автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Обоснование типа алгоритма работы авторулевого

На правах рукописи

ЧЕРНЫШОВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТИПА АЛГОРИТМА РАБОТЫ АВТОРУЛЕВОГО

Специальность 05.13.06 - автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (кораблестроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2004

Работа выполнена на кафедре информатики, систем управления и телекоммуникаций Волжской государственной академии водного транспорта

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Чиркова Маргарита Макаровна.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Плющаев Валерий Иванович; кандидат технических наук, доцент Иванов Анатолий Павлович.

Ведущее предприятие

Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН, Москва

Защита состоится "23" апреля 2004 г. в ^^""часов в аудитории Ж на заседании ДОЗДСрртО-Ц^ОМЙОГд совета Д 223.001.02 в Волжской государственной академии водного транспорта по адресу: "603600, Н. Новгород, ул. Нестерова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью предприятия, просим направлять на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Создание алгоритмов управления для судов, функционирующих в условиях непрерывно меняющейся внешней среды, и разработка методов идентификации качества процесса стабилизации их на заданном курсе - одно из направлений развития современной теории управления. Задача управления серьезно усложняется, когда динамика объектов описывается нелинейными дифференциальными уравнениями, параметры которых существенно зависят от состояния внешней среды. У такого класса объектов неоднозначны не только собственные, но и вынужденные установившиеся состояния и переходные процессы. Как правило, изменение состояния внешней среды, которое сложно прогнозируемо, сильно влияет на собственные лараметры объекта, а следовательно, и на его динамические особенности, что, в свою очередь, требует подстройки параметров регулятора.

Анализ публикаций показывает, что большинство выполняемых в этом направлении работ в России и за рубежом связано с разработкой методов управления такими объектами. В последние годы особое внимание уделяется интеллектуальным алгоритмам. Росту количества разработок интеллектуальных алгоритмов способствует фундаментальная теоретическая база (Д.А. Поспелов, Ь Zadeh и др.). Интерес к интеллектуальным алгоритмам управления (С. Н. Васильев, В. Ю. Рутковский и др.) объясняется тем, что традиционные классические алгоритмы (типа пропорционально-интегрально-дифференциальных — ПИД алгоритмы) не могут обеспечить высокое качество процесса управления в сложных внешних условиях, и в реальной ситуации, например на судах речного флота, авторулевые при ухудшении условий плавания отключают. Совершенствование же непрерывных ПИД алгоритмов не всегда дает желаемый результат. Раскрытие причин неработоспособности ПИД алгоритма в сложных условиях или, по крайней мере, определение класса объектов, для которых такой алгоритм неработоспособен, является важным направлением исследований.

Для создания алгоритмов управления, ориентируемых для работы в сложных внешних условиях, необходимо углубленное изучение динамических свойств объектов управления, в частности, его чувствительности к изменению управления, а также влияния внешней среды на эту чувствительность.

Посредством управления объект переходит из одного заданного состояния в другое. С таким переходом связано понятие управляемости. Однако для оценки управляемости подвижных объектов необходимо ввести понятие эксплуатационной управляемости, когда накладывают ограничение на время перевода объекта из одного состояния в другое, то есть теоретически управляемый объект может быть эксплуатационно не управляемым. ----

Если вопросы управляемости объекта в структурно-качественном и количественном смысле изучены достаточно хорошо для линейных объектов (А. А. Красовский), то количественная оценка управляемости нелинейных объектов, в частностиводоизмещающихсудов1, практическинеразрабо-тана. Это связано с тем, что для оценки управляемости судна в широком диапазоне управлений, начальных условий и состояний внешней среды необходимо проводить большое количество испытаний. Таким образом, изучение вопросов управляемости объекта, раскрытие причин неработоспособности ПИД алгоритма в сложных условиях, определение класса объектов для которых ПИД алгоритм допустим, разработка способов повышения эффективности управления за счет совершенствования алгоритма управления является достаточно актуальным.

В данной работе исследуется управляемость объекта по его чувствительности к изменению управления как на примере объектов, динамика которых описывается линейными дифференциальными уравнениями, так и на объектах, характеристика управляемости которых является существенно нелинейной (речные водоизмещающие суда). В работе также проводится классификация объектов на «хорошо» и «плохо» управляемые по виду функции чувствительности и обосновываются алгоритмы управления состоянием.

Среди решенных задач следует выделить следующие: 1) предложено ввести понятие эксплуатационной управляемости и оценивать управляемость объекта по его чувствительности к изменению управления; 2) предложено характеризовать управляемость объекта функцией чувствительности, что удобно для применения в алгоритме управления; 3) проведена классификация объектов по виду функции чувствительности; 4) даны и обоснованы рекомендации по использованию как классического ПИД алгоритма, так и алгоритмов, содержащих интеллектуальные компоненты.

При проведении исследований управляемости судов автор основывался на работах А. Ш. Афремова, А. М. Басина, А. И. Войткунского, А.А. Воронова, А. Д. Гофмана, А. А. Красовского, В. Г. Павленко, РЛ. Першица, Д. А. Поспелова, А. А. Русецкого, В. Ю. Рутковского, М.И. Фейгина, М. М. Чирковой, Г. Э. Шлейера (Острецова), К Zadeh.

Цель работы: создание метода количественной оценки эксплуатационной управляемости подвижного объекта, выяснение причины ухудшения качества процесса управления состоянием объекта с ПИД регулятором в сложных условиях функционирования (на примере водоизмещающего судна) и обоснование необходимости разработки интеллектуального алгоритма управления его состоянием.

1 К количественным оценкам управляемости для водоизмещающих судов отнесем минимально и максимально допустимые управления, а также время реакции на смену управления.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы:

1. Разработана методика количественной оценки управляемости объекта по его чувствительности к изменению управления (К-критерий).

2. Разработан способ представления информации об управляемости в виде функции чувствительности, позволяющей оценить минимально допустимые управления для данного объекта.

3. Предложена классификация объектов по К-критерию на два типа: хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и плохо управляемые объекты, что позволит обосновать применение интеллектуальных алгоритмов управления.

Обоснованность и достоверность результатов:

1. Исследование проводилось как методом математического моделирования, так и по результатам обработки данных осциллограмм натурных испытаний.

2. Динамика судов моделировалась с использованием общепризнанной в теории корабля модели водоизмещающего судна.

3. Эффективность алгоритмов управления с интеллектуальными компонентами подтверждается осциллограммами натурных испытаний.

Практическая ценность работы:

1. Разработана - методика оценки эксплуатационной управляемости судна, позволяющая выявить минимально допустимые управления.

2. Предложена классификация объектов на два типа по виду характеристики управляемости: хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и плохо управляемые объекты.

3. Выделен класс объектов, для которого допустимо использование классического ПИД алгоритма управления.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Способ представления информации об управляемости в виде функции чувствительности К(и), позволяющий оценить минимально допустимые управления для данного объекта.

2. Метод оценки управляемости судна (в терминах «хорошо» - «плохо») по его чувствительности к изменению управления (К-критерий).

3. Способ классификации объектов по К-критерию на хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений, для которых использование ПИД алгоритма допустимо и плохо управляемые объекты, требующие использования интеллектуальных алгоритмов.

4. Способ коррекции ПИД алгоритма для «плохо» управляемых объектов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на научно-технической конференции по проблемам транспорта (Н. Новгород, ВГАВТ, 1999 г.), международной научно-технической конференции по проблемам управления (Москва, РАН

ИПУ им. В. А. Трапезникова SICPRO'2000, 2000 г.), научно-технической конференции, посвященной 70-летию ВГАВТ (Н. Новгород, 2000 г.), на VII международном семинаре "Устойчивость и колебания нелинейных систем управления" (Москва, РАН ИПУ им. В. А. Трапезникова, 2002 г.), VI научной конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Н. Новгород, 2002 г.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 опубликованных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа содержит 138 страниц текста, 38 страниц приложения, 91 рисунок, список литературы из 200 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается общая характеристика работы, анализируется актуальность исследований в области оценки управляемости объектов и обоснования алгоритмов управления их состоянием. Формулируется цель работы, раскрывается научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приводятся сведения об их апробации, а также обзор работ в области управления состоянием.

В первой главе анализируются различные подходы к понятию управляемости объектов. Вводится критерий оценки эксплуатационной управляемости для судов, неустойчивых на заданном направлении. Рассматриваются классические способы представления информации об управляемости объектов (переходные характеристики, фазовые портреты, С-Д портреты). Для количественной оценки управляемости вводится понятие характеристики чувствительности как отношение изменения координаты состояния объекта к изменению управления. Предлагается количественная оценка управляемости (К-критерий) подвижного объекта.

