автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Структурно-параметрический синтез нелинейных систем управления с дифференциальными бинарно-операторными связями

На правах рукописи

Елсуков Владимир Сергеевич

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ БИНАРНО-ОПЕРАТОРНЫМИ СВЯЗЯМИ

Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка

информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ 1

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара-2009

003480917

Работа выполнена на кафедре "Автоматика и телемеханика" ГОУ ВПО "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)"

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Лачин Вячеслав Иванович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Певзнер Леонид Давидович;

- доктор технических наук, доцент

Французова Галина Александровна;

- доктор технических наук, профессор

Кузнецов Павел Константинович

Ведущая организация:

Институт проблем управления сложными системами РАН, г. Самара

Защита диссертации состоится 12 ноября 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443010, г.Самара, ул. Галактионов-ская, 141,ауд.28.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443100, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.03; факс: (846) 278-44-00.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (ул. Первомайская, 18).

Автореферат разослан "_"_2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.217.03

Н.Г. Губанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проектирование систем автоматического управления (САУ) с объектами управления (ОУ), которые описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, является одной из фундаментальных проблем теории автоматического управления. Более того, для многоканальных ОУ, как правило, необходимо регулировать определенные соотношения между их выходными величинами. Причем решение указанных задач еще более усложняется, если ОУ описывается нелинейными дифференциальными уравнениями с функциональными и параметрическими неопределенностями, а регулирование соотношений между выходными величинами многоканального ОУ должно быть многоуровневым и селективным, т.е. избирательным. Последнее, в частности, может быть обусловлено тем, что для многорежимного ОУ число регулируемых соотношений может быть больше числа управляющих воздействий, а сами соотношения зависят от внешних факторов, влияющих на режим работы ОУ.

Методы анализа и синтеза нелинейных САУ разрабатывались и исследовались в работах многих ученых, таких как: Е.А. Барбашин, JI.M. Бойчук, В.Н. Буков, A.A. Вавилов, Г. Ван-Трис, A.A. Воронов, A.C. Востриков, А.Р. Гайдук, С.Е. Душин, C.B. Емельянов, Р. Калман, В.Н. Козлов, A.A. Колесников, A.A. Красовский, А.П. Крищенко, П.Д. Крутько, П.К. Кузнецов, A.M. Ляпунов, И.В. Мирошник, Л.Д. Певзнер, В.А. Подчукаев, Э.Я. Рапопорт, В.И. Уткин, Н.Б. Филимонов, А.Л. Фрадков и др. Однако большинство известных методов синтеза применимы для нелинейных объектов со стационарными параметрами и характеристиками.

Среди известных методов анализа и синтеза систем управления в условиях неопределенности можно выделить методы синтеза адаптивных систем, представленные в работах Ю.А. Бордова, С.Д. Землякова, В.М. Кунцевича, И.М. Мирошника, А.И. Рубана, А.Л. Фрадкова, В .Я. Якубовича и др. ученых; систем с переменной структурой и скользящими режимами (C.B. Емельянов, В.И. Уткин); бинарных систем (C.B. Емельянов, С.К. Коровин); систем с большими коэффициентами усиления и старшими производными выходных величин в законе управления (A.C. Востриков, П.Д. Крутько, В.А. Подчукаев, Г.А. Французова).

Методы анализа и синтеза систем согласованного и координирующего управления рассматривались в работах Л.М. Бойчука, И.В. Мирошника, В.Т. Морозовского, О.С. Соболева. Эта методы разработаны для линейных объектов. Но они не приспособлены к синтезу систем селективно-согласованного управления нелинейными многоканальными объектами, в процессе управления которыми возникает необходимость избирательного регулирования соотношений между их выходными величинами.

Одним из наиболее удобных и перспективных для синтеза систем управления нелинейными объектами с функциональными неопределенностями в их внутренних обратных связях является, по нашему мнению, метод синтеза нелинейных нестационарных систем с разнотемповыми процессами на основе

принципа локализации A.C. Вострикова. Этот метод основан на применении в синтезируемых системах внутренних локальных контуров непрерывного регулирования с глубокими обратными связями по старшим производным выходных величин и дифференцирующими фильтрами для измерения производных. Но такие системы с достаточно большими коэффициентами усиления критичны, т.е. являются негрубыми, по отношению к сингулярным возмущениям, обусловленным влиянием указанных выше фильтров.

Однако альтернативой глубоким обратным связям по старшим производным выходных величин могут служить нелинейные алгоритмические параметрические и координатные обратные связи, в том числе знакопеременные.

Следовательно, создание аналитического метода структурно-параметрического синтеза нелинейных законов управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями, а также математических моделей для их исследования является актуальной темой исследований.

Работа выполнена в соответствии с научным направлением ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) "Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления", утвержденного решением ученого совета университета от 25.01.2003, переутвержденного 1.03.2006 и поддержана грантом РФФИ (проект № 07-08-00111-а).

Целью исследований является разработка аналитического метода синтеза нелинейных законов управления и повышение на основе его применения качества процессов и эффективности управления параметрически и функционально неопределенными нелинейными объектами.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ известных методов и обоснование предлагаемого метода аналитического конструирования систем управления для нелинейных объектов с параметрическими и функциональными неопределенностями.

2. Разработка алгоритмов и структурно-параметрический синтез базовых законов управления функционально и параметрически неопределенными одноканальными нелинейными объектами.

3. Разработка алгоритмов и структурно-параметрический синтез базовых законов согласованного и селективно-согласованного управления многоканальными нелинейными объектами.

4. Исследование области и особенностей применения разработанного метода аналитического конструирования нелинейных систем управления.

5. Применение разработанного метода синтеза для аналитического конструирования законов координирующего управления многоканальными электромеханическими объектами с переменными характеристиками.

6. Исследование синтезированных электромеханических систем управления методом имитационного моделирования.

Научная новизна результатов диссертационной работы:

1. Разработан новый метод синтеза нелинейных САУ, отличающийся использованием косвенного способа получения оценок и последовательной компенсации параметрических и функциональных неопределенностей нелинейных объектов управления с помощью дифференциальных бинарно-операторных связей и позволяющий аналитически конструировать указанные системы на основе алгоритмического решения обратной задачи динамики.

2. Впервые предложены и использованы в разработанном методе:

- алгоритм оценки неопределенного значения и стабилизации коэффициента усиления объекта управления на основе применения дифференциальной обратной связи типа "дифференциальная вилка" с мультипликативно-интегральным оператором, позволяющий обеспечить независимость качества процесса управления от изменения коэффициента усиления;

- алгоритм оценки и компенсации функциональной неопределенности в цепях внутренних обратных связей нелинейного объекта управления на основе применения обратной связи с "дифференциальной вилкой" и знакопеременным интегральным оператором, позволяющий обеспечить независимость качества процесса управления от влияния указанной неопределенности;

- алгоритм параметрического синтеза конструируемых систем на основе решения задачи на условный минимум линейной интегральной ошибки регулирования при ограничении на показатель колебательности, позволяющий строить параметрически оптимальные по точности системы;

- алгоритмы структурно-параметрического синтеза систем селективного и селективно-согласованного управления на основе формирования вновь предложенных • интегро-дифференциальных уравнений относительного движения, позволяющие осуществлять избирательное регулирование соотношений между выходными величинами.

3. Синтезированы новые базовые структуры нелинейных систем управления с дифференциальными бинарно-операторными обратными связями, позволяющие обеспечить требуемое качество процессов управления одноканаль-ными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями.

4. На основе применения разработанного метода для синтеза законов управления многоканальными электромеханическими объектами получены новые структуры соответствующих САУ, в отличие от известных систем позволяющие повысить качество и эффективность процессов управления.

5. Впервые разработаны имитационные БшиПпк-модели синтезированных электромеханических систем, позволяющие исследовать эти системы методом структурного моделирования, когда все процессы модели аналогичны процессам системы-оригинала.

Научная значимость работы. Разработан новый метод структурно-параметрического синтеза нелинейных систем управления, который со всей совокупностью входящих в него алгоритмов представляет собой методологическую основу аналитического конструирования законов управления однока-

нальными и многоканальными функционально и параметрически неопределенными нелинейными объектами самого различного назначения, в том числе с селективно регулируемыми соотношениями выходных величин.

Практическая ценность работы. Разработанный метод синтеза нелинейных САУ может применяться в проектно-конструкторских организациях машиностроения и приборостроения при проектировании систем управления для самых различных нелинейных функционально и параметрически неопределенных электромеханических объектов.

Полученные в диссертационной работе результаты позволили решить ряд практических задач, в частности повысить по сравнению с известными аналогами технико-экономические показатели электромеханических САУ:

- динамическую точность согласования и стабилизации воздушных зазоров многоточечного электромагнитного подвеса не менее, чем в два раза;

- эффективность процесса электрического торможения электроподвижного состава и возврата электроэнергии в контактную сеть;

- производительность и безопасность транспортировки грузов строительным подъемным краном в условиях плотной городской застройки.

Практическая полезность и научная новизна синтезированных на основе разработанного метода систем и их устройств управления подтверждены 25 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и полезные модели. Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод аналитического конструирования САУ для функционально и параметрически неопределенных нелинейных объектов на основе применения дифференциальных бинарно-операторных обратных связей.

2. Предложенные и использованные в разработанном методе алгоритмы:

- оценки неопределенного значения и стабилизации коэффициента усиления объекта управления;

- оценки и компенсации функциональной неопределенности в цепях внутренних обратных связей нелинейного объекта управления;

- параметрического синтеза конструируемых систем;

- структурно-параметрического синтеза систем селективного и селективно-согласованного управления.

3. Базовые структуры нелинейных систем с дифференциальными бинарно-операторными обратными связями для управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями.

4. Структуры синтезированных электромеханических систем:

- согласованного управления многоточечным электромагнитным подвесом планарного ротора интегрированного многокоординатного привода;

- селективно-согласованного регулирования нагрузок тяговых двигателей электроподвижного состава;

- координирующего управления многоточечным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана.

5. Имитационные математические модели и результаты исследования разработанных электромеханических систем управления.

6. Результаты реализации предложенного метода синтеза, разработанных электромеханических систем и их устройств управления.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялся аппарат теории обыкновенных дифференциальных уравнений, дифференциальных уравнений в частных производных, методы теории автоматического управления: оптимального, адаптивного, синергетического и бинарного, теории систем с переменной структурой, теории идентификации, методы математического моделирования.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории автоматического управления и методов математического моделирования исследуемых объектов и систем управления. Справедливость выводов относительно адекватности используемых математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности предложенных алгоритмов управления подтверждена результатами математического моделирования на персональных компьютерах, а также результатами натурных испытаний на динамических стендах при физическом моделировании и на опытных образцах электроподвижного состава.

Реализация результатов работы. Полученные в работе теоретические положения применены для решения практических задач, связанных с проектированием и исследованием автоматических систем для управления нелинейными функционально и параметрически неопределенными электромеханическими объектами. В частности, разработанные метод синтеза нелинейных систем управления и имитационные модели синтезированных электромеханических систем управления использованы:

- в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-консгрук-торский институт электровозостроения" и ЗАО "Локомотивные электронные системы" компании "Трансмашхолдинг" при проектировании и исследовании систем автоматического управления тяговым электроприводом перспективного электроподвижного состава;

- в ООО Конструкторское бюро "Системотехника" (г. Новочеркасск) при разработке и исследовании нелинейных систем управления электроэнергетическими объектами;

- в лабораториях технических университетов г.Мюнхен и г.Ильменау (Германия) при разработке и исследовании системы координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы маневренного строительного подъемного крана;

- в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) при чтении соответствующих разделов лекций по дисциплинам: "Теория автоматического управления", "Моделирование систем", "Автоматизация проектирования систем и средств управления", "Современные проблемы автоматизации и управления", а также в

курсовом и дипломном проектировании студентов, бакалавров и магистров по направлению "Автоматизация и управление".

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 11 Международных и 5 Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях и коллоквиумах, в том числе: X Международной конференции "Проблемы управления в сложных системах" (Самара, 2008), 5-й Российской научной конференции "Управление и информационные технологии (УИТ-2008)" (Санкт-Петербург, 2008), VIII Международной научно-практической конференции "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения" (Новочеркасск, 2008), 53 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (Ilmenau, Germany, 2008), Международной научно-технической конференции "Мехатроника, автоматизация, управление(МАУ-2007)" (Геленджик, 2007), VII Международной научно-практической конференции "Моделирование, теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2007), Международной научно-технической конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы" (Самара, 2005), V Международной научно-практической конференции "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения" (Новочеркасск, 2005), 2-й Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" (Пятигорск, 2004), Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2004" (Ростов н/Д, 2004), V Международной научно-практической конференции "Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы" (Новочеркасск, 2004), V Международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (Новочеркасск, 2004), Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" (Санкт-Петербург, 2003), Международном научно-практическом коллоквиуме "Проблемы мехатроники -2003" (Новочеркасск, 2003), Юбилейной Всероссийской научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока", посвященной 100-летию завершения строительства Транссибирской магистрали и 150-летию движения по магистрали Санкт-Петербург-Москва (Хабаровск-Владивосток, 2001), II Международной конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава" (Новочеркасск, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 73 работы, в том числе 22 статьи в изданиях по списку ВАК, 25 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели, а также в соавторстве изданы учебник с грифом Минобразования РФ и 3 учебных пособия с грифом УМО.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 218 наименований, 5 приложений и содержит 255 страниц основного текста, включая 73 рисунка и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, отражены научная новизна и практическая ценность результатов работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, дана краткая характеристика ее разделов.

