтеза многоканальных регуляторов с использованием матрицы Сильвестра: дис. … канд. техн. наук: 05.13.01. – СПб., 2019. – 168 с.



23. Kailath T. Linear systems. – Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1980. – 350 p.

Просмотров аннотации: 536
Скачиваний полного текста: 367
Просмотров интерактивной версии: 0
Для цитирования:

Воевода А.А., Шипагин В.И., Филюшов В.Ю. Полиномиальный метод синтеза регуляторов для частного случая многоканальных объектов с одной входной переменной и несколькими выходными // Безопасность цифровых технологий. – 2021. – № 3 (102). С. 21–42. – DOI: 10.17212/2782-2230-2021-3-21-42.

For citation:

Voevoda A.A., Shipagin V.I., Filiushov V.Yu. Polinomial'nyi metod sinteza regulyatorov dlya chastnogo sluchaya mnogokanal'-nykh ob"ektov s odnoi vkhodnoi peremennoi i neskol'kimi vykhodnymi [Polynomial method for the synthesis of regulators for the special case of multichannel objects with one input variable and several output values]. Bezopasnost' tsifrovykh tekhnologii = Digital Technology Security, 2021, no. 3 (102), pp. 21–42. DOI: 10.17212/2782-2230-2021-3-21-42.