Объект управления - техническое устройство, осуществляющее определенный процесс из-за специальным образом сформированного на него

воздействия. Пусть У= — совокупность управляемых ко-

ординат состояния объекта; - возмущения, дейст-

вующие на вход объекта; а — управления, приклады-

ваемые к объекту, для изменения его состояния. Со способностью объекта переходить из одного заданного состояния в другое и связано понятие управляемости. Этому понятию традиционно придается либо структурно-качественный, либо количественный смысл. При рассмотрении структур-

но-качественной стороны управляемости интересуются принципиальной

возможностью перевода управляемого объекта из одного заданного состояния в другое. При количественном изучении управляемости рассматривают показатели качества переходных процессов при простейших типовых управляющих воздействиях. Количественные оценки управляемости объекта зависят от его структуры, значений собственных (конструктивных) параметров, состава и располагаемой энергии органов управления. В данной главе рассмотрено три существующих способа оценки управляемости, показаны их слабые стороны и предложен новый способ оценки управляемости по виду характеристики чувствительности объекта.

Первый способ: оценка управляемости по показателям качества переходного процесса, таким, как время переходного процесса перерегу-

п.п«

лирование 5 , число колебаний к . Для ситуации, представленной на рис. 1.1 а: 'цд = Ю.с., 5 =0, к =0. Если у линейных объектов управления

эти показатели - величины постоянные, то для нелинейных объектов они зависят от начальных условий (рис. 1.16). Поэтому для оценки управляемости нелинейных объектов необходимо получить и обрабатывать большое количество экспериментальных данных по переводу объекта из одного состояния в другое при различных начальных и внешних условиях.

Второй способ: оценка по виду фазового портрета — зависимости

У (У) - (рис. 1.1 в). Показано, что этот способ слишком трудоемок (особенно для нелинейных объектов), так как требует многолистного портрета, то есть для каждого управления и состояния внешней среды необходимо снимать свой портрет.

Третий способ: представление информации на плоскости статической характеристики объекта "состояние-управление", которую будем называть статико-динамической плоскостью (С-Д плоскостью) (рис. 1.1 д). Из осциллограмм непрерывно меняющихся по определенному закону значений и реакций (рис. 1.1 г) на плоскости отмечаются точки

, где — дискретная величина, меняющаяся от с

шагом . Дискретизация информации позволяет видеть развитие процесса, обнаруживать на плоскости "состояние-управление" области различной чувствительности координат состояния к изменению управления. Полученный набор изображающих точек, статико-динамический портрет объекта, позволяет ввести критерий оценки управляемости объекта. Для этой цели в работе введено понятие чувствительности объекта к изменению управления и предложена методика расчета численных значений коэффициента

Рис 1.1. Различные способы оценки управляемости а - переходный процесс для линейного звена 3-го порядка, б - переходные процессы при различных начальных условиях

( и ) для судна "Волгонефть" груженая, в - фазовые траектории для линейного и нелинейного звеньев, г- временные характеристики для построения С-Д портрета, д - статико-динамический портрет, е - характеристика чувствительности для линейного звена 3-го порядка

чувствительности К = ^^/д^у > где ДУ - изменение координаты состояния; Д и — изменение управления за время Д^ . Расчеты показали, что для одного и того же объекта, например судна, и неменяющейся среды величина К не является постоянной, а зависит от управления. Зависимость К = ) названа характеристикой чувствительности объекта к изменению управляющего воздействия. Характеристика чувствительности К = строится для случаев, когда С/ Ф СОГЯС (рис. 1.1 е).

Для получения показателя управляемости предлагается ввести понятие эксплуатационной управляемости судна: судно, у которого для любых до-пустимыхуправлений функция чувствительности при сменезнакауправле-ния больше или равна 0, является эксплуатационно-управляемым. Требование, которое накладывается на функцию чувствительности, назовем К-критерием. Показано, что объект, который теоретически управляем, в эксплуатационном смысле, может быть неуправляем, то есть перевод из одного состояния в другое потребует больших временных затрат.

Во второй главе проводится классификация линейных объектов по их чувствительности к изменению управляющего воздействия, рассматриваются С-Д портреты и характеристики чувствительности объектов, динамика которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. Предлагается методика оценки минимально допустимых управлений. Известно, что в классической теории управления для оценки динамических особенностей объекты классифицируются по виду дифференциальных уравнений, описывающих их динамику, а следовательно, по виду переходных процессов. В работе предлагается классифицировать объекты по их управляемости на «хорошо» и «плохо» управляемые объекты. Классификация объектов проводится по виду их характеристики чувствительности (К-критерию). Для примера: на рис. 2.1 и 2.2 изображены С-Д портреты и характеристики чувствительности — для моделей 2 и 3-го порядка. Показано, что независимо от порядка уравнения хорошей управляемостью обладают модели с малой инерционностью (см. рис. 2.1). Коэффициент чувствительности во всем диапазоне допустимых управлений становится положительным до момента смены знака С/ . С повышением инерционности и появлением колебательных свойств, несмотря на уменьшение порядка дифференциального уравнения, реакция на изменение управляющего воздействия ухудшается (рис. 2.2). В этом случае важно определить величину минимально допустимых управлений, чтобы на практике не попасть в области со сниженной реакцией на изменение управляющего воздействия. Характеристика чувствительности позволяет определить диапазон значений управлений, внутри которого объект достаточно послушлив. Использование такой информации в управляющих алгоритмах увеличивает эффективность автоматического управления движением.

Таким образом, согласно проведенным исследованиям предлагается разделить модели, а следовательно и объекты, на два типа:

«хорошо» управляемые объекты — объекты, у которых

в момент смены знака управления (I ) для любых допустимых управлений. К первому типу можно отнести все малоинерционные объекты, описываемые линейными дифференциальными уравнениями 1-3 порядков;

объекты «плохо» управляемые, для которых К(и,1 )<0,для любых допустимых управлений. К ним относятся звенья, переходные процессы которых (независимо от порядка дифференциального уравнения) носят колебательный характер.

Хорошо управляемые объекты достаточно быстро реагируют на изменение управления и, следовательно, не требуют каких-либо сложных специальных управляющих алгоритмов. Второй тип объектов имеет пониженную чувствительность на изменение управления и может потребовать специальных алгоритмов управления.

В третьей главе на примере речных водоизмещающих судов рассматриваются динамические особенности, С-Д портреты и характеристики чувствительности нелинейных моделей, проводится классификация по их чувствительности к изменению управляющего воздействия. Для исследования использована математическая модель:

(3.1)

где р — угол дрейфа, град; <0 — угловая скорость рысканья, град/с; ф -отклонение от курса, град; <Х - перекладка руля, град; К - коэффици-

рм

ент передачи рулевой машины; - управление рулевой машиной, В;

и

- гидродинамические коэффициенты модели судна.

Речные водоизмещающие суда являются малоизученными с точки зрения статико-динамических особенностей и влияния внешней среды на их свойства. На практике судоводитель формирует импульсное управление, длительность и амплитуда которого зависят от послушливости судна рулю на данный момент. Анализ показал, что функция чувствительности зависит

от послушливости управлению. Таким образом, по анализу функции чувствительности можно сделать вывод об управляемости судна.

Проведенные исследования показали, что характеристики чувствительности К(и) для неустойчивых на курсе судов относятся к типу плохо управляемых объектов. Это объясняется, тем, как показали проведенные исследования, что речные водоизмещающие суда обладают следующими особенностями:

1) задержкой реакции объекта на изменение управления (область С) -инерцией реакции, в отличие от известного в динамике свойства инерции объекта - замедленного выхода на установившийся режим. Количественно эту инерцию реакции можно оценить временем Т1 - временем от начала изменения управления до момента, к о г ^новится больше

нуля (рис. 3.1 а, 3.2 б);

2) "обратной"реакцией (область В) — временное состояние, когда некоторое достаточно долгое время Тг (рис. 3.2 б) объект при смене знака управления V сохраняет знак ускорения с/со/сЛ (К(и)<0), то есть продолжает наращивать скорость поворота нежелаемого знака;

3) временным снижением управляемости при достаточном по величине управлении (область А), то есть С-Д портрет имеет так называемые фазовые пятна, при прохождении которых скорость движения изображающей точки существенно снижается и точки на С-Д портрете сгущаются (рис. 3.2 а области А) - показано в работах М. И. Фейгина, М. М. Чирковой.

Рис. 3.1. Статико-динамическая плоскость а и характеристика чувствительности б для судна «Волгонефть» в балласте

Рис. 3.2. Статико-динамическая плоскость а и характеристика чувствительности 6 для судна

«Волгонефть» - груженая

В главе также показано, что управляемость и вид функции чувствительности определяются не только динамическими, но и их статическими особенностями: величиной критического управления + £/^,при которой

исчезают неоднозначности характеристики управляемости и количеством и расположением неустойчивых ветвей характеристики.