В первой главе проведен анализ известных аналитических методов синтеза систем автоматического регулирования.

При программном управлении на основе принципа динамической компенсации компенсатор представляет собой оператор, обратный передаточной функции объекта. Поэтому он является физически нереализуемым.

При управлении по возмущению с прямой его компенсацией возможна лишь приближенная компенсация действующих на объект управления возмущений. Причем только тех, которые поддаются прямому измерению.

При использовании компенсации с косвенным измерением возмущения система регулирования содержит внутренний контур с положительной обратной связью. А это, как правило, приводит к неустойчивости данного контура регулирования и, следовательно, всей системы регулирования в целом.

Условия компенсация возмущения на основе создания двухканальности его воздействия (принцип двухканальности) очень специфичны и предполагают возможность непосредственного воздействия управляющих сигналов на разные входы объекта, что на практике встречается далеко не всегда.

Компенсация возмущения на основе его встроенной модели применима лишь для минимально-фазовых объектов. И еще одно ограничение связано с физической реализуемостью компенсатора.

Применение для управления глубоких обратных связей по выходу требует устойчивости нулей передаточной функции объекта управления. К тому же системы с глубокой обратной связью являются высокочувствительными, т.е. негрубыми по отношению к син1улярным возмущениям.

При аналитическом конструировании оптимальных регуляторов (АКОР) необходимо решать нелинейное матричное уравнение Риккати или матричное уравнения A.M. Ляпунова при синтезе по критерию обобщенной работы A.A. Красовского. Более того, критерий качества в задаче АКОР принимается как постулат и обоснованное его назначение проблематично.

Для формирования модального управления необходимы все переменные состояния и знание значений параметров объекта, который должен быть линейным и стационарным.

При синтезе нелинейных систем методом Л.М. Бойчука на основе аналитического решения обратных задач динамики требуются "чистые" производные выходной величины и сигнала задания, а также стационарность и знание параметров и нелинейных характеристик объекта управления.

Синтез нелинейных нестационарных систем методом локализации A.C. Вострикова основан на использовании старшей производной выходной величины и достаточно большого коэффициента усиления. Но такие системы являются негрубыми по отношению к сингулярным возмущениям.

При синтезе систем на основе линеаризующего алгоритма решения обратных задач динамики П.Д. Крутько требуется получение производных выходных величин и текущих значений частных производных нелинейных функций объекта управления.

При аналитическом конструировании агрегированных регуляторов поиск агрегированной переменной носит эвристический характер, и требуются все переменные состояния, а также стационарность и знание нелинейных характеристик объекта управления.

При синтезе сингулярных нелинейных регуляторов необходимо измерение чистой производной старшей переменной состояния.

Для синтеза оптимальных нелинейных систем с помощью функциональных степенных рядов используется довольно сложный алгоритм, и область применения предложенного Г. Ван-Трисом метода синтеза ограничена.

Синтез нелинейных систем с помощью условных частотных характеристик полиномиальных нелинейностей можно осуществлять только тогда, когда форма движений на входах нелинейных элементов объекта управления является близкой к предполагаемой, т.е. выполняется гипотеза формы движения.

Для синтеза адаптивных систем необходимо, чтобы изменения оператора объекта происходили медленнее изменений координат объекта. К тому же стабилизация неопределенного объекта усложняется при воздействии на него внешних возмущений. В этом случае необходимо использовать специальные алгоритмы адаптивной компенсации возмущений.

В системах переменной структуры (СПС) реальный скользящий режим соответствует режиму высокочастотных колебаний в окрестности линии переключения. Это негативно сказывается на работе, в частности, электромеханических приводов. Однако в СПС отсутствуют ограничения на скорость изменения параметров объекта, они нечувствительны к внешним и параметрическим возмущениям и являются грубыми к сингулярным возмущениям.

Бинарные системы управления имеют сложную ветвящуюся структуру. И на практике могут оказаться непреодолимыми трудности их настройки.

Таким образом, большинство известных методов синтеза систем автоматического регулирования применимы для стационарных объектов управления. И перспективными для построения систем управления с функционально и параметрически неопределенными нелинейными объектами можно считать методы, основанные на применении знакопеременных обратных связей.

Вторая глава посвящена обоснованию предлагаемого метода синтеза нелинейных САУ и разработке алгоритмов структурного и параметрического синтеза базовых законов управления нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями.

Рассматриваемый класс нелинейных объектов управления может быть описан либо одним дифференциальным уравнением:

^"и^и-ф^М), О)

либо несколькими, в частности, двумя дифференциальными уравнениями:

где Yj =01,>'1,.— ^1<"~1)]Г; Y2 ={Уг,Уг,->У(2~Х)?'-> Уи Уг - выходные величины; к\ - неопределенный постоянный коэффициент, Лц < ^ < к12', <pl(Y1,Xl,t) - однозначная непрерывная и непрерывно-дифференцируемая нелинейная функция, которая представляют собой неопределенные характеристики объекта, является ограниченной и имеет ограниченную скорость своего изменения; A,i=?i|(/) - неизмеряемое возмущающее воздействие; к2 (Y2), <p2(Y2) - однозначные непрерывные нелинейные ограниченные функции, причем для первой из них существует обратная функция ¿¿"'(Уз), являющаяся тоже ограниченной; Iq. -постоянное, но неопределенной величины неизмеряемое возмущающее воздействие.

Метод синтеза основан на задании требуемого дифференциального уравнения движения проектируемой САУ и алгоритмическом решении для объектов (1) и (2) обратных задач динамики. Если разрешить, например, уравнение (1) относительно управляющего воздействия, то получим:

« = ^и,+ф1(У1Д1,4 (3) •

где вместо функции cpi(Yi,^i,i) и коэффициента if1 можно использовать их оценки, а вместо производной ее требуемый закон изменения у\") ~F„, предписанный требуемым уравнением движения синтезируемой САУ. И алгоритм структурного синтеза системы включает в себя четыре операции.

1. Задание требуемого дифференциального уравнения движения синтезируемой системы, например системы стабилизации, и разрешение его относительно старшей производной выходной величины, т.е.

(l + х,р +... + х„рп)ух = g, F^ т;1 [g - (1 + xlP +... + xn.lP"-x)], (4) где gi - сигнал задания; х} (_/' = 1, и) - постоянные коэффициенты, подлежащие определению при параметрическом синтезе.

2. Формирование оценки if1 (0 с помощью применения дифференциальной связи типа "дифференциальная вилка" и предложенного нами бинарно-операторного преобразователя в виде локальной следящей системы с интегральным регулятором и мультипликативной обратной связью, т.е.

к1 (о=—W'4 - \kx(t)pnyw(t^ ¿fY ол (5)

где Unit) и (f) - отфильтрованные переходные составляющие управления

и и старшей производной выходной величины у{" , мп(0 =-u(t),

l + oр

У\п(О=-р"у(()> = ° ~ постоянный коэффициент, зна-

1 + ар

чение которого может быть найдено при параметрическом синтезе.

3. Преобразование объекта управления (1) путем охвата его мультипликативной обратной связью с сигналом (5) для стабилизация его коэффициента усиления. И формирование оценки ф! с помощью применения еще одной дифференциальной связи и предложенного нами бинарно-операторного преобразователя в виде контура регулирования переменной структуры с интегральным регулятором (рисунок 1), т.е.

ф, =е +—LJsigne, (6)

api i

где е =у\'г ~ Фи - измеренное косвенным способом возмущение 9i(...),

Фи =ич ~ причем щ ~ входной сигнал объекта, преобразованного мультипликативной обратной связью.

4. Определение структуры управляющего устройства системы путем подстановки в преобразованное уравнение объекта (3) полученных выражений

(4)-(6) вместо соответствующих компонентов управления y¡n), tpi(Y¡ ДьО-

с дифференциальными связями

На рисунке 1 пунктирной линией ограничен контур стабилизации коэффициента усиления объекта управления с мультипликативной обратной связью по сигналу (5). Причем коэффициент усиления этого быстродействующего контура на порядок выше коэффициента усиления более медленнодействующего внешнего контура регулирования переменной структуры.

Для получения производных при реализации закона управления (3)-(6) применяются дифференцирующие фильтры, аналогичные используемым в известном методе локализации с фильтрующим полиномом Г(р)=(\+рр)~".

Параметрический синтез САУ заключается в определении значений коэффициентов Xj (j = l,n) требуемого уравнения движения системы путем решения следующей задачи на условный экстремум:

со _

/= J[y,(0)-j/, (/)]<#-» min, Л(0)>0, 0) = 0, / = (1,я-1);1

о w

|Ф(»| / ФО'О) < 1 Vcü : 0 < ш < оо,

где Ф(/ш) - частотная передаточная функция, Ф(/сй)=1/Л(/со), причем Л(Уш)| - нормированный характеристический полином линеаризо-

ванного контура регулирования. Синтез основан на допущении, что преобразованный объект (см. рисунок 1) эквивалентен последовательному соединению п интеграторов и инерционного звена первого порядка с постоянной времени о. Значение ее С=2и[1 соответствует условию настройки контура регулирования по '^техническому оптимуму". И алгоритм синтеза включат в себя три операции.

1. Нахождение характеристического полинома системы А(р).

2. Подстановка полученного выражения для А(р) при p=j(ü в неравенство (7) и преобразование его в систему п неравенств.

3. Решение полученной системы неравенств с учетом того, что в соответствии с теоремой о предельном значении функции требование минимума функционала (7) эквивалентно условию: т, —» min.

Объект (2) отличается тем, что состоит из двух блоков. Входом второго блока является выход первого. Поэтому для объекта (2) можно применить блочный принцип управления. И произвести последовательный синтез: сначала закона управления первым блоком, задавшись требуемым уравнением движения для его контура регулирования. А затем, закона управления вторым блоком, задавшись требуемым уравнением движения для его контура регулирования и считая синтезированный контур регулирования с первым блоком объекта исполнительным устройством. Причем в связи с тем, что на вход первого блока действует постоянное, но неизмеряемое возмущение Х2, можно применить для такого объекта комбинированный закон управления с двумя предложенными нами составляющими: базовой по требуемому закону изменения старшей производной выходной величины и дополнительной по отклонению указанной старшей производной с И- или ПИ-законом ее регулирования.

На основе предложенных алгоритмов синтезированы базовые структуры нелинейных систем стабилизации для функционально и параметрически неопределенных нелинейных объектов и следящей системы с астатизмом (и+1)-го порядка.

Третья глава посвящена разработке алгоритмов и структурно-параметрическому синтезу базовых законов координирующего управления многоканальными нелинейными объектами с регулируемыми соотношениями выходных величин. Предложен новый подход к конструированию таких систем. Им пре-

дусматривается построение двухуровневых систем координирующего управления, отличающихся от известных систем автономным регулированием соотношений между усредненной переменной системы и выходной переменной каждого ее сепаратного контура регулирования. Это позволяет осуществлять как согласованное, так и селективно-согласованное регулирование переменных, т.е. избирательное регулирование их соотношений.

Рассматриваются многоканальные объекты с однотипными каналами и одинаковым числом выходных величину и управляющих воздействий и/.

yf =buj-^j{yf,yff)-Vj(t), / = 0,1,..,и-1, i = (g)

/*./,/ = 1,2,...,m,, q = 0,1,...,n,, m, < m, n, <n, j где vfj(y(p,y^4\t) - непрерывная нелинейная функция, которая является неопределенной, но ограниченной и имеет ограниченную скорость своего изменения; - неконтролируемое ограниченное по величине внешнее возмущающее воздействие, нарушающее идентичность каналов объекта управления; Ъ - постоянный коэффициент.

И пусть необходимо найти для объекта (8) такой закон селективно-

А — 7*

согласованного управления и = и где и = [u|,u2,...,wm] ; g -

_ — т

сигнал задания усредненной выходной величины у, например, у = Im,

M

чтобы, во-первых, регулируемые переменные удовлетворяли для относительного движения системы соотношениям: [у при Р =1;

_ — . (9)

[/î(g^) при Рj =0 (;=1, tri),

где pj - сигнал, характеризующий режим работы у-го контура регулирования относительного движения, для усредненного движения системы соотношениям:

Г,г ч- 0.1;

l/2(g.y) при Р = 0,

где р - сигнал, характеризующий режим работы контура регулирования усредненного движения.

В связи с тем, что требуется регулировать две группы соотношений (9) и (10), выходная величина и управляющее воздействие каждого канала управления объекта будет содержать две составляющие: у j = у + Бу и

и j =uv + и® (j = 1,/я), где Ej - составляющая относительного движения j-ro

канала управления, Ej = у - у^ ; иу - составляющая управления усредненным

движением; и® - составляющая управления относительным движением j-го

канала управления объекта.

Поэтому движение объекта (8) можно разделить тоже на две составляющие: усредненную и относительную, которые можно математически описать следующим образом:

уМ = Ьиу -ф[у<р,у, ,0-^(0, е<л) У = Ы(1

/ = 0,1,...,я-1, д = 0,1,...,/ = 1,2,..., т;, </и, п1 <п, \ где *(/) - усредненные значения соответственно нелинейных

функций и внешних возмущающих воздействий всех каналов управления объекта, а остальные обозначения те же, что и в (8).

Алгоритм структурного синтеза САУ включает в себя четыре операции.

1. Составление дифференциальных уравнений требуемых законов усредненного и относительного движений системы с учетом порядка объекта п и заданных соотношений (9) и (10), например:

'V /2 ПРИ Р = 1; л-п

,=1 ; [Л (Е. У) при Р = 0;

к

хпР Еу =4

1 + 1 при р-0;

1 + £хУ при =1 0 = 1,«),

'=1

где постоянные коэффициенты Ту (/ = 1, и) подлежат определению; А - постоянный коэффициент, необходимый для разделения темпов относительного и усредненного движений, значение которого можно определить исходя из допустимой ошибки регулирования соотношений (9).

