Optimization of algorithms for digital control of moving plants

Abstract

В центре внимания работы находятся вопросы оптимизации стабилизирующих алгоритмов управления различными подвижными объектами, подлежащих реализации на бортовых цифровых устройствах. Работа с цифровыми системами неизбежно приводит к появлению проблемы запаздывания сигналов, которая чаще всего негативно сказывается на качестве управления. Учет запаздывания при применении стабилизирующих регуляторов является одной из центральных задач работы. В качестве основного подхода к стабилизации рассматривается использование динамических регуляторов особого класса, получивших название многоцелевой структуры управления. Основными преимуществами многоцелевой структуры является учет комплекса требований к качеству управления, а также возможность решать задачи синтеза отдельных элементов регулятора независимо друг от друга. Для учета запаздывания предлагается особая трансформация динамических обратных связей, позволяющая компенсировать запаздывание за счет использования прогноза, при этом обеспечивая сохранение динамических свойств эталонной системы без запаздывания. В качестве примера иллюстративного примера приводится задача стабилизации курсового угла при движении судна на воздушной подушке над морской поверхностью. Негативное влияние запаздывания, а также эффективность предложенного подхода демонстрируется на базе компьютерного моделирования.

The work is devoted to the problem of the optimization of the stabilizing control algorithms for different moving plants. The main issue here is the fact that control algorithms must be implemented on the digital on-board devices. Dealing with digital devices inevitably leads to the problem of the delays in the control contour which can cause the loss of the control quality. Stabilizing control considering delay is one of the central problems of the work. The main approach to the stabilization is the use of the special dynamic regulators called multipurpose control structure. The main advantage here is considering the whole set of requirements for the quality of control and also the possibility to synthesize the different parts of the regulator separately. For solving the delay problem it is offered to use the special transformation of the dynamic feedback which allows compensating the delay on the basis of the system’s state prediction. Important advantage here is keeping the dynamic characteristics of the basic system without the delay. As an example to illustrate the proposed methods the problem of the course angle stabilization of the air cushion vehicle moving above the sea surface is considered. Negative effect of the delay and also the efficiency of the proposed approaches are demonstrated on the basis of computer modeling.