Таким образом, С-Д портреты Со(С/) и характеристики чувствительности математических моделей судов позволяют определить некоторые важные динамические особенности управляемого объекта: минимально допустимые управления, инерционность реакции, способность к обратной реакции на изменяющееся управление, наличие фазовых пятен - областей пониженной управляемости. Построение характеристики чувствительности

дает возможность классифицировать объекты на два типа: хорошо управляемые объекты, для которых классический ПИД алгоритм дает хорошие показатели качества, и плохо управляемые объекты во всем диапазоне допустимых управлений. Для последних, как показали дальнейшие исследования, применение ПИД алгоритма приводит к плохому качеству управления, а учет динамических особенностей объекта в алгоритме управления существенно поднимает качество управления его движением.

В четвертой главе моделируются процессы управления с ПИД алгоритмом. Рассматриваются результаты использования алгоритма для двух выделенных выше типов объектов. Обосновывается применение интеллектуального алгоритма управления для речных водоизмещающих судов. Показана невозможность использования ПИД регулятора для судов, функционирующих в сложных условиях и относящихся к типу "плохо управляемые объекты".

Для математического моделирования процесса управления объектами использованы модели следующих объектов:

1) линейного дифференциального уравнения третьего порядка:

ау{()+Ьу{()+су{()+у к) (4.1)

с тремя наборами коэффициентов, обеспечивающих три различных вида переходных процессов: апериодический, колебательный на границе устойчивости и неустойчивый колебательный (возможно, что в реальной ситуации эти изменения можно интерпретировать как изменение внешней среды);

2) нелинейного дифференциального уравнения, описывающего динамику поведения судна при стабилизации его на заданном направлении:

с двумя наборами коэффициентов, первый набор получен из осциллограмм натурных испытаний (судно "Волгонефть-71" в балласте) при спокойных внешних условиях и глубокой воде:

а)

ап =-0.044; а,2 =0.029; а^ =0.056; Ь} =-0.009; а21=-0.135; ап = 0.096; &2 =-0.0018;

второй набор — малая вода и судно с полной загрузкой:

б)

а^ =-0.047; д^О.ОЩ' а^ =0.107; Ь{ =-0.000& а21=-0.157; о,., =0.1125; Ь2 =-0.0004

Динамика рулевого привода описывалась дифференциальным уравнением первого порядка

У4(0 = а41и + Ь4у4. (4.3)

Регулятор представлен безынерционным звеном

В работе проведено моделирование процесса управления рассматриваемых моделей ПИД регулятором и представлены разбиения плоскости

параметров регулятора К^ — К^ на области устойчивого и неустойчивого

поведения для трех наборов коэффициентов (рис. 4.1 а, б). Для различных точек области разбиения параметров представлены осциллограммы и

1/(1) . Анализ полученных характеристик показывает, что если модель по виду характеристики чувствительности относится к хорошо управляемому типу, то область устойчивости в плоскости параметров регулятора достаточно большая (рис. 4.1, области А).

Если параметры модели изменятся, возможно, под влиянием внешней среды, так, что по виду функции чувствительности К(и) модель отнесется к плохо управляемым объектам, то область устойчивости значительно уменьшается (рис. 4.1, области В). Области Сд и Св —областиоптимального вида переходных процессов.

Таким образом, для восстановления качества регулирования параметры регулятора должны непрерывно меняться. В реальной ситуации авторулевой в сложных условиях плавания (ветер, волна, мелководье) отключают и переходят на ручное управление с достаточно высокими показателями качества. Как правило, судоводитель формирует импульсное управление, амплитуда и длительность которого определяется текущей ситуацией, то есть послушливостью судна на данный момент.

Для подтверждения теоретических исследований на рис. 4.2 а, б представлены осциллограммы процесса стабилизации курса судна теплохода «Л. Соболев». Из осциллограмм на мелкой воде видно (рис. 4.2 а), что попытки стабилизировать судно на курсе ПИД регулятором приводят к неустойчивому расходящемуся процессу. Решение проблемы управления состоянием таких объектов может быть найдено за счет использования новых типов алгоритмов с элементами искусственного интеллекта. Аналогичный алгоритм опробован на судах речного флота. На рис. 4.2 б представлены временные осциллограммы, подтверждающие работоспособность логического алгоритма в сложных условиях плавания.

Проведенные в главе исследования позволили сделать следующие выводы:

1. Область устойчивости при управлении как линейным, так и нелинейным объектами может быть достаточно большой, если объект относится к хорошо управляемым объектам.

2. При изменении параметров модели с ухудшением внешних условий плавания размеры области устойчивости существенно уменьшаются. Таким образом, использование ПИД регулятора требует непрерывной «подстройки» коэффициентов , причем тенденцию изменения коэффициентов К^ и К^ предсказать достаточно сложно.

Рис 4.2. Временные осциллограммы, снятые на теплоходе "Л. Соболев": а - Ладожское озеро, глубина H=4 м., ПИД алгоритм; б - Рыбинское водохранилище, глубина различная, интеллектуальный авторулевой. Области D - области временной потери управляемости

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработан способ представления информации об управляемости объекта в виде характеристики чувствительности, позволяющий оценить его послушливость управлению.

2. Разработан критерий количественной оценки управляемости объекта по его чувствительности к изменению управления (К-критерий). К-критерий позволяет разделить объекты на «хорошо» и «плохо» управляемые.

3. Введено понятие эксплуатационной управляемости, что позволило оценить минимально допустимые управления для данного объекта.

4. Предложена классификация объектов на два типа по виду характеристики чувствительности: хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и плохо управляемые объекты.

5. Показано, что управляемое на курсе судно обладает рядом динамических особенностей, отрицательно влияющих на его послушливость рулю.

6. Показано, что один и тот же объект при изменении внешних условий может из класса хорошо управляемых перейти в класс плохо управляемых объектов, что затрудняет использование ПИД алгоритма и требует использования интеллектуального алгоритма.

7. Выделен класс объектов — «хорошо» управляемые — для которого допустимо использование классического ПИД алгоритма управления.

ПУБЛИКАЦИИ

1. Чернышов А. В., Чиркова М. М. Связь алгоритмов управления с управляемостью объекта // XXIX сборник трудов Межведомственного совета по управлению морскими судами и специальными аппаратами. М: ИПУ РАН. 2002. С. 102-105.

2. Чернышов А. В., Чиркова М. М. Классификация объектов по их чувствительности к изменению управляющего воздействия // Сборник тезисов докладов VI научной конференции «Нелинейные колебания механических систем». Н. Новгород, 2002. С. 159-160.

3. Чернышов А. В., Чиркова М. М. Особенности динамики и алгоритмы управления состоянием объектов // Известия РАН. Теория и системы управления. М., 2003, № 4.

4. Чернышов А. В., Чиркова М. М. О некоторых особенностях реакции подвижных объектов на управляющее воздействие // Сборник тезисов докладов VII международного семинара «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления». М.: ИПУ РАН. 2002. С. 167-169.

5. Преображенский А. В., Чернышов А. В. Параметрическая идентификация управляемого на курсе судна // Материалы научно-технической конференции, посвященной 70-летию ВГАВТ. Вып. 292. Ч. 6, Н. Новгород, 2000. С. 92-94.

6. Чернышев А. В. Классификация линейных объектов по чувствительности к управляющему воздействию // Материалы научно-технической конференции, посвященной 70-летию ВГАВТ. Вып. 292. Ч. 6, Н. Новгород,

2000. с. < оч-т.

7. Чернышев А. В., Чиркова М. М. Идентификация свойств объекта по статико-динамической характеристике // Труды международной научно-технической конференции по проблемам управления 81СРК0'2000. М.: ИПУ РАН, 2000. С. 1154-1157.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага писчая. Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ 691. Тираж 100.

Издательско-полиграфический комплекс ФГОУ ВПО ВГАВТ 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5

»- 67 9 J

Введение.

Глава I. Способы оценки управляемости объектов

Введение. ^^

1.1. Типовые задачи управления.

1.2. Управляемость линейных стационарных систем.

1.3. Управляемость нелинейных объектов.

1.4. Способы представления информации при оценке управляемости.

1.4.1. Переходные характеристики.

1.4.2. Фазовые портреты.

1.4.3. Статико-динамические портреты.

1.4.4. Характеристики чувствительности объекта.

Выводы по главе.

Глава II. Классификация линейных объектов по чувствительности к управляющему воздействию

Введение. .Т.7"

II. 1. Статико-динамические портреты и характеристики чувствительности малоинерционных объектов, динамика которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. л г

II.2. Классификация линейных объектов.

Выводы по главе.

Глава III. Классификация нелинейных объектов по чувствительности к управляющему воздействию

Введение.

III. 1. Динамические особенности объектов, динамика которых описывается моделью (3.1).

Ш.2. Статические особенности подвижных объектов.

Выводы по главе.

Глава IV. Обоснование применения интеллектуального алгоритма управления для речного водоизмещающего судна

Введение.г.

VI. 1. Обзор способов интеллектуального управления.

1У.2. Обоснование введения интеллектуальных компонент в традиционный ПИД алгоритм управления подвижным объектом

1У.З. Пути улучшения показателей качества автоматического ••• управления состоянием объекта.