2. Получение требуемых законов изменения старших производных усредненной у\п) = Рп(...) и относительных Ц = 1,т) составляющих

выходных величин путем разрешения уравнений (12) и (13) относительно указанных старших производных.

3. Определение оценки <рэ эквивалентного возмущения старшей производной усредненной выходной величины фэ = ф(у^р ,у(,ч) + с помощью дифференциальной бинарно-операторной связи, аналогичной (6), т.е.

— 1

Фэ =е +—|фи^пе, ор

где е - сигнал рассогласования между требуемым и текущим значениями старшей производной усредненной выходной величины, который с учетом физической реализуемости можно представить в виде:

г = (1 + цр)~" /'„(.••) - р"(1 + цр)~"у; а -постоянная времени интегрирования, а = 2и(1; фи - измеренное косвенным способом с помощью инерционного и дифференцирующего фильтров эквивалентное возмущение фэ, т.е.

Фи = (1 + №)"" (Ъ (•") + Фи ) ■- Рп 0 + ИРГ" У ■ 4. Определение структуры управляющего устройства системы путем подстановки в преобразованное уравнение объекта (11) полученных выражений

для у(гп) = /•"„ (...), Еу"' = КД.„) (у = 1, т) и фэ вместо компонентов:

Фэ +

Параметрический синтез САУ заключается в определении значений коэффициентов (у = 1, п) уравнения усредненного движения системы путем решения задачи на условный экстремум, аналогичной задаче (7):

(14)

/ = j[y(0)-MO]rfí->min, Я0)>0, У°(0) = 0, i =(1,я — 1);

о

|А(р)|я=;и>1 Vea: 0 < со <оо,

где А(р)~ нормированный характеристический полином линеаризованного контура регулирования усредненной выходной величины.

Он основан на допущении, что контур локализации эквивалентного возмущения старшей производной усредненной выходной величины преобразует объект управления ее контура регулирования в эквивалентное последовательное соединение п интеграторов и апериодического звена первого порядка с постоянной времени с=2иц. И алгоритм синтеза включат в себя три операции.

1. Нахождение характеристического полинома системы А (р).

2. Подстановка полученного выражения для А(р) при p-jd) в неравенство (15) и преобразование его в систему п неравенств.

3. Решение полученной системы неравенств с учетом того, что в соответствии с теоремой о предельном значении функции требование минимума функционала (14) эквивалентно условию: т, min.

На основе рассмотренных алгоритмов синтезированы базовые структуры нелинейных систем согласованного управления для многоканальных нелинейных объектов с измеряемыми внешними возмущающими воздействиями и известной нелинейной функцией в цепях внутренних обратных связей объекта, а также неизмеряемыми возмущающими воздействиями и неопределенной нелинейной функцией в указанных цепях.

Проведенные методом моделирования исследования показали, что максимальное значение рассогласования переменных и время регулирования в синтезированной разработанным методом системе согласованного регулирования скоростей трехканального электропривода меньше, чем в известной системе согласованного регулирования соответственно на целый порядок и в 2 раза.

В четвертой главе исследованы область и особенности применения разработанного метода синтеза. Пусть объект управления описывается уравнением: =ки- ф(У,0 , F(0) = Y0, где и - управляющее воздействие; F- вектор

состояния, Y = [у,_у,...,У"~1)]Г; ф(Y,t) - неопределенная гладкая нелинейная

функция, которая является ограниченной, |ф(У,/)(^ф0, а также имеет ограниченную скорость изменения, jcftp{Y,i)/dt | < j<p(V, i) | / ст0; k, Go - постоянные коэффициенты.

Система управления таким объектом, синтезированная разработанным

методом, имеет следующий закон управления: «»¿-'(у^+ф),

где yf — требуемый закон изменения старшей производной выходной величины; ф = е +—| фя | sign е; е = yf* - ; фи - измеренное косвенным ар

способом возмущение ф(Y,t) старшей производной с помощью инерционного и дифференцирующего фильтров с малой постоянной времени

Фи = 0 + + ф)- р"(1 + №У"уМ-. о = 2ИЦ,

и содержит внутренний контур регулирования переменной структуры. Известно, что для возникновения и существования скользящего режима в таком контуре регулирования необходимо выполнение следующего неравенства; её < 0.

Можно показать, что для рассматриваемой системы оно эквивалентно неравенству: 8^ф(У,/)-— | фи (signsjcO. Из полученного выражения видно,

что второе слагаемое в его левой части всегда меньше нуля, если ф(У,/)^ 0. Кроме того, если учесть ограничение производной функции <p(Y,t), то рассматриваемые неравенства будут выполняться всегда при соблюдении соотношения: |фя|/ст>|ф(У,0|/СТо-

Из полученного соотношения следует, что для возникновения и существования скользящего режима достаточно, чтобы выполнялось неравенство:

(70>ст=2 иц. (15)

Заметим, что неравенство (15) является тем ограничением на класс нелинейных объектов управления с функциональными неопределенностями, для которых можно синтезировать системы управления разработанным методом.

Рассмотрено применение разработанного метода для синтеза систем, объекты управления л-го порядка которых имеют произвольный относительный порядок по выходу. В этом случае для реализации синтезируемых разработанным методом систем с к-м относительным порядком объекта по выходу требуются дифференцирующие фильтры для получения производных выходной величины не выше (и-£)-го порядка.

С целью подавления высокочастотных помех для применяемых в синтезируемых системах дифференцирующих фильтров получено соотношение, которому должна удовлетворять верхняя граничная частота Ш] их полосы пропускания. В частности, если высокочастотная помеха v(t) имеет нижнюю граничную частоту (й„ своего частотного спектра, то граничная частота C0i полосы пропускания дифференцирующего фильтра с передаточной функцией

Wq,(p) должна удовлетворять соотношению: Oöj< ölv, причем частота СО] находится из равенства: 0,05 max| W0 (у'ю)] = | fV0 (yco,)|.

о

Показана возможность реализации дифференцирующих фильтров на основе определенного соединения безынерционных и инерционных звеньев. В частности, для реализации дифференцирующего фильтра с передаточной функцией W(p) = т2р1 /(1 + \ip)2 достаточно представить ее в виде определенной суммы соответствующих инерционных и безынерционных звеньев: Щр) = (т / ц)2 (l + (1 + №)'2 - 2(1 + црУ1}.

При цифровой реализации синтезированных алгоритмов управления необходимо, чтобы частота квантования сигналов по времени не менее, чем в два раза превышала граничную частоту полосы пропускания приведенной непрерывной части внутреннего контура регулирования системы. В этом случае достаточно заменить передаточные функции непрерывных звеньев системы эквивалентными дискретными. Для этого можно использовать известные z-формы функции р , когда передаточную функцию непрерывного звена в виде дробно-рациональной функции оператора p=dJdt представляют в виде функции отрицательных степеней р = ln(z) / Т.

Получено неравенство, которому должна удовлетворять постоянная времени р. дифференцирующих фильтров синтезируемых разработанным методом систем: ц> 772, где Г- период квантования сигналов по времени при квазинепрерывном режиме работы синтезируемых систем.

Пятая глава посвящена разработке системы согласованного управления трехточечным электромагнитным подвесом (ЭМП) подвижной части многокоординатного электропривода (МКЭП). ЭМП является нелинейным объектом как по состоянию, так и по управлению, что следует из его уравнений:

y = Knu-JU; mS = mq ~ F + AF; F = —Ц-\|i2; 1 = —^-vj/8, (16)

где Kn - коэффициент усиления управляемого источника питания; R - активное сопротивление обмотки электромагнита (ЭМ); и - управляющее воздействие; \|/ - потокосцепление; m - масса ротора с подвешиваемым грузом; q - ускорение свободного падения; 5 — воздушный зазор между статором и ротором МКЭП; AF — силовое возмущающее воздействие, неподдающееся измерению; F — подъемная сила ЭМ; Цо - магнитная проницаемость вакуума; w — число витков обмотки электромагнита; S — площадь эффективного сечения магнитного потока в воздушном зазоре; / -ток в обмотке ЭМ.

На основе анализа известных САУ ЭМП установлено, что в них отсутствуют регуляторы относительного движения и не учитываются нелинейная природа объекта управления и действующие на него неизмеряемые силовые возмущающие воздействия при горизонтальном перемещении подвески.

Для устранения указанных недостатков на основе разработанного метода сначала осуществлен синтез двухконтурной системы стабилизации воздушно-

го зазора одноточечного ЭМП. В синтезированной системе, в отличие от известных, в качестве подчиненного применен контур регулирования магнитного потокосцепления вместо контура регулирования тока электромагнита. Для получения оценки потокосцепления в этот контур регулирования включен бинарно-операторный преобразователь выходных сигналов датчиков тока и воздушного зазора. И вместе с дополнительной компенсирующей связью по току электромагнита это позволило компенсировать влияние нелинейной зависимости потокосцепления от тока электромагнита и воздушного зазора ЭМП.

Структурная схема контура регулирования магнитного потокосцепления приведена на рисунке 3. На рисунке 3 приняты следующие обозначения:

4*, Ч*з — оценка и сигнал задания потокосцепления; «/, щ, /Сдт, Кд3 - выходные сигналы и коэффициенты передачи датчиков соответственно тока ЭМ и воздушного зазора; ц, Ку - постоянные коэффициенты, а остальные обозначения те же, что и в уравнениях (16).

Рисунок 3 - Структурная схема контура регулирования потокосцепления

Для компенсации влияния нелинейной зависимости подъемной силы ЭМ от потокосцепления в контур регулирования воздушного зазора введен еще один бинарно-операторный преобразователь, реализующий обратную нелинейную зависимость. А для компенсации силового возмущающего воздействия применена дифференциальная компенсирующая связь с бинарно-операторным преобразователем в виде дополнительного контура регулирования переменной структуры.

На основе синтезированной системы управления одноточечным ЭМП разработана система согласованного управления трехточечным ЭМП (рисунок 4).

На рисунке 4 алгоритмически линеаризованный контур регулирования магнитного потокосцепления представлен эквивалентной передаточной функцией, а через обозначена передаточная функция инерционного фильтра,

Рисунок 4 - Структурная схема системы согласованного управления трехточечным ЭМП

^ц(Р) = 0 + Временное разделение процессов в разработанной системе осуществляется не снижением темпа усредненного движения, как в известных системах, а ускорением темпа относительного движения. Это достигается за счет применения для управления относительным движением ПИ-регуляторов с входным сигналом рассогласования между заданным и текущим значениями агрегированной переменной каждого сепаратного контура регулирования относительного движения системы. Причем агрегированная переменная является взвешенной суммой выходной величины и компонентов вектора скорости указанного контура регулирования.

Разработана имитационная БтиНпк-модель системы согласованного управления трехточечным ЭМП, результаты исследования которой показали, что синтезированная система обеспечивает достаточно высокую точность управления как усредненным, так и относительным движениями всех точек подвеса подвижной части ЭМП.

В шестой главе разработана система селективно-согласованного регулирования нагрузок (ССРН) тяговых машин электровоза постоянного тока в режиме рекуперативного торможения. Она построена по принципу подчиненного регулирования: внешним является контур регулирования скорости движения электровоза, ему подчинен контур регулирования наибольшего из якорных токов параллельно включенных тяговых машин, которому подчинены внутренние контуры регулирования их возбуждения. Это контуры регулирования магнитных потоков, а не токов возбуждения тяговых машин, как в известных системах. Причем в контуры регулирования магнитного потока ведены дополнительные обратные связи по токам возбуждения, компенсирующие влияние основной кривой намагничивания тяговых машин.

Параллельно работающие контуры регулирования наибольшего из якорных токов тяговых машин, т.е. усредненного движения, и выравнивания их нагрузок, т.е. относительного движения системы ССРН, являются разнотемпо-выми и снабжены бинарно-операторными преобразователями для компенсации влияния изменения частоты вращения тяговых машин на якорные токи. Регуляторы выравнивания нагрузок работают под контролем блоков обнаружения избыточного скольжения колесных пар электровоза, блокируя ошибочную реакцию регуляторов при возникновении избыточного скольжения.

Структурная схема системы регулирования наибольшего из якорных токов тяговых машин с контурами выравнивания их нагрузок приведена на рисунке 5. На рисунке 5 приняты следующие обозначения: Квф, Х\ - коэффициент передачи и эквивалентная постоянная времени алгоритмически линеаризованного контура регулирования магнитного потока; ия, гя, Тя, /я - напряжение питания, активное сопротивление, постоянная времени и ток якорной цепи; Кщ, мтя] - коэффициент передачи и ток якоря первой тяговой машины; СЕ, См, }Х|, о, Тг - постоянные коэффициенты; й - диаметр колеса колесной пары; / -коэффициент зубчатой передачи; т - часть массы поезда, приведенная к одной

. У>+1

Кв^я^кс}

Кдт^г 1

(1+V)

1

г * И-1Р

|Х}

Си

кь

«ФЛ

л

х

ЛГдн

ш

КяКщ

"тая

ГяФяР* О

г_ а

«ТЯ1

/я

ЛГдт

СЕ

1 &1Я. ЪI2

Втр

Где

К»

2Пах1

шах2

Кяг

Рисунок 5 - Структурная схема системы регулирования тока якоря с контурами выравнивания нагрузок тяговых машин

тяговой машине; Яс - сила сопротивления движению; /Гдн - коэффициент передачи датчика напряжения; ЛГДС, мш - коэффициент передачи и выходной сигнал датчика частоты вращения колесной пары; Щтя, Ифз! - сигналы задания тока якоря и магнитного потока первой тяговой машины; а] - выходной сигнал блока обнаружения избыточного скольжения колесной пары мотор-но-колесного блока той же тяговой машины.

