Аннотация
Статья включает в себя определение класса систем автоматического управления, у которых число управляющих воздействий в каком-либо из режимов работы или какой-то их совокупности превышает число целенаправленно управляемых при этом величин. К этому классу, в частности, можно отнести самонастраивающиеся системы, адаптивные системы с дуальным управлением, с переменной структурой, отказоустойчивые системы, системы с резервированием. Таковыми являются системы автоматического управления, например, у многих современных летательных аппаратов, роботов с кинематической избыточностью, у технологических установок и комплексов химических производств. Предложено определение управления как целенаправленного изменения состояний, свойств, характеристик и/или протекающих в объекте управления процессов. Вводятся понятия координатных, параметрических, структурных и алгоритмических управляющих воздействий, возмущений и управляемых величин в системах автоматического управления. Пространство состояний объекта и/или системы управления предложено расширить за счет включения в него не только координатных, но и параметрических, структурных и алгоритмических переменных, изменяющихся в процессе управления целенаправленным образом или под действием внешней среды, или при отказах отдельных устройств. Оно названо обобщенным пространством состояний. Систематизированы типовые задачи управления и указаны те из них, которые относятся к регулированию. Такая систематизация особенно практически значима для учебных изданий по теории автоматического управления. Перечислены возможные 14 целей использования указанной избыточности, в том числе для целенаправленного изменения фундаментальных свойств объектов и систем автоматического управления. Показана необходимость разработки типовых математических моделей для такого класса систем и их использования при разработке методов синтеза и анализа этого достаточно широкого класса систем автоматического управления на единой математической базе.
Ключевые слова: объект управления, система автоматического управления, типовые задачи управления; координатные, параметрические, структурные и алгоритмические переменные системы, обобщенное пространство состояний системы, избыточная размерность вектора управления, цели использования избыточности, фундаментальные свойства управляемых объектов и систем
Список литературы
1. Lewis F.L., Vrabie D., Syrmos V.L. Optimal Control. – 3 ed. – Hoboken: Wiley, 2012. – 552 p.
2. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник: в 5 т. / под общ. pед. К.А. Пупкова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – (Методы теории автоматического управления: цикл учебников и учебных пособий).
3. Афанасьев В.Н. Оптимальные системы управления. Аналитическое конструирование. – М.: Изд-во физ. фак. МГУ, 2011. – 170 с.
4. Антонов В.Н., Терехов В.А., Тюкин И.Ю. Адаптивное управление в технических системах: учеб. пособие. – СПб.: Изд-во Санкт-Петербург. ун-та, 2008. – 244 с.
5. Tyukin I. Adaptation in dynamical systems. – New York: Cambridge University Press, 2011. – 428 p.
6. Тютиков В.В., Тарарыкин С.В. Робастное модальное управление технологическими объектами. – Иваново: ИГЭУ, 2006. – 255 с.
7. Малышенко А.М. Системы автоматического управления с избыточной размерностью вектора управления. – Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2005. – 302 с.
8. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования: кн. 1: Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования / под ред. В.В. Солодовникова. – М.: Машиностроение, 1967. – 770 с.
9. Теория управления. Терминология / отв. ред. Б.Г. Волик. – М.: Наука, 1988. – 56 с. – (Сборники рекомендуемых терминов / АН СССР. Институт проблем управления; вып. 107).
10. The control handbook: in 2 vol. / ed. by W.S. Levine. – 2nd ed. – New York: CRC Press, IEEE Press, 2010. – 1566 p.
11. Dorf R.C., Bishop R.H. Modern control systems: Textbook & instructor's solution manual. – 12th ed. – London: Prentice Hall, 2011. – 832 p.
12. Калман Р.Е. Об общей теории систем управления // Теория дискретных, оптимальных и самонастраивающихся систем: труды 1 Международного конгресса ИФАК по автоматическому управлению. – М.: Изд-во АН СССР, 1961. – Т. 2. – С. 521–547.
13. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем: пер. с англ. – М.: Мир, 1971. – 398 с.
14. Sontag E.D. Mathematical control theory. Deterministic finite dimensional systems. – 2nd ed. – New York: Springer, 1998. – 544 p.
15. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления. – М.: Наука, 1985. – 296 с.
16. Малышенко А.М. Индексы каузальности динамических систем и их использование в схемотехническом проектировании и при оценке функциональной воспроизводимости систем автоматического управления // Известия Томского политехнического университета. – 2013. – Т. 323, № 5. – С. 37–43.
17. Малышенко А.М. Определение индексов каузальности вход-выходных нелинейных динамических систем // Научный вестник НГТУ. – 2014. – № 3 (56). – С. 37–47.
18. Малышенко А.М. Маневренность управляемых динамических систем и ее квалиметрия // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2005. – № 5. – C. 2–6.
19. Петров Б.А. Манипуляторы. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. – 238 с.
20. Теория систем с переменной структурой / под ред. С.В. Емельянова. – М.: Наука, 1970. – 592 с.
21. Агеев А.М., Сизых В.Н. Синтез оптимальных регуляторов системы управления самолетом через решение обратной задачи АКОР // Научный вестник НГТУ. – 2014. – № 3 (56). – С. 7–22.