Выводы по главе.

Создание алгоритмов управления для объектов, функционирующих в условиях непрерывно меняющихся внешних условий, является одним из направлений развития современной теории автоматического управления. Задача управления подвижными объектами (речные водоизмещающие суда) серьезно усложняется, так как их динамика описывается нелинейными дифференциальными уравнениями, параметры которых существенно зависят от состояния внешней среды. У такого класса объектов неоднозначны не только собственные, но- и вынужденные установившиеся состояния и переходные процессы. Как правило, изменение состояния внешней среды, которое сложно прогнозируемо, сильно влияет на собственные параметры объекта, а следовательно, и на его динамические особенности, что, в свою очередь, требует подстройки параметров регулятора.

Анализ публикаций показывает, что большинство выполняемых в этом направлении работ в России и за рубежом связано с разработкой методов управления такими объектами. Недавние достижения в информатике, кибернетике и, в частности, так называемом искусственном интеллекте вызвали появление некоторых новых средств моделирования, управления и оптимизации сложных нелинейных управляемых систем. На стыке современной теории управления и искусственного интеллекта активно формируется и развивается область исследований и разработок - интеллектуальное управление. В последние годы интеллектуальным алгоритмам уделяется . особое внимание. Исследования в области "Искусственного интеллекта" развиваются примерно с 50-х годов. Они начались с применения в области вычислительной техники и информатики, а продолжили свое развитие и в теории автоматического управления. Начиная с 80-х годов, идеи, относимые к области искусственного интеллекта, используются в теории и практике управления. В отличии от философии и психологии искусственный интеллект как область исследований и разработок ориентирован не только на понимание, но и на построение интеллектуальных систем.

Росту количества разработок интеллектуальных алгоритмов способствует фундаментальная теоретическая база (Д. А. Поспелов, Ь. 2аёеЬ, С. Н. Васильев и др.). Интерес к интеллектуальным алгоритмам управления объясняется тем, что традиционные классические алгоритмы (типа пропорционально-интегрально-дифференциальных - ПИД алгоритмы) не могут обеспечить высокое качество процесса управления в сложных внешних условиях, и в реальной ситуации, например на судах речного флота, авторулевые при ухудшении условий плавания отключают. Совершенствование же непрерывных ПИД алгоритмов не всегда дает желаемый результат. Раскрытие причин неработоспособности ПИД алгоритма в сложных условиях или, по крайней мере, определение класса объектов, для которых такой алгоритм неработоспособен, является важным направлением исследований.

Для создания алгоритмов управления, ориентируемых для работы в сложных внешних условиях, необходимо углубленное изучение динамических свойств объектов управления, в частности, его чувствительности к изменению управления, а также влияния внешней среды на эту чувствительность.

Посредством управления объект переходит из одного заданного состояния в другое. С таким переходом связано понятие управляемости. Однако для оценки управляемости подвижных объектов необходимо ввести понятие эксплуатационной управляемости, когда накладывают ограничение на время перевода объекта из одного состояния в другое, то есть теоретически управляемый объект может быть эксплуатационно не управляемым.

Если вопросы управляемости объекта в структурно-качественном и количественном смысле изучены достаточно хорошо для линейных объектов (А. А. Красовский), то количественная оценка управляемости нелинейных объектов, в частности водоизмещающих судов1,

1 К количественным оценкам управляемости для водоизмещающих судов отнесем минимально: и максимально допустимые управления, а также время реакции на смену управления. практически не разработана. Это связано с тем, что для оценки управляемости судна в широком диапазоне управлений, начальных условий и состояний внешней среды необходимо проводить большое количество испытаний.

В данной работе исследуется управляемость объекта по его чувствительности к изменению управления как на примере объектов, динамика которых описывается линейными дифференциальными уравнениями, так и на объектах, характеристика управляемости которых является существенно нелинейной (речные водоизмещающие суда). В работе также проводится классификация объектов на «хорошо» и «плохо» управляемые по виду функции чувствительности и обосновываются алгоритмы управления состоянием.

Среди решенных задач следует выделить следующие:

1) предложено ввести понятие эксплуатационной управляемости и оценивать управляемость объекта по его чувствительности к изменению управления;

2) предложено характеризовать управляемость объекта функцией чувствительности, что удобно для применения в алгоритме управления;

3) проведена классификация объектов по виду функции чувствительности;

4) даны и обоснованы рекомендации по использованию как-классического ПИД алгоритма, так и алгоритмов, содержащих интеллектуальные компоненты.

Для эффективного управления подвижным объектом (судном) на всех эксплуатационных режимах (в том числе и аварийных) необходимо знание переменных состояния объекта управления, т.е. учета его фактического состояния. Однако некоторые из переменных не поддаются точному измерению (например, у речных водоизмещающих судов, это - /?). При этом действительные параметры системы управления в процессе эксплуатации изменяются в процессе эксплуатации, под воздействием внешних условий и т.д. Изменение параметров желательно учесть, так как оно может привести к изменению статических и динамических свойств системы.

До недавнего времени постановка и решение задач управления опиралось на более или менее традиционные математические модели, как правило, в форме тех или иных уравнений динамики управляемого процесса. Результат прогнозирования при выработке управления может быть заведомо неточен, например, вследствие того, что в правой части уравнения динамики есть постоянно действующие возмущения, которые не всегда можно оценить. Использование различных интеллектных компонент расширяет потенциал управления динамическими системами путем охвата задач с неизвестными или уже несправедливыми с некоторого момента эксплуатации уравнениями динамики, либо задач, в которых модели в форме уравнений динамики могут уступать по эффективности использования моделям искусственного интеллекта.

В итоге можно сказать, что ПИД алгоритм допустим в случае, когда статическая характеристика объекта управления близка к линейной. В случае существенно нелинейной статической характеристики требуется специальный алгоритм, который способен "чувствовать" фазовые пятна и обходить их.

Для решения такой задачи необходимо прибегать к неклассическим алгоритмам управления, в частности, интеллектным.

В навигациях 80х-90х г. на судах Волжского речного пароходства проводились испытания судов для оценки особенностей их динамики, а 90-99 г.г. - испытания авторулевого АР-95, разработанного на кафедре информатики и автоматизации производственных процессов ВГАВТ, с алгоритмом, включающим в себя элементы искусственного интеллекта (система, основанная на правилах с возможностью обучения). Этот алгоритм не использовал математических моделей судов, а ориентировался только на реакцию объекта при изменении и. Так, например, при попадании координат состояния в фазовое пятно и чувствуя ослабление реакции, алгоритм на короткое время увеличивал управление для обхода пятна и делал это в 2-3 раза быстрее, чем судоводитель в аналогичной ситуации. Эта особенность алгоритма позволила использовать авторулевой на судах различных типов в любых допускающих судовождение условиях плавания, при этом алгоритм не требовал каких-либо структурных или параметрических настроек и давал показатели качества управления в 2-3 раза превышающие показатели качества при управлении с использование классического ПИД-алгоритма. Аналогичные показатели качества мог продемонстрировать опытный судоводитель лишь на коротком интервале времени.

При проведении исследований управляемости судов автор основывался на работах А. Ш. Афремова, А. М. Васина, А. И. Войткунского, А. А. Воронова, А. Д. Гофмана, А. А. Красовского, В. Д. Павленко, Р. Я. Першица, Д: А. Поспелова, А. А. Русецкого, М. И. Фейгина, М. М. Чирковой, Г. Э. Шлейера (Острецова), Ь. ЕаёеЬ.

Цель работы: создание метода количественной оценки эксплуатационной управляемости подвижного объекта, выяснение причины ухудшения качества процесса управления состоянием объекта с ПИД регулятором в сложных условиях функционирования (на примере водоизмещающего судна) и обоснование необходимости разработки интеллектуального алгоритма управления его состоянием.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы:

1. Разработана методика количественной оценки управляемости объекта по его чувствительности к изменению управления (К-критерий).

2. Разработан способ представления информации об управляемости в виде функции чувствительности, позволяющей оценить минимально допустимые управления для данного объекта.

3. Предложена классификация объектов по К-критерию на два типа: хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и плохо управляемые объекты, что позволит обосновать применение интеллектуальных алгоритмов управления.

Обоснованность и достоверность результатов:

1. Исследование проводилось как методом математического-моделирования, так и: по результатам обработки данных осциллограмм натурных испытаний.

2. Динамика судов моделировалась с использованием общепризнанной в теории корабля модели водоизмещающего судна.

3. Эффективность алгоритмов управления с интеллектуальными компонентами подтверждается осциллограммами натурных испытаний.

Практическая ценность работы:

1. Разработана методика оценки эксплуатационной управляемости судна, позволяющая выявить минимально допустимые управления.

2. Предложена классификация объектов на два типа по виду характеристики управляемости: хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и плохо управляемые объекты.