Для обеспечения требуемого качества переходных процессов контур регулирования скорости снабжен, во-первых, бинарно-операторным преобразователем для компенсации зависимости электромагнитного момента тяговых машин от изменения магнитного потока. Во-вторых, параметрической обратной связью по измеренному косвенным способом коэффициенту кратности изменения массы поезда. Причем для отработки неизмеряемого возмущения в виде силы сопротивления нагрузки система снабжена дополнительным, соподчиненным контуру регулирования скорости, контуром регулирования ускорения с интегральным регулятором.

Для исследования разработанной системы ССРН создана ее имитационная ЭшиНпк-модель с учетом характеристики сцепления колесных пар электровоза. Переходные процессы по токам якорей /Я] и /ж двух параллельно включенных тяговых машин и скорости проскальзывания <ои одной из колесных пар при ступенчатом снижении и восстановлении ее коэффициента сцепления с рельсами приведены на рисунке 6.

Из рисунка видно, что при резком снижении коэффициента сцепления появляется и растет скорость избыточного скольжения соответствующей колесной пары. Но одновременно с появлением избыточной ско- сои, /я. рости скольжения в разработанной системе отключается регулятор выравнивания нагрузки первой тяговой машины, не препятствуя снижению ее тока якоря /яь т.е. ее нагрузки. При снижении скорости проскальзывания ток якоря /я 1 и нагрузка этой тяговой машины постепенно восстанавливаются. И при достижении скорости проскальзывания допустимой величины ©ид вновь вступает в работу регулятор выравнивания тока 1Я\.

Были исследованы также переходные процессы по токам якорей тяговых машин с неидентичными магнитными характеристиками при переводе их в режим рекуперативного торможения. В результате исследований установлено, что в разработанной системе ССРН время выравнивания токов составляет ме-

об/мин 8 А 400

6 300

4 ■ 200

2 ■ 100

0 0

-2 . -100

0

Ы2

©и

у / Я1

1

К с

Рисунок 6 - Переходные процессы по токам якорей тяговых машин и скорости избыточного скольжения колесной пары электровоза

нее 0,2 секунды. В известных же системах выравнивания нагрузок тяговых машин оно составляет не менее четырех минут.

Седьмая глава посвящена синтезу и исследованию системы координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом (МЭМП) грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана. Конструктивно грузостабилизационная платформа представляет собой стальную раму в виде равностороннего треугольника ABC (рисунок 7). Снизу к ней крепятся клещевые, либо магнитные схваты для перемещаемого груза.

мостового или башенного подъемного крана. При этом в каждом углу верхней рамы О, в и Н монтируется по два независимых электропривода подвеса двух ближайших углов стабилизационной платформы.

Синтезированная система координирующего управления является трех-контурной многоканальной системой подчиненного регулирования: внешним является контур регулирования высоты поднятия груза, подчиненными ему -контуры регулирования скорости поднятия углов грузостабилизационной платформы, а подчиненными им - контуры регулирования токов приводных электродвигателей, вращающих барабаны с канатами подвеса платформы. Регуляторы токов являются "двойными" в виде последовательно соединенных интегрального и пропорционального регуляторов.

Контуры регулирования скорости содержат, во-первых, параметрически стабилизирующую коэффициент усиления прямой цепи своего канала управления обратную связь с оригинальным бинарно-операторным вычислителем обратного значения указанного коэффициента усиления. Во-вторых, дифференциальную обратную компенсирующую связь с бинарно-операторным преобразователем в виде контура регулирования переменной структуры для компенсации измеренного косвенным способом момента нагрузки приводного электродвигателя.

Канать бараба:

Рисунок 7 - Подвес грузостабилизационной платформы

В

Сверху эта рама крепится своими углами (вершинами треугольника А, В и С) к аналогичной верхней раме с помощью шести стальных канатов со встречным наклоном смежных из них. Благодаря такому расположению канатов подвеса груза силы натяжения канатов имеют горизонтальные встречно направленные составляющие, которые препятствуют отклонению груза от вертикали, например при действии ветра. Верхняя рама, в свою очередь, неподвижно крепится в горизонтальной плоскости к стреле стрелового, тележке

Пропорциональный регулятор высоты поднятия груза является регулятором усредненного движения системы, параллельно с которым включены реальные пропорционально-дифференциальные регуляторы ее относительного движения. Причем указанные регуляторы имеют более высокий коэффициент усиления, чем и достигается разнотемповость процессов усредненного и относительного движений системы. Структурная схема разработанной системы координирующего управления МЭМП грузостабилизационной платформы со "свернутыми" контурами регулирования скорости поднятия груза приведена на рисунке 8.

На нем приняты следующие обозначения: ив, и: - сигнал задания и усредненное значение выходных сигналов и у (у = 1,6) датчиков длины травления

канатов подвеса; К?, Кяс, Кдд - коэффициенты передачи редуктора и датчиков скорости и длины травления канатов; \1г,тг,тг,к _ постоянные коэффициенты; aJ (у = 1,6), р - сигналы координации сил натяжения канатов.

"а

кК11С{\ + ^р]

1-

X

<Нх

К дс К г1 КДДЬ

КДС КР Р

кдд

1 + г 2р

X

X

кКлс[\ + х}р] КрКдцЦ + ^р)

КР

кдс К*

1 + г2р Р

Рисунок 8 - Структурная схема контура регулирования высоты поднятия груза

(1 при -шт(мл,...,м^6)]>м^0; Сигналами ау = •!

[О при [и^ -т!п(и/п,...,ыя.6)]<му?0

осуществляется останов электропривода травления у-го каната подвеса груза, если сила его натяжения превысит силу натяжения наименее нагруженного каната более допустимой величины F0 во время отрыва груза от земли.

1, если mm(uFi,uFi,uF5)>max(uF2,uFA,uF6) Сигналом Р = или imn(uF2,uF4,uF6)>max(uF1,uF3,uFS)', О в остальных случаях

производится блокировка ошибочной реакции регуляторов относительного движения при повороте подвешенного груза вокруг своей вертикальной оси под воздействием ветра.

Для исследования разработанной системы координирующего управления создана ее имитационная математическая модель. С помощью этой модели были получены временные диаграммы изменения длины травления канатов подвеса при подъеме груза при разных начальных значения длины канатов в момент отрыва груза от земли. При этом сила натяжения канатов имитировалась путем задания момента нагрузки электроприводов подвеса, обратно пропорционального длине соответствующего каната.

На рисунке 9 представлены временные диаграммы изменения сил натяжения канатов подвеса платформы и выходных сигналов блока формирования

координирующих сигналов а} {j = 1,3) и а4 =тн1(а,,а2,аз), которые обозначены соответственно цифрами 1 - 4. Переходные процессы координации длины травления канатов подвеса приведены на рисунке 10. Причем кривыми 1—3 обозначены графики изменения длины травления тех же канатов подвеса, что и на рисунке 9, а).

Из рисунков 9 и 10 видно, что процесс согласования длины травления канатов подвеса начинается в момент времени t2 ступенчатого изменения с нуля до единицы координирующего сигнала а4. Причем до этого момента времени изменение длины травления каната 3 было запрещено координирующим сигналом а3 =0, a до момента времени í] было запрещено изменение длины травления каната 2 координирующим сигналом а2 = 0.

Таким образом, разработанная система координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана осуществляет согласованное поднятие и опускание равномерно нагруженных точек подвеса грузостабилизационной платформы. При превышении разбаланса нагрузок точек подвеса во время отрыва груза от земли выше допустимой величины производится приос-танов электроприводов наиболее нагруженных канатов подвеса. Кроме того, при повороте уже подвешенного груза вокруг вертикальной оси под воздействием ветра осуществляется блокировка ошибочной реакции регуляторов относительного движения.

ГйОО кГ

1.5 1

а5

0

•0.5

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Альфа

1

0.8 0.6 0.4 0.2 О -0.2

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Рисунок 9 - Временные диаграммы изменения переменных: а) сил натяжения канатов;

б) координирующих сигналов

! 1 !

1

2

; 6)

: Ь и III 1

Рисунок 10 - Переходные процессы координации длины травления канатов подвеса при поднятии груза

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработан новый метод синтеза систем автоматического управления для нелинейных объектов с параметрическими и функциональными неопределенностями, позволяющий проводить их аналитическое конструирование.

2. Впервые предложены и использованы в разработанном методе алгоритмы, позволяющие конструировать параметрически оптимальные по точности системы, качество процессов управления которых не зависит от влияния указанных неопределенностей нелинейных объектов управления.

3. Получены новые базовые структуры нелинейных систем для управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами, в том числе с селективно регулируемыми соотношениями между выходными величинами, в отличие от известных аналогов позволяющие повысить динамическую точность управления не менее, чем в два раза.

4. Исследована область и особенности применения разработанного метода синтеза. Получены соотношения, которым должны удовлетворять параметры синтезируемых систем для обеспечения их устойчивости, помехозащищенности и работы в квазинепрерывном режиме при микропроцессорной реализации управляющих устройств.

5. На основе разработанного метода синтезированы новые структуры трех электромеханических систем различного назначения, в отличие от известных систем обеспечивающие более высокие технико-экономические показатели.

6. Впервые разработаны имитационные Simulink-модели спроектированных электромеханических систем координирующего управления, позволяющие исследовать эти системы методом структурного моделирования.

Практическая полезность и научная новизна разработанных систем и их устройств управления подтверждены 25 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и полезные модели.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Елсуков B.C. Синтез астатических систем автоматического управления методом последовательной локализации возмущений //Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки,- 2007,- № 1 (19).- С. 179-182.

2. Елсуков B.C., Лачин В.И. Управление нелинейными объектами с функциональными неопределенностями на основе алгоритмов их оценивания в скользящем режиме //Изв. вузов. Электромеханика - 2007.- № 4,- С. 51-54.

3. Булгаков А.Г., Елсуков B.C. Система селективно-координирующего управления многоканальным подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2006.-№1.-С. 3-7.

4. Елсуков В.С, Ковалев C.B. Каскадная система согласованного управления многоточечным электромагнитным подвесом //Изв. вузов. Электромеханика." 2006,-№5. е.-36-40.

5. Елсуков B.C. Синтез нелинейных нестационарных систем стабилизации со скользящими режимами в контурах локализации возмущений //Вестник Са-мар. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки.-2005.- №33. С. 308-312.

6. Елсуков B.C. Синтез систем стабилизации с подчиненным контуром квазирелейной локализации возмущений объекта управления //Изв. вузов. Электромеханика.- 2004.- №5 - С. 31-34.

7. Елсуков B.C., Лачин В.И. Синтез систем управления с дифференциальной компенсирующей и обратной стабилизирующей бинарно-операторными связями //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Спецвыпуск." Проблемы мехатроники -2003. Техн. науки. - 2003.- С.94-96.

8. Елсуков B.C. Синтез нелинейных систем с параметрической обратной связью и оптимальным соотношением координат в условиях неопределенности //Изв. вузов. Электромеханика,- 2003- №2- С. 54-58.

9. Елсуков B.C., Сохадзе А.Г. Синтез сепаратных регуляторов многоканального подвеса груза подъемного крана //Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки,-2001,-№2.- С. 14-17.

10. Савин М.М., Пятина О.Н., Елсуков B.C. Уточнение некоторых понятий теории управления для систем с неустойчивыми звеньями //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.- 2001.- № 2.- С. 8.

11. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т., Сохадзе А.Г. Синтез регуляторов координации многоканального подвеса груза маневренного подъемного крана //Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки.- 2001,- № 1.- С. 32-34.

12. Елсуков B.C., Грошев А.Е. Синтез регулятора системы управления положением рабочего органа асфальтоукладчика //Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки.- 1999.- № 1,- С. 25-27.

13. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т. Синтез астатических систем комбинированного управления по старшей производной выходной величины //Изв. вузов. Электромеханика.-1998,- №4,- С.95-97.

14. Елсуков B.C., Трофименко В.Г., Загороднюк В.Т. Регулятор напряжения синхронной машины с компенсирующей связью по возмущению вектора состояния //Изв. вузов. Электромеханика.-1998.- №2-3.- С.101.

15. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т. О применении логико-динамических устройств управления в тяговом электроприводе //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-1996,- №3.- С.76-79.

16. Елсуков B.C., Пятина О.Н., Савин М.М. Синтез регулятора тока для систем подчиненного регулирования электроприводов //Изв. вузов. Электромехани-ка.-1996. -№5.- С.105-109.

17. Калабухов О.Р., Елсуков B.C., Никитенко Ю.А. Повышение энергетических показателей рекуперативного торможения тягового электропривода //Изв. вузов. Электромеханика.-1991.-№10.- С.108-109.

18. Елсуков B.C., Савин М.М. Компенсационно-обратный метод синтеза систем автоматического управления нелинейными объектами одного класса //Изв. вузов. Электромеханика.-1990. -№4,- С.49-52.

19. Бойчук Л.М., Елсуков B.C. Синтез интегральных законов управления нестационарными объектами //Автоматика.-1988.- №5.- С.70-74.

20. Войну к Л.M., Елсуков B.C. Структурно-параметрический синтез регуляторов пониженного порядка //Автоматика.-1986.- №1.- С.80-82.

21. Елсуков B.C. Оптимальная система автоматического регулирования с объектом цепочной структуры //Изв. вузов. Электромеханика,- 1980.- №5.- С.498-504.

22. Баранов Б.К., Сокут Л.Д. Будько O.A., Пятина О.Н., Елсуков B.C. Наладка САУ электровоза постоянного тока методом планирования эксперимента //Электротехника.-1979,- №10,- С.44-46.

Авторские свидетельства и патенты

23. A.c. 1424275 СССР, МКИ В 60 L 13/00. Устройство для регулирования зазора комбинированного магнитного подвеса транспортного средства /Г.С. Гали-кян, О.Н. Пятина, B.C. Елсуков, А.П. Кацупеев, М.Б. Бондаренко. - Заявл. 21.08.88; 0публ.15.05.88.- БИ №9.

24. A.c. 1468790 СССР, МКИ В 60 L 7/22. Устройство для управления электрическим торможением электроподвижного состава переменного тока /O.P. Калабухов, B.C. Елсуков, В.А. Малютин, АЛ. Лозановский. - Заявл. 17.07.87; Опубл.ЗО.ОЗ.89,- БИ №12.

25. A.c. 1468792 СССР, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для автоматического регулирования тяговыми электродвигателями независимого возбуждения электроподвижного состава /B.C. Елсуков, О.Н. Пятина. -Заявл. 17.07.87; Опубл.ЗО.ОЗ.89,- БИ №12.

26. A.c. 1552327 СССР, МКИ H 02 Р 5/06. Электропривод /B.C. Елсуков, O.P. Калабухов.- Заявл.24.06.88; Опубл.23.03.90,- БИ №11.

27. A.c. 1561179 СССР, МКИ H 02 Р 7/48. Устройство для управления многомостовым тиристорным преобразователем /B.C. Елсуков, O.P. Калабухов, В.А. Малютин. - Заявл.29.12.87; 0публ.30.04.90.- БИ №16.

28. Пат. 1756861 СССР МКИ G 05 В 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков. -Заявл.07.05.90; 0публ.23.08.92.- БИ№31.

29. Пат. 1765878 СССР МКИ H 02 Р 5/06. Электропривод /O.P. Калабухов, B.C. Елсуков, С.Г. Волков, В.М. Турулев, В.А. Малютин. -Заявл. 15.04.91; 0публ.30.09.92.- БИ №36.

30. Пат. 1769744 СССР МКИ В 60 L 15/20. Устройство для селективного управления тяговым электроприводом электроподвижного состава /O.P. Калабухов, B.C. Елсуков, С.Г. Волков, В.М. Турулев, В.А. Малютин. -Заявл.21.12.90; Опубл.15.Ю.92.- БИ №38.

31. Пат. 2026209 РФ, МКИ В 60 L 15/00. Устройство для управления тяговым приводом электровоза переменно-постояннго тока /O.P. Калабухов, B.C. Елсуков, С. А. Крамсков. -Заявл.13.08.90; 0публ.10.01.95.- БИ №1.

32. Пат. 2034721 РФ, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для регулирования нагрузки тяговых двигателей электроподвижного состава /O.P. Калабухов, B.C. Елсуков, В .А. Малютин.-.3аявл.27.09.90; 0публ.10.05.95.- БИ №13.

33. Пат. 2039371 РФ, МКИ G 05 В 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков. -Заявл. 17.12.91; 0публ.9.07.95.- БИ №19.

34. Пат. 2095930 РФ, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод с адаптивным регулированием тока/B.C. Елсуков, Б.М. Наумов, С.А. Крамсков, В.А. Малютин.- За-явл. 15.07.93; Опубл. 10.11.97.- БИ №31.

35. Пат. 2088432 РФ, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя /B.C. Елсуков,- За-явл.10.10.95; 0публ.27.08.97.- БИ №24.

36. Пат. 2099210 РФ, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для автоматического регулирования скорости и сил тяги и электрического торможения многосекционного электровоза /B.C. Елсуков, В.М. Наумов, Н.А. Режко, В.А. Малютин,-Заявл.20.11.95; 0публ.20.12.97.- БИ №35.

37. Пат. 2150728 РФ, МКИ G 05 В 17/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков, В.И. Лачин, О.Н. Пятина, М.М. Савин, В.Г. Трофименко.- Заявл. 21.06.99; Опубл. 10.06.00.- БИ № 16.

38. Пат. 2171489 РФ, МКИ G 05 В 17/00. Двухканальная система автоматического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков, В.Т. Загороднюк, В.И. Лачин, О.Н. Пятина,- Заявл. 05.06.2000; Опубл. 27.07.2001,- БИ № 21.

39. Пат. 2181523 РФ, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод с управлением по производной тока /B.C. Елсуков, Н.И. Горбагенко, М.В. Ланкин, А.Я. Шкарупин.-Заявл.8.06.2000; Опубл.20.04.02.- БИ №11.

40. Пат. 2230350 РФ, МКИ G05B 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков, В.И. Лачин. - Заявл. 19.08.02; Опубл. 10.06.04.- БИ №16.

41. Пат. 2261522 РФ, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод с координатно-параметрическим управлением по производной тока /B.C. Елсуков, С.Г. Волков, Б.И. Хоменко,- Заявл. 26.04.04; Опубл. 27.09.05.- БИ №27.

42. Пат. 2279116 РФ, МКИ G 05 В 13/00. Комбинированная система координат-но-параметрического управления нестационарным объектом /B.C. Елсуков, В.И. Лачин. - Заявл. 20.07.04; Опубл. 27.06.06.- БИ №18.

43. Пат.2321148 РФ, МКИ Н 02 М 7/00. Устройство для регулирования выходного тока импульсного стабилизирующего преобразователя B.C. Елсуков, В.Р. Проус, В.Г. Трофименко, Д.Д. Фугаров,- Заявл.18.10.06; Опубл.27.03.08,- БИ №9.

44. Пат. на ПМ 50323 МКИ G 05 В 13/00. Комбинированная система координат-но-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом /B.C. Елсуков. -Заявл. 11.05.05; Опубл. 27.12.05,- БИ №36.

45. Пат. на ПМ 51314 МКИ Н 02 Р 5/50. Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе /B.C. Елсуков,- Заявл. 11.05.05; Опубл. 27.01.06,- БИ №3.

46. Пат. на ПМ 53627 МКИ В 60 L 15/20, 3/10. Устройство для регулирования нагрузок тяговых двигателей электроподвижного состава /B.C. Елсуков.- Заявл. 25.10.05; Опубл. 27.05.06,- БИ №15.

47. Пат. на ПМ 73134 МКИ Н 02 Р 5/50. Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана /B.C. Елсуков, В.И. Лачин. - Заявл. 10.09.07; Опубл. 10.05.08.- БИ №13.

Статьи в других журналах и сборниках трудов, материалах конференций

48. Елсуков B.C., Лачии В.И. Синтез агрегированных законов управления нелинейными объектами с функциональными неопределенностями //Проблемы управления в сложных системах: труды X Международной конференции (Самара, 23-25 июня 2008 г.) /Под ред.: акад. Е.А. Федосова, акад. H.A. Кузнецова, проф. В.А. Виттиха,- Самара: Самарский научный центр РАН, 2008.-С.87-94.

49. Елсуков B.C., Лачин В.И. Синтез агрегированных регуляторов для электромагнитного подвеса с бинарно-операторными преобразователями переменных //Управление и информационные технологии (УИТ-2008): доклады 5-й научной конференции, Санкт-Петербург, 14-16 окт.2008 г. в 2-х т. /СПбГЭТУ «ЛЭТИ»,- СПб., 2008.- Т.2.- С.156-161.

50. Елсуков B.C., Лачин В.И., Трофименко В.Г. Синтез нелинейных систем управления с дифференциальной знакопеременной обратной связью //Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения: материалы VIII Междунар. Науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 окт. 2008 г. /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008.- С. 17-23.

51. Lunin L., Bulgakov A., Elsukov V., Sochadze A. Control system developed for suspension of load stabilizink platform in hoisting crane //53 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium, Germany, 8-12 September, 2008. /Technische Universität Ilmenau: Prospects in mechanical engineering.- Ilmenau, 2008.- P. 57-58.

52. Елсуков B.C., Лачин В.И. Координирующая система управления многоканальным электромеханическим подвесом стабилизационной платформы //Мехатроника, автоматизация, управление - 2007: материалы Междунар. науч.-техн. конф,- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2007.- С.381-386.

53. Елсуков B.C., Лачин В.И. Синтез систем управления с компенсирующей селективной и обратной стабилизирующей бинарно-операторными связями //Моделирование, теория, методы и средства: материалы VII Междунар. на-уч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 6 апр. 2007 г.: В 3-х ч. /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2007,- Ч.2.- С. 42-46.

54. Елсуков В.С, Волков С.Г. Система селективно-согласованного регулирования нагрузок электроподвижного состава //Вестник Всерос. н.-и. и проект.-конструкт. ин-та электровозостроения. /ОАО ВЭлНИИ.- Новочеркасск, 2006,-№1,- С. 188-194.

55. Елсуков B.C., Проус В.Р., Фугаров Д.Д. Квазиадаптивное широтно-импульсное регулирование в стабилизаторах тока //Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 17 нояб. 2006г.: В 3-х ч. /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006,-4.1.-С. 17-20.

56. Елсуков B.C. Синтез нелинейных нестационарных систем стабилизации со скользящими режимами в контурах локализации возмущений //Информационные, измерительные и управляющие системы: материалы

Междунар. науч.-техн. конф., Самара, 24-28 марта 2005 г. /Самар. гос. техн. ун-т.- Самара: СамГТУ, 2005. С.246-247.

57. Елсуков B.C. Синтез нелинейных нестационарных систем управления на основе квазинепрерывной локализации возмущений //Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения: материалы Междунар. науч.-практ. конф., 18 февр. 2005г., Новочеркасск /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮР-ГТУ, 2005.- С. 24-27.

58. Елсуков B.C. Синтез двухконтурных следящих систем с обратной знакопеременной связью регулируемой глубины в подчиненном контуре //Управление и информационные технологии: сб. докл. 2-й Всерос. науч. конф., Пятигорск, 21-24 сент. 2004г.- В 2-х т.- Пятигорск: Изд-во Спецпечать, 2004.- T.1.-C.I25-128.

59. Елсуков B.C. Синтез астатических бинарных систем комбинированного управления с последовательной локализацией возмущений //Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы: материалы V Междунар. науч.-практ. конф., 22 окт. 2004 г., Новочеркасск /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.- С.28-31.

60. Волков С.Г., Елсуков B.C., Курочка A.A., Кабанов Д.А. Система векторного управления асинхронным тяговым электроприводом //Транспорт-2004: труды Всерос. науч.-практ. конф., Ростов н/Д, 15-16 мая 2004г.- В 3-х ч. /Ростов, гос. ун-т путей сообщения (РГУПС).- Ростов н/Д: РГУПС, 2004.- Ч.1.- С.122.

61. Волков С.Г., Елсуков B.C., Курочка A.A., Кабанов Д.А. Система векторного управления асинхронным электродвигателем с подчиненным контуром квазирелейного регулирования //Вестник Всерос. н.-и. и проект.-конструкт. инта электровозостроения - Новочеркасск: ОАО ВЭлНИИ, 2004- №2.- С. 182188.

62. Елсуков B.C., Шкарупин АЛ., Трофименко В.Г. Регулятор тока намагничивающего устройства для магнитоизмерительных систем //Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: материалы V Междунар. науч.-практ. конф., Новочеркасск, 1 окт. 2004г. в 2-х ч. /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-Ч.1.- С.4-6.

63. Елсуков B.C., Трофименко В.Г. Система автоматического управления возбуждением синхронного генератора с подчиненным регулированием его эдс //Кибернетика электрических систем: Материалы XXV сессии семинара. Электроснабжение пром. предприятий, 15-16 окт. 2003 г., Новочеркасск /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004,- С.41-42.

64. Елсуков B.C. Синтез законов управления линейными по управлению и нелинейными по состоянию объектами с неполной информацией //Управление и информационные технологии: сб. докл. Всерос. науч. конф., СПб., 3-4 апр. 2003 г.- В 2-х т.- СПб., 2003.- Т.1.- С. 167-172.

65. Логинов И Я, Волков С.Г., Елсуков B.C. Параметрическая оптимизация регуляторов напряжения четырехквадратного преобразователя //Электровозостроение: сб. науч. тр. /ОАО ВЭлНИИ.- Новочеркасск, 2002,-Т.44.- С. 201-208.

66. Елсуков B.C., Лачин В.И., Пятина О.Н., Савин М.М. Синтез комбинированных систем с тремя составляющими в законе управления //Информационные технологии и управление: юбилейный сб. науч. тр. ФИТиУ /ЮРГТУ (НПИ).-Новочеркасск, 2001,- С. 75-79. Приложение к журн. Изв. вузов. Электромеханика.

67. Логинов ИЛ., Волков С.Г., Елсуков B.C. Выбор структуры управления че-тырехквадратным преобразователем //Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока: тез. Всерос. на-уч.-практ. конф. (Хабаровск, Владивосток 18-21 окт. 2001 г.): В 2-х т. /Под ред. С.М. Гончарука - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.- Tl.- С.28.

68. Елсуков B.C., Лачин В.И., Пятина О.Н. Синтез двухканальных систем управления по старшей производной выходной величины //Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления: сб. тр. 49-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ.- Новочеркасск, 2000 - С.9-14.

69. Елсуков B.C., Волков С.Г. Синтез интегральных законов управления по отклонению старшей производной выходной величины тягового электропривода //Электровозостроение: сб. науч. тр. /ОАО ВЭлНИИ.- Новочеркасск, 2000,- Т.42,- С. 272-277.