3. Выделен класс объектов, для которого допустимо использование классического ПИД алгоритма управления.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Способ представления информации об управляемости в виде функции чувствительности К(Ц), позволяющий оценить минимально допустимые управления для данного объекта.

2. Метод оценки управляемости судна (в терминах «хорошо» -«плохо») по его чувствительности к изменению управления (К-критерий).

3. Способ классификации объектов по К-критерию на хорошо управляемые в любом диапазоне допустимых управлений, для которых использование ПИД алгоритма допустимо и плохо управляемые объекты, требующие использования интеллектуальных алгоритмов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались на научно-технической конференции по проблемам транспорта (Н. Новгород, ВГАВТ, 1999 г.), международной научно-технической конференции по проблемам управления (Москва, РАН ИЛУ им. В. А. Трапезникова 81СР110'2000, 2000 г.), научно-технической конференции, посвященной 70-летию ВГАВТ (Н. Новгород, 2000 г.), на УП международном семинаре "Устойчивость и колебания нелинейных систем управления" (Москва, РАН ИЛУ им. В. А. Трапезникова, 2002 г.), VI научной конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Н. Новгород, 2002 г.).

Выводы по главе.

В четвертой главе проведено обоснование применения интеллектуального алгоритма управления для речных водоизмещающих судов. Также даны рекомендации по модернизации классического ПИД алгоритма авторулевого, которые позволят улучшить показатели качества управления с минимальными затратами.

Было проведено моделирование процесса стабилизации ПИД-регулятором объектов, описываемых линейными и нелинейыми дифференциальными уравнениями (рис. 4.2-4.32). Моделирование показало, что плоскости параметров ПИД-регулятора Кх—К2 для линейных и нелинейных объектов разбиваются на области устойчивого и неустойчивого поведения — рисунок 4.1. Кроме того, для «хорошо» управляемых объектов разброс показателей качества невелик, в то время как для «плохо» управляемых он существенно больше. Это значит, что для «плохо» управляемых объектов необходимо постоянно подстраивать коэффициенты регулятора Кх - К2 в зависимости от изменения К(И), которое вызвано изменением внешней среды.

На рисунке 4.34 представлены осциллограммы, снятые на т/х «Л. Соболев» при различных внешних условиях и при управлении штатным авторулевым (рис. 4.34 а) с ПИД алгоритмом и при управлении интеллектуальным авторулевым АР95 (рис. 4.34 б).

На рисунках 4.35-4.37 показаны результаты моделирования процесса стабилизации на курсе судна типа «Волгонефть» в сложных внешних условиях с помощью модернизированного ПИД алгоритма. В традиционным ПИД алгоритм вводится поправка ни минимально допустимое управление, которое вычисляется по характеристике чувствительности, которая строится в реальном времени.

Итак, проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:

112.1

1. Область устойчивости при управлении как линейным, так и нелинейным объектами может быть достаточно большой, если объект относится к хорошо управляемым объектам, что хорошо видно из рисунка 4.1 а,б -области А.

2. При изменении параметров модели с ухудшением внешних условий плавания размеры области устойчивости существенно уменьшаются (рис. 4.1 а, б — области В). Таким образом, использование ПИД регулятора требует непрерывной «подстройки» коэффициентов К1-К2, причем тенденцию изменения коэффициентов Кх и К2 предсказать достаточно сложно (результаты исследование представлены на рисунках 4.2-4.32).

3. Разброс показателей качества у "хорошо" управляемых объектов (при изменении параметров регулятора) значительно меньше, чем у "плохо" управляемых (рис. 4.33).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом диссертационной« работы является решение задачи, имеющей важное: научно-практическое значение в области идентификации управляемости объектов (на примере речных водоизмещающих судов), их скрытых свойств^ и обоснования алгоритмов управления их состоянием.

Решение данной задачи: позволит повысить технико-экономические показатели процесса управления движением судна по заданной траектории.

При решении указанной задачи были получены следующие результаты:

1. Разработан способ представления информации об управляемости объекта в виде характеристики» чувствительности, позволяющий оценить его послушливость управлению (рулю). •

2. Разработан; критерию количественной оценки управляемости объекта по его чувствительности к изменению управления (К-критерий). К-критерий позволяет разделить объекты на «хорошо» и «плохо» управляемые.

3. Введено понятие- эксплуатационной; управляемости, что позволило оценить минимально и максимально допустимые управления для данного объекта.

4. Предложена классификация объектов на два типа по виду характеристики чувствительности: «хорошо» управляемые в любом диапазоне допустимых управлений и «плохо» управляемые объекты.

5. Показано, что управляемое на курсе судно обладает рядом динамических особенностей; отрицательно! влияющих на его послушливость рулю.

6. Показано, что один и тот же объект при изменении внешних условий может из класса хорошо управляемых перейти в класс плохо управляемых объектов, что затрудняет использование ПИД алгоритма и требует использования интеллектуального алгоритма.

7. Выделен класс объектов — «хорошо» управляемые - для которого допустимо использование классического ПИД алгоритма управления.

1. Автоматизация производственных процессов на водном транспорте. Учебник./ Попов С.А., Кулибанов Ю.М., Ковалев Ю.Н., Бондаренко В.Л., Сазаров B.B. М.: Транспорт, 1983. -240 с.

2. Айзерман М.А. Теория автоматического регулирования. М.: Наука, 1979. -335с.

3. Айзерман М.А. Краткий очерк становления и развития классической теории регулирования и управления (обзор) // А и Т. 1993. N7. С.5-18.

4. Александров А.Г. Частотное адаптивное управление. I // А и Т. 1994. N12. С.93-103.

5. Александров А.Г. Частотное адаптивное управление. II // А и Т. 1995. N1.C. 117-127.

6. Андриенко А .Я. Оценивание вектора возмущений. Алгоритм быстрого оценивания вектора высокой размерности // А и Т. 1996. N3.C.4-14.

7. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. -М.: Физматгиз, 1959. -915с.

8. Антипов В.В., Подгорец В.Я., Скороходов Д.А. Адаптивная система управления движением судна на подводных крыльях. В сб. "Автоматизация морских судов". Л., Судостроение, 1985.,

9. Астафьева И.Н., Гаврилов А.Е., Логачев С.Ю., Пастернак С.М., Торопцов B.C. О неэффективности атистических режимов управления процессом // А и Т. 1993. N2. С.29-33.

10. Афремов А.Ш. Рыскание судов на волнении. Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, 1966, вып. 232, с. 3-20.

11. Баганин A.A., Бочагов В.И., Сидоров В.П. Методика выбора параметров системы автоматического управления движениемтранспортных средств, оборудованных КАУИ. Сборник трудов N 19 Совета по управлению движением. М.: ИПУ АН РФ, 1992г.

12. Басин A.M. Теория устойчивости на курсе и поворотливости судна. М. -Л.: ГИТТЛ, 1949. -176с.

13. Басин A.M. Ходкость и управляемость судов. М.: Транспорт, 1961. -175с.

14. Басин A.M., Анфимов В.Н. Гидродинамика судна. Л.: Речной транспорт, 1969. -553с.

15. Баутин H.H. Поведение динамических систем вблизи границы области устойчивости. М.: Наука, 1984. -176с.

16. Баутин H.H., Леонтович Е.А. Методы и приемы качественного исследования динамических систем на плоскости. М.: Наука, 1976. -476с.

17. Бахтизин Р.Н., Латыпов А.Р. Оценка порядка линейных объектов по экспериментальной информации // А и Т. 1992. N3. С. 108123.

18. Беллман Р. Методы вычислений: Избранные главы (обзор) // А и Т.1993. N8.C.3-39.

19. Бенедикт С. Принятие решений при ненадежной информации //А и Т. 1996. N9. С.151-162.

20. Березин С.Я., Тетюев В.А. Системы автоматического управления движением судов по курсу. Л.: Судостроение, 1974. -264с.

21. Бернштейн С.И., Кузнецов H.A., Шлейер Г.Э. Функциональная структура подсистемы управления движением. В сб. "Теоретические вопросы построения АСУ крупнотоннажными транспортными судами". М., Наука, 1978.

22. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. -767с.

23. Бобылев H.A., Дементьева A.M., Красносельская А.Н. Об индексе Пуанкаре в задачах управления и оптимизации // А и Т. 1994. N2. С.32-42.

24. Бодянский Е.В, Котляревский C.B. Адаптивное управление динамическим существенно нестационарным объектом // А и Т. 1995. N6. С.11-21.

25. Борисов В.Г., Гуляев А.И., Тарасов H.H., Тахтамышев М.Г. Оценка текущего состояния объекта в задачах ситуационного управления. Доклад на XXI совете по упр., 1994г.

26. Бояринов B.C., Чиркова М.М. К теории нелинейного авторулевого с запаздыванием, Т/ Горьковск. ин-т инж. водн. тр-та, 1978. Вып.161, с.19-34.

27. Бояринов B.C., Чиркова М.М. К исследованию динамики некоторых нелинейных систем автоматического регулирования. Тр./ Горьк. ин-та инж. водн. тр-та, 1974, вып. 137, с.60-67.

28. Брусин В.А. Об одном классе сингулярно возмущенных адаптивных систем. I // А и Т. 1995. N4.C.119-130.

29. Брусин В.А. Об одном классе сингулярно возмущенных адаптивных систем. II // А и Т. 1995. N5. С. 103-113.

30. Брусин В.А. Частотные условия H управления и абсолютной стабилизации // А и Т. 1996. N5. С. 17-27.

31. Брусин В.А., Угриновская Е.Я. Децентрализованное адаптивное управление с эталонной моделью // А и Т. 1992. N10. С.29-45.

32. Брусин В.А., Угриновская Е.Я. О децентрализованномадаптивном управлении с эталонной моделью // А и Т. 1996. N12. С.67-77.

33. Булычев Ю.Г., Манин A.A. Синтез адаптивных систем оптимального управления стохастическими объектами на основе прогнозирующей модели // А и Т. 1995. N9. С.81-93.

34. Булычев Ю.Г., Бурлай И.В. Системный подход к моделированию сложных динамических систем в задачах оптимизации с прогнозирующей моделью // А и Т. 1996. N3. С.34-45.

35. Булычев Ю.Г., Манин A.A. Аналитическое конструирование систем управления в условиях априорной неопределенности // А и Т. 1996.N11.C.74-84.

36. Бюнау А.Э., Гольдин А.И., Корчанов В.М. Комплексная система управления движением судна будущего. М., ИПУ АН СССР, 1987, ДСП.

37. Ваганов Г.И. Экспериментальные исследования сопротивления воды движению секционных составов. В произв. технич. сб. МРФ РСФСР, вып. 97, 1871. - 32с.

38. Васильев A.B., Белоглазов В.И. Управляемость винтового судна. М.: Транспорт, 1966. 167с.

39. Войткунский Я.И., Титов И.А. Судовые двигатели и управляемость, / Справочник по теории корабля. JL: Судостроение, 1973.-321с.

40. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. -М.: Наука, 1979. -336с.

41. Воротников В.И. Об оптимальной стабилизации нелинейных управляемых систем // А и Т. 1991. N3. С.22-32.

42. Воротников В.И. Задачи и методы исследования устойчивости и стабилизации движения по отношению к части переменных: направления исследования, результаты, особенности (обзоры) // А и Т. 1993. N3. С.3-62.

43. Гаджиев Ч.М. Оперативная проверка адекватности математической модели многомерной динамической системы // А и Т. 1995. N7. С.51-68.

44. Гелиг А.Х., Леонов Г.А., Якубович В.А. Устойчивость нелинейных систем с неединственным состоянием равновесия. М.: Наука, 1978.

45. Гольдин А.И., Корчанов В.М., Шлейер Г.Э. Системы стабилизации курса и качки судов, ЦНИИ "Румб", 1981.

46. Гольдфарб Л.С., Балтрушевич A.B., Круг Г.К. и др. Теория автоматического управления. Под ред. A.B. Нетушила. М.: Высшая школа, ч.2, 1972. - 432с.

47. Горбунов И.В., Чиркова М.М. О построении каталогов фазовых портретов подвижных объектов. В сб. тезисов докладов III Межгосударственной конференции "Нелинейные колебания механических систем". Н-Новгород, 1993.

48. Горин Е.А., Красносельский М.А, Кузнецов H.A. Обоснование алгоритмов непараметрической идентификации // А и Т. 1994. N8.C.51-68.

49. Гофман А.Д. К анализу движения неустойчивого судна на прямом курсе./ В сб. Актуальные вопросы динамики корабля. Материалы по обмену опытом. Л.: Судостроение, 1974, вып.221, с.45-53.

50. Гофман А.Д. Теория и расчет поворотливости судов внутреннего плавания. Л.: Судостроение, 1971. - 182с.

51. Гринберг A.C., Лотоцкий В.А., Шкляр Б.Ш. Управляемость и наблюдаемость динамических систем (обзор) // А и Т. 1991. N1. С.3-22.

52. Гусак П.П. Анализ и синтез регулятора в квазилинейных системах с неполной информацией // А и Т. 1995. N3. С.68-76.

53. Дружинина Н.Ф., Никифоров В.О., Фрадков A.JI. Методы адаптивного управления нелинейными объектами по выходу (обзор) // А и Т. 1996. N1. С.3-13.

54. Евстигнеева Л.В., Тарасов H.H., Тахтамышев М.Г. Применение методов ситуационного управления к задачам синтеза САУД. Доклад на XX совете по упр., 1993г.

55. Егоров К.Т., Соколов В.Т. Гидродинамика быстроходных судов. Л.: Судостроение, 1965.

56. Ермилова Т.В., Павлов Б.В., Рутковский В.Ю. Оптимизация процессов настройки коэффициента адаптивного автопилота в условиях действия помех // А и Т. 1996.N12. С.84-95.

57. Ермилова Т.В., Косиков B.C., Павлов Б.В. Синтез самонастраивающегося автопилота // А и Т. 1994.N9. С.39-58.

58. Завалищин С.Т., Суханов В.И. Прикладные задачи синтеза и проектирования управляющих алгоритмов. М.: Наука, 1985.

59. Зеленцовский А.Л. О необходимых и достаточных условиях абсолютной устойчивости нелинейных нестационарных систем // А и Т. 1993. N3. С. 187-198.

60. Зубов В.И. Проблема устойчивости процессов управления. Л.: Судостроение, 1980.

61. Зубов В.И. Динамика управляемых систем. М.: Высшая школа, 1982.

62. Калман Р. Об общей теории автоматического управления. В кн.: Тр. 1 конгресса международной федерации по автоматическому управлению. М.: Наука, 1961, т.2, с.521-547.

63. Каменецкий В.А. Параметрическая стабилизация нелинейных систем управления // А и Т. 1996. N2. С.47-57.

64. Каменецкий В.А. Параметрические уравнения с фазовыми ограничениями // А и Т. 1996. N10. С.65-75.

65. Катханов М.С. Теория судовых автоматических систем. Л.: Судостроение, 1985. - 373с.

66. Клейман Е.Г., Мочалов И.А. Идентификация нестационарных объектов (обзор) // А и Т. 1994. N2. С.3-22.

67. Коган М.М., Неймарк Ю.И. Адаптивное управление стохастическим объектом с не измеряемым состоянием в условиях неидентифицируемости // А и Т. 1992. N6. С. 114-121.

68. Коновалов В.П. О нормировании эксплуатационной устойчивости судов на курсе. Тр. / Горьк. ин-та инж. водн. тр-та, 1982, вып. 191, с.24-32.

69. Косиков B.C., Павлов Б.В. Синтез алгоритмов беспоисковых самонастраивающихся систем с использованием линейных моделей // А и Т. 1977. N8. С.84-94.

70. Красовский A.A. Алгоритмические основы оптимальных адаптивных регуляторов нового класса // А и Т. 1995. N9. С. 104-166.

71. Красовский A.A. Адаптивные полиномиальные наблюдатели и идентификация в критических режимах // А и Т. 1996. N10. С.142-166.

72. Красовский H.H. Некоторые задачи теории устойчивости движений. М.: Наука, 1959.

73. Красовский H.H. Теория управления движением. М.: Наука, 1968.

74. Кринецкий И.И. Расчет нелинейных автоматических систем. Киев: Техника, 1968. 311с.

75. Кротов В.Ф., Гурман В.Н. Методы и задачи оптимального управления. М.: Наука, 1973.

76. Кротов В.Ф. Об оптимальном управлении траекториями полета. Абсолютный оптимум, аналитические решения, алгоритмы. I // А и Т. 1996.N3. С.47-58.

77. Кротов В.Ф., Хрусталев М.М. Оптимальное управление тягой и углом атаки самолета при подъеме разгоне // Теория устойчивости и управления. М.: Наука, 1975. С. 168-175.

78. Круг Г.К., Сосулин Ю.А., Фатуев В.А. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции. М.: Наука, 1977.-231с.

79. Кузин В.П. Адаптивная система стабилизации. Труды XII расширенного заседания Совета по управлению движением судов. М., ИПУ АН СССР, 1986 г., ДСП.

80. Кузьмин Л.П., Першиц Р.Я., Юдин Е.В. Расчет элементов горизонтального движения и угла крена судна при выходе на циркуляцию. Тр./ ЦНИИ им. акад. А.И. Крылова,1959, вып.136, с.14-25.

81. Куржанский А.Б. Задача идентификации теория гарантированных оценок (обзор) // А и Т. 1991. N4. С.3-26.

82. Лебедев A.A., Черобровкин Л.С. Динамика полей беспилотных летательных аппаратов. М.: Оборонгиз, 1962.

83. Лебедев Э.П., Першиц PJL, Русецкий A.A. и др. Средства активного управления судами. Л., Судостроение, 1969.