70. Савин М.М. Пятина О.Н., Елсуков B.C. Расчет параметров цифровой системы автоматического регулирования в квазинепрерывном режиме //Техника, экономика, культура: юбилейн. сб. науч. тр. проф.-препод. состава НГТУ.-Ростов н/Д: Гефест, 1998,- С.191-194.

71. Елсуков B.C., Режко Н.А. Логико-динамический регулятор режимов электрического тормоза электровоза постоянного тока //Состояние и перспективы развития электроподвижного состава: тезисы докладов И-й Междунар. конф.- Новочеркасск, 1997.- С.67.

72. Елсуков B.C., Режко Н.А., Малютин В.А. О принципах построения устройств управления тяговым электроприводом постоянного тока //Электровозостроение: сб. науч. тр. /ВЭлНИИ,- Новочеркасск, 1996.- Т.37.-С. 181-186.

73. Елсуков B.C. Синтез малочувствительной системы автоматического регулирования тока якоря с управлением в цепи возбуждения двигателя //Синтез алгоритмов сложных систем: межвед. науч.-техн. сб. /Таганрог, радиотехн. ин-т.-Таганрог, 1992.-Вып.8.-С.46-52.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО Самарский государственный технический университет (протокол № 4 от 24 июня 2009 г.)

Подписано к печати 14.09.2009 Ризография. Усл. печ. л. 1,0. Заказ № 516. Тираж 120.

Отпечатано в Издательстве ЮРГТУ (НПИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НА ИХ ОСНОВЕ.

1.1. Программное управление на основе принципа динамической компенсации.

1.2. Принцип управления по возмущению.

1.2.1. Прямая компенсация возмущения.

1.2.2. Компенсация с косвенным измерением возмущения.

1.2.3. Компенсация возмущения на основе создания двухканальности его воздействия (принцип двухканальности).

1.2.4. Компенсация возмущения на основе его встроенной модели.

1.3. Принцип управления по отклонению.

1.3.1. Синтез регуляторов выхода.

1.3.2. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов.

1.3.3. Синтез модальных регуляторов.

1.3.4. Синтез нелинейных регуляторов на основе решения обратных задач динамики.

1.3.4.1. Синтез на основе аналитического решения.

1.3.4.2. Синтез на основе алгоритмического решения методом локализации.

1.3.4.3. Синтез на основе алгоритмического решения с линеаризацией и компенсацией нелинейностей.

1.3.5. Аналитическое конструирование агрегированных регуляторов.

1.3.6. Синтез сингулярных нелинейных регуляторов.

1.3.7. Синтез регуляторов на основе аппроксимации математических моделей нелинейных объектов.

1.3.7.1. Синтез с помощью функциональных степенных рядов.

1.3.7.2. Синтез с помощью условных частотных характеристик полиномиальных нелинейностей.

1.3.8. Синтез систем с релейными регуляторами.

1.3.9. Адаптивная стабилизация.

1.3.10. Синтез регуляторов переменной структуры.

1.3.11. Синтез бинарных регуляторов.

Выводы по первой главе.

2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА БАЗОВЫХ ЗАКОНОВ УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫМИ ОБЪЕКТАМИ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИМИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЯМИ.

2.1. Обоснование предлагаемого метода синтеза.

2.2. Синтез систем стабилизации для нелинейных объектов с функциональными неопределенностями.

2.2.1. Постановка задачи.

2.2.2. Структурный синтез.

2.2.3. Параметрический синтез.

2.2.4. Пример синтеза.

2.3. Синтез систем стабилизации для нелинейных объектов с функциональными и параметрическими неопределенностями.

2.3.1. Постановка задачи.

2.3.2. Структурный синтез.

2.3.3. Параметрический синтез.

2.3.4. Пример синтеза.

2.4. Синтез следящих систем с астатизмом (п+\)-го порядком.

2.4.1. Постановка задачи.

2.4.2. Структурный синтез.

2.4.3. Параметрический синтез.

-О Cl.

ИТМОВ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО IAKOHOB КООРДИНИРУЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ

И НЕЛИНЕЙНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.< сношения как цель координирующего управления эбъектами.S свойств координирующего управления.< гагаемого подхода к синтезу.S

4.4.1. Фильтрация помехи.

4.4.2. Реализация дифференцирующих фильтров на основе инерционных.

4.5. Квазинепрерывный подход к синтезу дискретных алгоритмов управления.

4.5.1. Обоснование применения квазинепрерывного подхода.

4.5.2. Цифровая реализация непрерывного алгоритма управления.

4.5.3. Определение величины шага квантования процессов по времени в микропроцессорных системах управления.

4.5.4. Моделирование дискретно-непрерывной системы управления, эквивалентной непрерывной.

Выводы по четвертой главе.

5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СОГЛАСОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОТОЧЕЧНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ ПЛАНАРНОГО РОТОРА ИНТЕГРИРОВАННОГО

МНОГОКООРДИНАТНОГО ПРИВОДА.

5.1. Состояние вопроса и постановка задач исследования.

5.2. Синтез системы стабилизации воздушного зазора одноточечного электромагнитного подвеса.

5.2.1. Синтез контура регулирования магнитного потокосцепления.

5.2.2. Синтез контура регулирования воздушного зазора.

5.2.3. Исследование контура регулирования воздушного зазора.

5.3. Синтез системы согласованного управления трехточечным ЭМП планарного ротора МКП.

5.3.1. Постановка задачи.

5.3.2. Синтез и исследование системы.

Выводы по пятой главе.

6. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СЕЛЕКТИВНО-СОГЛАСОВАННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАГРУЗОК ТЯГОВЫХ МАШИН

ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА.

6.1. Состояние вопроса и постановка задач исследования.

6.2. Описание разработанной функциональной схемы системы селективно-согласованного регулирования нагрузок.

6.3. Приведение математического описания тягового двигателя к виду, удобному для синтеза регуляторов электропривода электровоза.

6.4. Синтез регулятора возбуждения.

6.5. Синтез регуляторов тока якоря и выравнивания нагрузок тяговых машин.

6.6. Синтез регулятора скорости.

6.7. Исследование разработанной системы селективно-согласованного регулирования нагрузок тяговых машин.

6.7.1. Постановка задачи.

6.7.2. Разработка Simulink-модели и исследование переходных процессов разработанной системы ССРН.

Выводы по шестой главе.

7. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ КООРДИНИРУЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПОДВЕСОМ ГРУЗОСТАБИЛИЗАЦИОННОЙ ПЛАТФОРМЫ.

7.1. Особенности объекта управления и требования, предъявляемые к системе.

7.2. Анализ известных систем селективно-согласованного управления.

7.3. Функциональная схема конструируемой системы.

7.4. Математическое описание объекта управления.

7.5. Синтез регуляторов тока.

7.6. Синтез регулятор скорости.

7.7. Синтез регулятора высоты поднятия груза.

7.8. Исследование синтезированной системы.

Выводы по седьмой главе.

Диссертационная работа посвящена, во-первых, разработке аналитического метода структурно-параметрического синтеза систем автоматического управления одноканальными, согласованного и селективно-согласованного управления многоканальными нелинейными объектами с параметрической неопределенностью в прямых цепях и функциональной неопределенностью в цепях внутренних обратных связей. Во-вторых, применению разработанного метода для аналитического конструирования систем согласованного и селективно-согласованного управления тремя многоканальными электромеханическими нелинейными объектами с переменными параметрами и характеристиками.

Актуальность проблемы. Проектирование систем автоматического управления (САУ) с объектами управления (ОУ), которые описываются нелинейными дифференциальными уравнениями, является одной из фундаментальных проблем теории автоматического управления. Более того, для многоканальных ОУ, как правило, необходимо регулировать определенные соотношения между их выходными величинами. Причем решение указанных задач еще более усложняется, если ОУ описывается нелинейными дифференциальными уравнениями с функциональными и параметрическими неопределенностями, а регулирование соотношений между выходными величинами многоканального ОУ должно быть многоуровневым и селективным, т.е. избирательным. Последнее, в частности, может быть обусловлено тем, что для многорежимного ОУ число регулируемых соотношений может быть больше числа управляющих воздействий, а сами соотношения зависят от внешних факторов, влияющих на режим работы ОУ.

Методы анализа и синтеза нелинейных САУ разрабатывались и исследовались в работах многих ученых, таких как: Е.А. Барбашин, JI.M. Бойчук, В.Н. Буков, А.А. Вавилов, Г. Ван-Трис, А.А. Воронов, А.С. Востриков, А.Р.

Гайдук, С.Е. Душин, С.В. Емельянов, Р. Калман, В.Н. Козлов, А.А. Колесников, А.А. Красовский, А.П. Крищенко, П.Д. Крутько, П.К. Кузнецов, A.M. Ляпунов, И.В. Мирошник, Л.Д. Певзнер, В.А. Подчукаев, Э.Я. Рапопорт, В.И. Уткин, Н.Б. Филимонов, А.Л. Фрадков и др. Однако большинство известных методов синтеза применимы для нелинейных объектов со стационарными параметрами и характеристиками.

Среди известных методов анализа и синтеза систем управления в условиях неопределенности можно выделить методы синтеза адаптивных' систем, представленные в работах Ю.А. Борцова, С.Д. Землякова, В.М. Кунце-вича, И.М. Мирошника, А.И. Рубана, А.Л. Фрадкова, В.Я. Якубовича и др. ученых; систем с переменной структурой и скользящими режимами (С.В. Емельянов, В.И. Уткин); бинарных систем (С.В. Емельянов, С.К. Коровин); систем с большими коэффициентами усиления и старшими производными выходных величин в законе управления (А.С. Востриков, П.Д. Крутько, В.А. Подчукаев, Г.А. Французова).

Методы анализа и синтеза систем согласованного и координирующего управления рассматривались в работах Л.М. Бойчука, И.В. Мирошника, В.Т. Морозовского, О.С. Соболева. Эти методы разработаны для линейных объектов. Но они не приспособлены к синтезу систем селективно-согласованного управления нелинейными многоканальными объектами, в процессе управления которыми возникает необходимость избирательного регулирования соотношений между их выходными величинами.

Одним из наиболее удобных и перспективных для синтеза систем управления нелинейными объектами с функциональными неопределенностями в их внутренних обратных связях является, по нашему мнению, метод синтеза нелинейных нестационарных систем с разнотемповыми процессами на основе принципа локализации А.С. Вострикова. Этот метод основан на применении в синтезируемых системах внутренних локальных контуров непрерывного регулирования с глубокими обратными связями по старшим производным выходных величин и дифференцирующими фильтрами для измерения производных. Но такие системы с достаточно большими коэффициентами усиления критичны, т.е. являются негрубыми, по отношению к сингулярным возмущениям, обусловленным влиянием указанных выше фильтров.

Однако альтернативой глубоким обратным связям по старшим производным выходных величин могут служить нелинейные алгоритмические параметрические и координатные обратные связи, в том числе знакопеременные.

Следовательно, создание аналитического метода структурно-параметрического синтеза нелинейных законов управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями, а также математических моделей для их исследования является актуальной темой исследований.

Работа выполнена в соответствии с научным направлением ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) "Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления", утвержденного решением ученого совета университета от 25.01.2003, переутвержденного 1.03.2006 и поддержана грантом РФФИ (проект № 07-08-00111-а).

Целью исследований является разработка аналитического метода синтеза нелинейных законов управления и повышение на основе его применения качества процессов и эффективности управления параметрически и функционально неопределенными нелинейными объектами.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ известных методов и обоснование предлагаемого метода аналитического конструирования систем управления для нелинейных объектов с параметрическими и функциональными неопределенностями.

2. Разработка алгоритмов и структурно-параметрический синтез базовых законов управления функционально и параметрически неопределенными одноканальными нелинейными объектами.

3. Разработка алгоритмов и структурно-параметрический синтез базовых законов согласованного и селективно-согласованного управления многоканальными нелинейными объектами.

4. Исследование области и особенностей применения разработанного метода аналитического конструирования нелинейных систем управления.

5. Применение разработанного метода синтеза для аналитического конструирования законов координирующего управления многоканальными электромеханическими объектами с переменными характеристиками.

6. Исследование синтезированных электромеханических систем управления методом имитационного моделирования.

Научная новизна результатов диссертационной работы:

1. Разработан новый метод синтеза нелинейных САУ, отличающийся использованием косвенного способа получения оценок и последовательной компенсации параметрических и функциональных неопределенностей нелинейных объектов управления с помощью дифференциальных бинарно-операторных связей и позволяющий аналитически конструировать указанные системы на основе алгоритмического решения обратной задачи динамики.

2. Впервые предложены и использованы в разработанном методе:

- алгоритм оценки неопределенного значения и стабилизации коэффициента усиления объекта управления на основе применения дифференциальной обратной связи типа "дифференциальная вилка" с мультипликативно-интегральным оператором, позволяющий обеспечить независимость качества процесса управления от изменения коэффициента усиления;

- алгоритм оценки и компенсации функциональной неопределенности в цепях внутренних обратных связей нелинейного объекта управления на основе применения обратной связи с "дифференциальной вилкой" и знакопеременным интегральным оператором, позволяющий обеспечить независимость качества процесса управления от влияния указанной неопределенности;

- алгоритм параметрического синтеза конструируемых систем на основе решения задачи на условный минимум линейной интегральной ошибки регулирования при ограничении на показатель колебательности, позволяющий строить параметрически оптимальные по точности системы;

- алгоритмы структурно-параметрического синтеза систем селективного и селективно-согласованного управления на основе формирования вновь предложенных интегро-дифференциальных уравнений относительного движения, позволяющие осуществлять избирательное регулирование соотношений между выходными величинами.