84. Лернер Т.М., Лукомский Ю.А. Управление морскими объектами. Л.: Судостроение, 1979. -271с.

85. Летов A.M. Устойчивость нелинейных регулируемых систем. -М.: Госэнергоиздат, 1955. -312с.

86. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. М.: Наука, 1972.

87. Литвинцев А.И., Пятницкий Е.С. Динамика и управление многозвенным транспортным механизмом // А и Т. 1993. N1. С. 141-151.

88. Маслов Е.В., Преображенский A.B., Чиркова М.М. Результаты натурных испытаний интеллектуального авторулевого нагрузовом составе. Труды XIX расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. М., ИПУ РАН. 1992.

89. Маслов Е.В., Преображенский A.B., Чиркова М.М. Способы управления состоянием подвижного объекта с нестабильной характеристикой управляемости. В сб. тезисов докладов н.-т. конференции "Транском 94". С-Петербург. 1994.С.122-123.

90. Миллер Б.М. Метод разрывной замены времени в задачах оптимального управления импульсными и дискретно-непрерывными системами // А и Т. 1993. N12. С.3-32.

91. Нелепин P.A. Основные проблемы комплексной автоматизации морских судов. Тезисы докладов Всесоюзной научно -технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств". JL, Судостроение, 1982.

92. Нехороший Ю.И., Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Идентификация параметров модально-физической модели деформируемого космического аппарата // А и Т. 1992. N7. С. 19-24.

93. Никифоров В.О., Фраднов A.JI. Схемы адаптивного управления с расширенной ошибкой (обзор) // А и Т. 1994. N9. С.3-22.

94. Никулин В. Л. Оценка гидродинамических характеристик, подводного аппарата плохообтекаемой формы, Ж-л Судостроение Л.; Судостроение - 1984, N 9.

95. Олейников В.А. Оптимальное управление технологическими процессами в нефтяной и нефтехимической промышленности. Л.: Недра, 1982. -321с.

96. Олейников В.А. Оптимальные системы автоматического управления. Уч. пособие./ Под ред. A.A. Вавилова. Л.: ЛЭТИ, 1978. -103с.

97. Павленко В.Г. Маневренные качества речных судов. М.: Транспорт, 1979. -182с.

98. Первозванский A.A. Обучаемое управление и его приложения АН А и Т. 1995. N11. С.160-168.

99. Первозванский A.A. Обучаемое управление и его приложения. II // А и Т. 1995. N12. С.99-108.

100. Первозванский A.A. Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1986.

101. Першиц Р.Я. Нормирование эффективности средств активного управления судном. Судостроение, 1973,N 9,с.8-11.

102. Першиц Р.Я. Судно как управляемая система переменного состава. Судостроение, 1980,N 7, с.5-7.

103. Першиц Р.Я. Управляемость и управление судном. JL, Судостроение, 1983.

104. Першиц Р.Я., Немзер А.И. Об управляемости судна на течении. Труды НТО Судпрома, 1971, вып. 169, с.4-8.

105. Поляк Б.Т., Цыпкин Я.З. Робастная устойчивость при комплексных возмущениях параметров // А и Т. 1991. N8. С.45-62

106. Поляк Б.Т., Цыпкин Я.З. Международный симпозиум по робастному управлению // А и Т. 1993. N1. С.185-195.

107. Понтрягин JI.C., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.Б, Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969. -382с.

108. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973. -580с.

109. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. М.: Наука, 1986г.

110. Преображенский A.B., Чиркова М.М. Результаты натурных испытаний цифрового авторулевого // Судостроение. 1992. N11-12.

111. Преображенский A.B., Чиркова М.М. О влиянии внешней среды на характеристики авторулевого с ПИД-регулятором. Труды XXI расширенного заседания совета по управлению движением морских судов и аппаратов. М.: ИПУ РАН. 1994.

112. Преображенский A.B., Чиркова М.М. Пути повышения качества авторулевого для речных водоизмещающих судов. Труды XXII расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. М., ИПУ РАН. 1995: С.67-71.

113. Преображенский A.B., Чиркова М.М. Проблема идентификации параметров нелинейной модели судна при одной неизмеряемой координате состояния. В сб. тезисов докладов IV конференции "Нелинейные колебания механических систем". Н-Новгород,1996.

114. Пятницкий Е.С. Синтез систем стабилизации программных движений нелинейных объектов управления // А и Т. 1993. N7. С. 19-37.

115. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Большие космические конструкции: модели, методы, исследования и принципы управления. I //А и Т. 1996. N7. С.52-65.

116. Рутковский В.Ю., Суханов В.М. Большие космические конструкции: модели, методы, исследования и принципы управления. II //А и Т. 1996. N8. С.55-66.

117. Рыжов Л.М. Управляемость толкаемых составов. М.: Транспорт, 1969. -128с.

118. Рыжов JI.M., Соларев Н.Ф. Маневренность речных судов и составов. М.: Транспорт, 1967. -144с.

119. Соболев Г.В. Управляемость корабля и автоматизация судовождения. JL: Судостроение, 1976. -477с.

120. Соболев Л.Г. Метод построения нелинейной модели поворотливости судна. Тр./ЦНИИ МФ, 1975, вып.200, с. 13-46.

121. Советов Б.А. Моделирование. Л., 1985.

122. Соларев Н.Ф. Безопасность маневрирования речных судов и составов. М.: Транспорт, 1980. -125с.

123. Соларев Н.Ф. Результаты натурных испытаний по определению инерционных характеристик судов и составов. Тр./ ГИИБТ, 1965, вып.71, с.70-75.

124. Солнечный Э.М. Исследование задачи построения слабо инвариантной системы управления летательным аппаратом // А и Т. 1993. N1. С.50-60.

125. Справочник по теории автоматического управления. / Под ред. A.A. Красовского. М.: Наука, 1987.

126. Сторожев Н.Ф. Управляемость речных судов и составов. М.: Транспорт, 1965. -148с.

127. Сушков Ю.М. Моделирование систем. Л., 1982.

128. Теория автоматического регулирования. Кн. 1,2,3. Под ред. Солодовникова B.B. М.: Машиностроение, 1967. -678с.

129. Теория автоматического управления. Нелинейные системы, управление при случайных воздействиях: Учебник / Нетушил

130. A.B., Балтрушевич A.B., Бурляев B.B. и др. M.: Высшая школа, 1983. -432с.

131. Теоретические вопросы построения АСУ крупнотоннажными транспортными судами. М.: Наука, 1978. 211с.

132. Тумашик А.П. Идентификация судна как объекта управления по данным модельных испытаний. Судостроение, 1981, N 7,с.9-13.

133. Шильман C.B. Адаптивное прогнозирование при управлении // А и Т. 1996. N8. С. 100-107

134. Шлейер Г.Э., Транин Ф.Е. Исследование системы автоматического управления движением транспортного судна на курсе. Тр./ ЦНИИ МФ, 1970, вып. 124, с.82-100.

135. Федяевский К.К. Избранные труды. Л.: Судостроение, 1975, -438с.

136. Федяевский К.К. О рациональной оценке необходимой степени курсовой устойчивости судна. В кн.: Избранные труды. - JL: Судостроение, 1975, с.384-407.

137. Федяевский К.К., Соболев Г.В. Управляемость корабля. -JI. : Судпромгиз, 1963. -3 76с.

138. Фейгин М.И. К оптимизации управления неустойчивым на курсе судном. Т./Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, 1982, вып. 189. с.3-20.

139. Фейгин М.И. Автоколебания судов в угле рыскания. Тр./ Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, 1980; вып. 174, с.3-28.

140. Фейгин М.И.',. Чиркова М.М. Об использовании динамических особенностей неустойчивого на курсе объекта для оптимизации процесса изменения направления его движения. В сб. тезисов докладов н.-т. конференции "Транском 94". С-Петербург. 1994.С.8-9.

141. Фейгин М.И., Гурьяшова Р.Н. Расчет управляемости судов на режимах маневра "зигзаг". Тр./ Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, 1982, вып. 189, с.82-92.

142. Фейгин М.И. К теории движения неустойчивого на прямом курсе судна. Известия АН СССР, "Механика твердого тела", 1982, N1, с.66-72.

143. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Управление системой в случае, когда рабочий режим движения оказывается неустойчивым. В сб. тезисов докладов Всесоюзной конференции "Нелинейные колебания механических систем". М-Н.Н. ч.2, с.206-207,1987.

144. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Об управлении неустойчивым на курсе судном. В сб. тезисов докладов V Четаевской конференции "Аналитическая механика, устойчивость, управляемость". Казань, 1987.

145. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Об одном способе перевода судна на новый курс. Труды XIV расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. ИЛУ РАН, 1987. С.112.

146. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Динамика неустойчивого на прямом курсе судна. Судостроение, N 7, 1987. С.23-25.

147. Фейгин М.И., Чиркова М.М. О потере управляемости судов, неустойчивых на прямом курсе. В сб. тезисов Всесоюзного семинара "Динамика нелинейных процессов управления". Таллин, 1987.

148. Фейгин М.И., Чиркова М.М. К оптимизации процесса перевода судна на новый курс. Межвуз. сборник "Системы автоматического контроля и управления судовыми процессами". Ленинград, ЛИВТ, с.172-177. 1988.

149. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Об управлении движением неустойчивого объекта. Прикладные проблемы теории колебаний. Межвуз. Сборник ГГУ, Горький. 1989.

150. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Особенности управления нелинейными объектами. Труды XVI расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. ИПУ РАН.1989.

151. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Нелинейные эффекты в системах, управление которыми сопровождается изменением числа возможных стационарных режимов. В сб. тезисов докладов VII Всесоюзного съезда по теоретической и прикладной механике. Москва,1990.

152. Фейгин М.И., Чиркова М.М., Александрычева С., Наумов Е. Результаты полунатурных испытаний систем цифрового управления курсом судна. Труды XVI расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. ИПУ РАН. 1989.

153. Фейгин М.И., Чиркова М.М. К определению характеристик послушливости судна рулю. Тр./ ГИИВТ, 1982, вып.189,с.40-55.

154. Фейгин М.И., Чиркова М.М. Способ управления движением судна. Авторское свидетельство N 1066896. BOHN 2, 1984.

155. Фейгин М.И., Чиркова М.М. О существовании области пониженной управляемости для судов, неустойчивых на прямом курсе. Изв. АН СССР. МТТ. 1985. N 2, с.73-78.

156. Фельдбаум A.A. О синтезе оптимальных систем с помощью фазового пространства. // А и Т. 1955. N2. С.120-149.

157. Фрейдзон И.Р. Моделирование систем автоматического управления.

158. Цлаф Л.Я. Вариационное исчисление и интегральные уравнения. М.: Физматгиз. 1966. -174с.

159. Цыпкин Л.З. Новые классы дискретных периодических систем управления //А и Т. 1994. N12. С.76-92.

160. Черноусько Ф.Л., Колмановский В.Б. Оптимальное управление при случайных возмущениях. М.: Наука, 1978.

161. Чиркова М.М. К вопросу оптимизации динамических систем. Тр./ Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, 1982, вып.189, с.148-156.

162. Чиркова М.М. Взаимосвязь математических моделей управляемого судна, получаемых на стадии проектирования и по результатам натурных испытаний. Тр./ Горьк. ин-т инж. водн, тр-та, 1983, вып. 197, с.58-73.

163. Чиркова М.М. Сравнение алгоритмов удержания судна на курсе по их чувствительности к погрешности входной информации. Тр./ Горьк. ин-т инж. водн. тр-та, 1984, вып.204, с.80-97.

164. Чиркова М.М; Сравнительный анализ алгоритмов управления движением судна. Судостроение, 1985, N 5,с.

165. Чиркова М.М. Оценка состояния неустойчивого на курсе судна. Труды XVIII расширенного заседания Совета по управлению движением морских судов и аппаратов. ИЛУ РАН. 1991.

166. Чиркова М.М. О резонансном явлении при импульсном управлении движением судна. В сб. тезисов докладов II Всесоюзной конференции "Нелинейные колебания механических систем". Горький, 1990. Ч.2., с.217.

167. Чиркова М.М. К вопросу о совместимости свойств поворотливости и устойчивости судна на курсе. Межвуз. Сборник "Моделирование и оптимизация сложных систем", вып.273, с.171-174. ВГАВТ. Н-Новгород, 1996.

168. Чиркова М.М. Методика; проведения испытаний для определения скрытых свойств подвижных объектов с одной неизмеряемой координатой состояния. Межвуз. Сборник "Моделирование и оптимизация сложных систем", вып.273, с. 175-184. ВГАВТ. Н-Новгород, 1996.

169. Чиркова М.М. Исследование скрытых динамических свойств подвижных объектов. В сб. тезисов докладов IV конференции "Нелинейные колебания механических систем". Н-Новгород, 1996.

170. Шанчуров П.Н., Соларев Н.Ф., Щепетов И.А. Управление судами и составами. М.: Транспорт, 1971, -352с.

171. Шлейер Г.Э. О математической модели движения судна. Отчет ОКР и ИР, N 0182.052892. М.: Институт проблем управления, 1983.-27с.

172. Шлейер Г.Э. Способ управления курсом речного судна. -Институт проблем управления. Авторское свидетельство N 758902. БОИ, 1981, N 133.

173. Шлейер Г.Э. Повышение качества и надежности управления при использовании индикатора поворота. Судостроение, 1980, N12, с.26-28.

174. Шлейер Г.Э., Борисов В.Г. Управление движением морских и речных судов. Препринт. М.: Институт проблем управления, 1981. - 62с.

175. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. -М.: Мир. 1975. -683с.

176. Юдин Е.Б. К расчету управляемости океанских буксиров. -Судостроение, 1984, N7, с.9-10.

177. Юдин Е.Б., Маковский А.Г. Анализ самопроизвольного рыскания буксируемых судов. Судостроение, 1975, N4, с. 15-17.

178. Якушенков А.А. Судно как объект автоматического регулирования. Тр./ ЦНИИ МФ, 1965, вып.55.

179. Якушенков А.А. Эксплуатационные требования к перспективным системам автоматического управления движением судна. В сб. "Теоретические вопросы построения АСУ крупнотоннажными транспортными судами". М., Наука, 1987.

180. Якушенков А.А., Воробьев Ю.Ю. Программное управление движением судна в автоматизированной системе судовождения. Тр./ ЦНИИ МФ, 1982, N 271, с. 14-25.

181. Якубович В.А. Метод матричных неравенств в теории устойчивости нелинейных регулируемых систем. Абсолютная устойчивость систем с гистерезисными нелинейностями. Автоматика и телемеханика, 1965, т.26, N 5, с.753-763.

182. Янке Е., Эмде Ф. Таблицы функций. М.: Физматгиз, 1959.-419с.

183. Amerongen J.Van, е.а. Ship operation automation. Adaptive autopilots for ships. Amsterdam - Oxford, 1975, pl56-198.

184. Amerongen J.Van, Haarman J.C., Verhage L.W. Mathematical modeling of ships. Proceeding of the 4th Ship Control Systems Symposium, Netherlands, 1975, v.4, p.4-163.

185. Asai Shigeru. A stadu on chek helms for course keeping of a ship under steady, external forces. "Huxon дзосэн гаккай ромбу сю", J. Soc. Nav. Archit, Jap. 1981, p.245-253/

186. Gill A.D. The identification of manoe uvring equationsfrom ship trials results. Trans. Roy. Inst. Nav. Achit., 1976, №118, p.145-155.

187. Haddara M.R. On the directorial stability of ships. "Int. Shipbuilding. Progr.", 1980, 27, №376, p.322-324.

188. Inoue S., Hirana M., Kijima K., Takashina J. Apractical calculation method ship maneuvering motion motion. "Int. Shipbuilding Progr.", 1981, 28, №325, p.207-222.

189. Kose K. On a new mathematical model of maneuvering motions of a ship and its applications. "Int. Shipbuilding Progr.", 1982, 29, №336, p.205-220.

190. Riedl В., Cyr В., Kokotovic P.V. Disturbance Instabilities in an Adaptive System // IEEE Trans. Automat. Control. 1984. V. AC-29. №9., p. 822-824;

191. Proceeding of the 14th ITTC, OTTAWA, 1975:

192. Report of the Manoenvrabiliti Comimttee. I. General. u16lh Int. Towing Tank Conference". Leningrad, Krylov Shipbuild. Res. Inst., 1981, p. 249-289

193. Чернышов А. В., Чиркова M. M. Связь алгоритмов управления с управляемостью объекта //XXIX сборник трудов Межведомственного совета по управлению морскими судами; и специальными аппаратами. М.:ИПУ РАН. 2002.С.102-105.

194. Чернышов А. В;, Чиркова М. М. Классификация объектов по их чувствительности к изменению управляющего воздействия // Сборник тезисов докладов VI научной конференции «Нелинейные колебания механических систем». Н. Новгород, 2002. С. 159-160.

195. Чернышов А. В., Чиркова М. М. Особенности динамики и алгоритмы управления состоянием объектов // Известия РАН. Теория и системы управления. М., 2003, № 4.

196. Чернышов А. В. Классификация линейных объектов по чувствительности к управляющему воздействию // Материалы научно-технической конференции, посвященной 70-летию ВГАВТ. Вып. 292. Ч. 6, Н. Новгород, 2000.С. 104-108.

197. Чернышов А. В., Чиркова М. М. Идентификация свойств объекта по статико-динамической характеристике // Труды международной научно-технической конференции по проблемам управления 81СР1Ю'2000. М.: ИПУ РАН, 2000. С. 1154-1157.