3. Синтезированы новые базовые структуры нелинейных систем управления с дифференциальными бинарно-операторными обратными связями, позволяющие обеспечить требуемое качество процессов управления одно-канальными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями.

4. На основе применения разработанного метода для синтеза законов управления многоканальными электромеханическими объектами получены новые структуры соответствующих САУ, в отличие от известных систем позволяющие повысить качество и эффективность процессов управления.

5. Впервые разработаны имитационные Simulink-модели синтезированных электромеханических систем, позволяющие исследовать эти системы методом структурного моделирования, когда все процессы модели аналогичны процессам системы-оригинала.

Научная значимость работы. Разработан новый метод структурно-параметрического синтеза нелинейных систем управления, который со всей совокупностью входящих в него алгоритмов представляет собой методологическую основу аналитического конструирования законов управления од-ноканальными и многоканальными функционально и параметрически неопределенными нелинейными объектами самого различного назначения, в том числе с селективно регулируемыми соотношениями выходных величин.

Практическая ценность работы. Разработанный метод синтеза нелинейных САУ может применяться в проектно-конструкторских организациях машиностроения и приборостроения при проектировании систем управления для самых различных нелинейных функционально и параметрически неопределенных электромеханических объектов.

Полученные в диссертационной работе результаты позволрши решить ряд практических задач, в частности повысить по сравнению с известными аналогами технико-экономические показатели электромеханических САУ:

- динамическую точность согласования и стабилизации воздушных зазоров многоточечного электромагнитного подвеса не менее чем в два раза;

- эффективность процесса электрического торможения электроподвижного состава и возврата электроэнергии в контактную сеть;

- производительность и безопасность транспортировки грузов строительным подъемным краном в условиях плотной городской застройки.

Практическая полезность и научная новизна синтезированных на основе разработанного метода систем и их устройств управления подтверждены 25 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и полезные модели.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод аналитического конструирования САУ для функционально и параметрически неопределенных нелинейных объектов на основе применения дифференциальных бинарно-операторных обратных связей.

2. Предложенные и использованные в разработанном методе синтеза алгоритмы:

- оценки неопределенного значения и стабилизации коэффициента усиления объекта управления;

- оценки и компенсации функциональной неопределенности в цепях внутренних обратных связей нелинейного объекта управления;

- параметрического синтеза конструируемых систем;

- структурно-параметрического синтеза систем селективного и селективно-согласованного управления.

3. Базовые структуры нелинейных систем с дифференциальными бинарно-операторными обратными связями для управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами с параметрическими и функциональными неопределенностями.

4. Структуры синтезированных электромеханических, систем:

- согласованного управления многоточечным электромагнитным подвесом планарного ротора интегрированного многокоординатного привода;

- селективно-согласованного регулирования нагрузок тяговых двигателей электроподвижного состава;

- координирующего управления многоточечным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана.

5. Имитационные математические модели и результаты исследования разработанных электромеханических систем управления.

6. Результаты реализации предложенного метода синтеза, разработанных электромеханических систем и их устройств управления.

Методы исследования. При решении поставленных задач применялся аппарат теории обыкновенных дифференциальных уравнений, дифференциальных уравнений в частных производных, методы теории автоматического управления: оптимального, адаптивного, синергетического и бинарного, теории систем с переменной структурой, теории идентификации, методы математического моделирования.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории автоматического управления и методов математического моделирования исследуемых объектов и систем управления. Справедливость выводов относительно адекватности используемых математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности предложенных алгоритмов управления подтверждена результатами математического моделирования на персональных компьютерах, а также результатами натурных испытаний на динамических стендах при физическом моделировании и на опытных образцах электроподвижного состава.

Реализация результатов работы. Полученные в работе теоретические положения применены для решения практических задач, связанных с проектированием и исследованием автоматических систем для управления нелинейными функционально и параметрически неопределенными электромеханическими объектами. В частности, разработанные метод синтеза нелинейных систем управления и имитационные модели синтезированных электромеханических систем управления использованы:

- в ОАО "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструк-торский институт электровозостроения" и ЗАО "Локомотивные электронные системы" компании "Трансмашхолдинг" при проектировании и исследовании систем автоматического управления тяговым электроприводом перспективного электроподвижного состава;

- в ООО Конструкторское бюро "Системотехника" (г. Новочеркасск) при разработке и исследовании нелинейных систем управления электроэнергетическими объектами;

- в лабораториях технических университетов г. Мюнхен и г. Ильменау (Германия) при разработке и исследовании системы координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом грузостаби-лизационной платформы маневренного строительного подъемного крана; - в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) при чтении соответствующих разделов лекций по дисциплинам: "Теория автоматического управления", "Моделирование систем", "Автоматизация проектирования систем и средств управления", "Современные проблемы автоматизации и управления", а также в курсовом и дипломном проектировании студентов, бакалавров и магистров по направлению "Автоматизация и управление".

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались на 11 Международных и 5 Всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях и коллоквиумах, в том числе: X Международной конференции "Проблемы управления в сложных системах" (Самара, 2008), 5-й Российской научной конференции "Управление и информационные технологии (УИТ-2008)" (Санкт-Петербург, 2008), VIII Международной научно-практической конференции "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения" (Новочеркасск, 2008), 53. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium (Ilmenau, Germany, 2008), Меж- -дународной научно-технической конференции "Мехатроника, автоматизация, управление(МАУ-2007)" (Геленджик, 2007), VII Международной научно-практической конференции "Моделирование, теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2007), Международной научно-технической конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы" (Самара, 2005), V Международной научно-практической конференции "Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и системотехника, теория и вопросы применения" (Новочеркасск, 2005), 2-й Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" (Пятигорск, 2004), Всероссийской научно-практической конференции "Транспорт-2004" (Ростов н/Д, 2004), V Международной научнопрактической конференции "Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы" (Новочеркасск, 2004), V Международной научно-практической конференции "Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики" (Новочеркасск, 2004), Всероссийской научной конференции "Управление и информационные технологии" (Санкт-Петербург, 2003), Международном научно-практическом коллоквиуме "Проблемы мехатроники -2003" (Новочеркасск, 2003), Юбилейной Всероссийской научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока", посвященной 100-летию завершения строительства Транссибирской магистрали и 150-летию движения по магистрали Санкт-Петербург-Москва (Хабаровск-Владивосток, 2001), И Международной конференции "Состояние и перспективы развития электроподвижного состава" (Новочеркасск, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 73 работы, в том числе 22 статьи в изданиях по списку ВАК, 25 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели, а также в соавторстве изданы учебник с грифом Минобразования РФ и 3 учебных пособия с грифом УМО.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 218 наименований, 5 приложений и содержит 255 страниц основного текста, включая 73 рисунка и 2 таблицы.

Выводы по главе 7

На основе разработанного метода осуществлен синтез системы координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы маневренного строительного подъемного крана. Ее особенности заключаются в следующем.

1. Система является трехконтурной многоканальной системой подчиненного регулирования: внешним является контур регулирования высоты поднятия груза, подчиненными ему - контуры регулирования скорости поднятия углов треугольной грузостабилизационной платформы, а подчиненными им - контуры регулирования токов приводных электродвигателей, вращающих барабаны с канатами подвеса платформы.

2. Регуляторы токов являются "двойными" в виде последовательно соединенных интегрального и пропорционального регуляторов.

3. Контуры регулирования скорости содержат, во-первых, параметрически стабилизирующую коэффициент усиления прямой цепи своего канала управления обратную связь с оригинальным бинарно-операторным вычислителем обратного значения указанного коэффициента усиления. Во-вторых, дифференциальную бинарно-операторную связь для компенсации измеренного косвенным способом момента нагрузки приводного электродвигателя. Причем оператором дифференциальной компенсирующей связи является контур регулирования переменной структуры с интегральной знакопеременной обратной связью.

4. Система содержит пропорциональный регулятор высоты поднятия груза, который является регулятором усредненного движения, параллельно с которым включены реальные пропорционально-дифференциальные регуляторы ее относительного движения. Причем указанные регуляторы имеют более высокий коэффициент усиления, чем и достигается разнотемповость процессов усредненного и относительного движений системы.

5. Система осуществляет согласованное поднятие и опускание равномерно нагруженных точек подвеса грузостабилизационной платформы. При превышении разбаланса нагрузок точек подвеса во время отрыва груза от земли выше допустимой величины производится приостанов электроприводов наиболее нагруженных канатов подвеса. А при повороте уже подвешенного груза вокруг вертикальной оси под воздействием ветра ею осуществляется блокировка ошибочной реакции регуляторов относительного движения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена одной из фундаментальных проблем теории автоматического управления: структурно-параметрическому синтезу систем автоматического управления для функционально и параметрически неопределенных нелинейных объектов, в том числе для многоканальных многорежимных с требуемыми переменными соотношениями между выходными величинами.

В процессе диссертационных исследований были получены следующие основные результаты.

1. Разработан новый аналитический метод структурно-параметрического синтеза нелинейных систем комбинированного управления на основе применения дифференциальных бинарно-операторных компенсирующих связей, отличающийся использованием косвенного способа получения оценок и последовательной компенсации параметрических и функциональных неопределенностей нелинейных объектов управления и позволяющий аналитически конструировать указанные системы на основе алгоритмического решения обратной задачи динамики.

3. При разработке метода синтеза впервые предложены и применены: - алгоритм оценки неопределенного значения и стабилизации коэффициента усиления объекта управления при помощи параметрической обратной связи по измеренному косвенным способом параметру, обратнопропор-циональному текущему значении коэффициента усиления объекта, который позволяет обеспечить независимость качества процесса управления от изменения коэффициента усиления объекта. Причем для указанного косвенного измерения применена дифференциальная бинарно-операторная связь с преобразователем в виде локальной следящей системы с интегральным регулятором и множительным элементом в цепи обратной связи;

- алгоритм оценки и компенсации функциональной неопределенности в цепях внутренних обратных связей и внешних возмущающих воздействий на входе нелинейного объекта управления на основе применения бинарно-операторной обратной связи с "дифференциальной вилкой" и позволяющий обеспечить независимость качества процесса управления от влияния указанных воздействий и функциональной неопределенности. При этом сигнал дифференциальной бинарно-операторной связи содержит две составляющие. Одна из них пропорциональна сигналу рассогласования между требуемым и текущим значениями старшей производной выходной величины, а другая — сигналу интегральной знакопеременной обратной связи по модулю измеренного косвенным способом эквивалентного возмущения старшей производной. А знак указанной обратной связи определяется полярностью сигнала рассогласования;

- алгоритм параметрического синтеза конструируемых систем на основе решения задачи на условный минимум линейной интегральной ошибки регулирования при ограничении на показатель колебательности, позволяющий строить параметрически оптимальные по точности системы;

- алгоритмы структурно-параметрического синтеза многоуровневых систем согласованного и селективно-согласованного управления для многоканальных нелинейных объектов со структурно-временным разделением усредненного и относительного движений на основе формирования вновь предложенных интегро-дифференциальных уравнений относительного движения, позволяющие осуществлять избирательное регулирование соотношений между выходными величинами. Причем управление относительным движением осуществляется по отклонению агрегированной переменной каждого сепаратного канала объекта. А агрегированная переменная равна взвешенной сумме выходной величины соответствующего сепаратного контура регулирования и компонентов его вектора скорости изменения состояния.

4. Синтезированы новые базовые структуры нелинейных систем для управления одноканальными и многоканальными нелинейными объектами, в том числе с согласованным и селективно-согласованным регулированием соотношений между выходными величинами, в отличие от известных аналогов позволяющие повысить динамическую точность управления не менее чем в два раза.

5. Исследованы условия возникновения и существования скользящего режима в контурах регулирования переменной структуры, которые содержат синтезируемые разработанным методом системы. В результате получено ограничение, которому должна удовлетворять постоянная времени интегрального регулятора этих контуров регулирования. С целью подавления высокочастотных помех найдено соотношение для постоянной времени фильтрующего полинома дифференцирующих фильтров, которые применяются в синтезируемых системах для получения производных выходных величин. Показана целесообразность реализации дифференцирующих фильтров на основе эквивалентных соединений безынерционных и инерционных звеньев. Получено соотношение, которому должно удовлетворять значение шага квантования процессов по времени для квазинепрерывного режима работы синтезируемых систем при микропроцессорной реализации их управляющих устройств.

6. На основе применения разработанного метода синтеза спроектированы многоуровневые электромеханические системы с новой, отличной от известных структурой.

6.1. Система согласованного управления многоточечным электромагнитным подвесом планарного ротора интегрированного многокоординатного электропривода, обеспечивающая, по сравнению с известными аналогами, повышение динамической точности согласования и стабилизации воздушных зазоров электромагнитов подвеса. Это достигается, во-первых, применением в качестве внутренних контуров регулирования магнитного потокосцепления электромагнитного подвеса вместо контуров регулирования тока электромагнитов. Во-вторых, включением в систему бинарно-операторных преобразователей для компенсации влияния нелинейной зависимости подъемной силы электромагнита от магнитного потокосцепления ЭМП, а также дифференциальной бинарно-операторной связи для компенсации силового возмущающего воздействия на ЭМП. В-третьих, осуществлением временного разделения усредненного и относительного движений системы путем ускорения темпа последнего благодаря управлению им по отклонению агрегированной переменной каждого канала.

6.2. Система селективно-согласованного регулирования нагрузок тяговых машин электровоза постоянного тока в режиме рекуперативного торможения, обеспечивающая повышение качества процессов регулирования нагрузок и возврата электроэнергии в контактную сеть. В частности, время протекания процессов выравнивания нагрузок в сконструированной системе меньше, чем в известных аналогах, более чем на два порядка. Это достигается, во-первых, применением логического разделения процессов выравнивания нагрузок тяговых машин и защиты от избыточного скольжения колесных пар локомотива. Во-вторых, использованием в качестве внутренних контуров регулирования магнитных потоков, а не токов возбуждения, и бинарно-операторных преобразователей для компенсации влияния на якорные токи изменения частоты вращения тяговых машин в контурах регулирования наибольшего из якорных токов и выравнивания нагрузок. В-третьих, включением в контур ре1улирования скорости бинарно-операторного преобразователя для компенсации зависимости электромагнитного момента тяговых машин от изменения их магнитного потока, а также параметрической обратной связи по измеренному косвенным способом коэффициенту кратности изменения массы поезда. В-четвертых, применением в контурах выравнивания нагрузок управления по отклонению агрегированной переменной в виде взвешенной суммы выходной величины и компонентов вектора скорости.

6.3. Система координирующего управления многоканальным электромеханическим подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана, позволяющая повысить качество управления, производительность и безопасность транспортировки грузов в условиях плотной городской застройки и улучшить условия труда машиниста подъемного крана. Это достигается, во-первых, использованием "двойных" регуляторов тока приводных электродвигателей. Во-вторых, введением в систему дифференциальных бинарно-операторных связей для стабилизации коэффициентов усиления ее сепаратных каналов управления и компенсации измеренных косвенным способом моментов нагрузки приводных электродвигателей. В-третьих, применением селективной блокировки вращения перегруженных приводных электродвигателей при отрыве транспортируемого груза от земли и блокировки ошибочной реакции регуляторов относительного движения при повороте уже подвешенного груза вокруг вертикальной оси под воздействием ветра.

7. Впервые разработаны имитационные Simulink-модели синтезированных электромеханических систем координирующего управления, позволяющие исследовать указанные системы методом структурного моделирования на ПК, когда все процессы модели аналогичны процессам системы-оригинала.

Практическая полезность и научная новизна синтезированных на основе разработанного метода систем и их устройств управления защищены 25-ю авторскими свидетельствами и патентами на изобретения и полезные модели.

1. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами.- М.: Наука, 1976. 424 с.

2. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Избранные главы теории автоматического управления.- СПб.: Наука, 1999.- 468 с.

3. Асанов А.З. Аналитическое конструирование систем управления нестационарными технологическими объектами.- Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2003,- 296 с.

4. Афанасьев В.Н. Динамические системы управления с неполной информацией: Алгоритмическое конструирование.- М.: КомКнига, 2007.- 216 с.

5. Баранов Б.К., Сокут Л.Д. Будько О.А., Пятина О.Н., Елсуков B.C. Наладка САУ электровоза постоянного тока методом планирования эксперимента // Электротехника.-1979.- №10.- С.44-46.

6. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами.- Л.: Энергоиздат, 1982.- 392 с.

7. Бесекерский В.А., Небылов А.В. Робастные системы автоматического управления.- М.: Наука, 1983.- 240 с.

8. Бобцов А.А. Алгоритм робастного управления неопределенным объектом без измерения производных регулируемой переменной //Автоматика и телемеханика, 2003, №8. С.82-95.

9. Бойчук Л.М. Метод структурного синтеза нелинейных систем автоматического управления.- М.: Энергия, 1971.- 112 с.

10. Бойчук Л.М. Синтез координирующих систем автоматического управления. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.

11. Бойчук Л.М., Елсуков B.C. Синтез интегральных законов управления нестационарными объектами//Автоматика, 1988, № 5.- С.70-74.

12. Бойчук Л.М., Елсуков B.C. Структурно-параметрический синтез регуляторов пониженного порядка//Автоматика, 1986. С. 80-82.

13. Борцов Ю.А. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением /Ю.А. Борцов, Н.Д. Поляков, В.В. Путов.- Л.: Энергоатомиз-дат, 1984.-215 с.

14. Бочаров В.И., Бахвалов Ю.А., Талья И.И. Основы проектирования электроподвижного состава с магнитным подвесом и линейным электроприводом.-М.: Наука, 1992 750 с.

15. Булгаков А.Г., Елсуков B.C. Система селективно-координирующего управления многоканальным подвесом грузостабилизационной платформы строительного подъемного крана //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2006, № 1.-С. 3-7.

16. Ван-Трис Г. Синтез оптимальны нелинейных систем управления.- М.: Изд-воМнр, 1964.- 168 с.

17. Волков С.Г., Елсуков B.C. Синтез интегральных законов управления по отклонению старшей производной выходной величины тягового электропривода / Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО ВЭлНИИ.- Новочеркасск, 2000.- Т.42,- С. 272-277.

18. Воронов А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость.- М.: Наука, 1979.-336 с.

19. Воронов К.В., Королева О.Н., Никифоров В.О. Робастное управление нелинейными объектами с функциональными неопределенностями //Автоматика и телемеханика, 2001, №2. С.112-121.

20. Востриков А.С., Юркевич В.Д. Синтез многоканальных систем с вектором скорости в законе управления //Автоматика и телемеханика, 1993, №2.-С.51-64.

21. Востриков А.С. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1990.- 120 с.

22. Востриков А.С. Синтез систем регулирования методом локализации.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007.-252 с.

23. Востриков А.С., Уткин В.И., Французова Г.А. Система с производной вектора состояния в управлении /Автоматика и телемеханика, 1982, №3.- С.22-25.

24. Гайдук А.Р. Алгебраические методы анализа и синтеза систем автоматического управления.- Ростов-Дон: Изд-во Ростов, ун-та. 1988.- 208 с.

25. Гайдук А.Р. Синтез систем автоматического управления по передаточным функциям //Автоматика и телемеханика. 1980, №1.- С. 11-16.

26. Гайдук А.Р. Системы автоматического управления. Примеры, анализ и синтез.- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006.- 415 с.

27. Галиуллин А.С. Обратные задачи динамики.- М.: Наука, 1981. 144 с.

28. Галиуллин А.С. Методы решения обратных задач динамики.- М.: Наука, 1986.-224 с.

29. Геращенко Е.И., Геращенко С.М. Метод разделения движений и оптимизация нелинейных систем. М.: Наука, 1975.- 296 с.

30. Головатый А.Т., Исаев И.П., Горчаков И.В. Независимое возбуждение тяговых двигателей электровозов.- М.: Транспорт, 1976.- 150 с.

31. Грузовой электровоз постоянного тока ВЛ12 /Б.Р. Бондаренко, Л.Д. Сокут, Б.К. Баранов, В.Д., Тулупов, С.И. Карибов //Электрическая и тепловозная тяга, 1976, №3.

32. Джури Э.И. Робастность дискретных систем. Обзор //Автоматика и телемеханика, 1990, №5.- С.3-28.

33. Дипломное проектирование: Учеб. пособие /В.И. Василенко, Н.В. Долматова, B.C. Елсуков и др. Под ред. проф. В.И. Лачина Ростов н/Д: Изд-во Феникс, 2003.- 352 с.

34. Дракунов С.В., Изосимов Д.Б., Лукьянов А.Г., Уткин В.А., Уткин В.И. Принцип блочного управления. I //Автоматика и телемеханика, 1990, № 6.-С.38-47.

35. Душин С.Е., Имаев Д.Х., Моисеев С.С. Структурно-параметрический синтез нелинейной системы управления по заданному движению //Изв. вузов СССР. Приборостроение, 1982, №10.- С.32-36.

36. Елсуков B.C., Савин М.М. Компенсационно-обратный метод синтеза систем автоматического управления нелинейными объектами одного класса // Изв. вузов. Электромеханика.-1990. -№4.- С.49-52.

37. Елсуков B.C. Синтез малочувствительной системы автоматического регулирования тока якоря с управлением в цепи возбуждения двигателя //Синтез алгоритмов сложных систем: Междувед. науч.-техн. сб. /Таганрог, радиотехн. ин-т.-Таганрог, 1992.-Вып.8.-С.46-52.

38. Елсуков B.C., Пятина О.Н., Савин М.М. Синтез регулятора тока для систем подчиненного регулирования электроприводов //Изв. вузов. Электромеханика,-1996. -№5.- С. 105-109.

39. Елсуков B.C., Режко Н.А., Малютин В.А. О принципах построения устройств управления тяговым электроприводом постоянного тока //Электровозостроение: Сб. науч. тр. /ВЭлНИИ- Новочеркасск, 1996.- Т.37.- С.

40. Елсуков B.C., Трофименко В.Г., Загороднюк В.Т. Регулятор напряжения синхронной машины с компенсирующей связью по возмущению вектора состояния //Изв. вузов. Электромеханика.-1998.- №2-3.- С.101.

41. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т. Синтез астатических систем комбинированного управления по старшей производной выходной величины //Изв. вузов. Электромеханика.-1998.- №4.- С.95-97.

42. Елсуков B.C., Грошев А.Е. Синтез регулятора системы управления положением рабочего органа асфальтоукладчика //Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки.- 1999.- № 1.- С. 25-27.

43. Елсуков B.C., Загороднюк В.Т., Сохадзе А.Г. Система автоматического управления стабилизационной платформы маневренного подъемного крана //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2001, №1.- С.32-34.

44. Елсуков B.C., Сохадзе А.Г. Синтез сепаратных регуляторов многоканального подвеса груза подъемного крана //Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки.- 2001.- № 2,- С. 14 17.

45. Елсуков B.C. Синтез нелинейных систем с параметрической обратной связью и оптимальным соотношением координат в условиях неопределенности //Изв. Вузов. Электромеханика, 2003. №2. С. 54-58.

46. Елсуков B.C., Лачин В.И. Синтез систем управления с дифференциальной компенсирующей и обратной стабилизирующей бинарно-операторными связями //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. Спецвыпуск.- 2003.-С.94-96.

47. Елсуков B.C. Синтез систем стабилизации с подчиненным контуром квазирелейной локализации возмущений объекта управления //Изв. Вузов. Электромеханика, 2004. №5. С. 31-34.

48. Елсуков B.C. Синтез нелинейных нестационарных систем стабилизации со скользящими режимами в контурах локализации возмущений //Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки. №33. С. 308-312.

49. Елсуков В.С, Волков С.Г. Система селективно-согласованного регулирования нагрузок электроподвижного состава//Вестник Всерос. н.-и. и проект.-конструкт. ин-та электровозостроения.- Новочеркасск: ОАО "ВЭлНИИ",2006, №1. С. 188-194.

50. Елсуков В.С, Ковалев С.В. Каскадная система согласованного управления многоточечным электромагнитным подвесом //Изв. вузов. Электромеханика, 2006. №5. С. 36-40.

51. Елсуков B.C. Синтез астатических систем автоматического управления методом последовательной локализации возмущений //Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Техн. науки, 2007, № 1 (19). С. 179-182.

52. Елсуков B.C., Лачин В.И. Управление нелинейными объектами с функциональными неопределенностями на основе алгоритмов их оценивания в скользящем режиме //Изв. вузов. Электромеханика, 2007. № 4. С. 51-54.

53. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой.- М.: Наука, 1967.- 335 с.

54. Емельянов С.В. Бинарные системы автоматического управления.- М.: МНИИПУ, 1984.-313 с.

55. Емельянов С.В., Барбашин Е.И. Введение в теорию устойчивости. 1967.

56. Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности.- М.: Наука. Физматлит, 1997.- 352 с.

57. Ермаченко А.И. Методы синтеза линейных систем управления низкой чувствительности.- М.: Радио и связь, 1981.- 104 с.

58. Жиляков В.И. Аналитическое конструирование нелинейных систем //Изв. вузов. Электромеханика, 1987, №4.- С.64-67.

59. Загороднюк В.Т., Елсуков B.C. О применении логико-динамических устройств управления в тяговом электроприводе //Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Технические науки.-1996.- №3.- С.76-79.

60. Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К. Автоматические системы с дифференциальными связями.-Киев: Техшка, 1984.- 167 с.

61. Иванов Г.М. Автоматизированных! многодвигательный электропривод постоянного тока /Г.М. Иванов, Г.М. Левин, В.М. Хуторецкий; Под. Ред. Г.М. Иванова.- М.: Энергия, 1978. -160 с.

62. Изерман Р. Цифровые системы управления Пер. с англ.- М.: Мир, 1984. -541 с.

63. Ильин О.П., Примшиц П.П. Управление нелинейными объектами //Изв. вузов. Электромеханика, 1984, №10.- С.68-71.

64. Ильясов Б.Г., Кабальнов Ю.С. Исследование устойчивости однотипных многосвязных систем автоматического управления с голономными связями между подсистемами //Автоматика и телемеханика, 1995. №8.- С.82-90.

65. Калабухов О.Р., Никитенко Ю.А. Повышение энергетических показателей рекуперативного торможения тягового электропривода //Изв. вузов. Электромеханика.-1991. -№10.- С.108-109.

66. Карпин Е.Б. Средства автоматизации для измерения и дозирования массы. -М.: Машиностроение, 1971.

67. Квакернак К., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления.- М.: Мир, 1977.-650 с.

68. Киреев В., Центнер Й. Вопросы конфигурации и управления двухкоорди-натной актуаторной структурой для планарного активного магнитного подвеса //Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. Спецвыпуск. С.67-72.

69. Козлов В.Н. Метод нелинейных операторов в автоматизированном проектировании динамических систем. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1986.- 168 с.

70. Колесников А.А. Последовательная оптимизация нелинейных агрегированных систем управления.- М.: Энергоатомиздат, 1987. 160 с.

71. Колесников А.А. Синергетическая теория управления.- М.: Энергоатомиздат, 1994.-344 с.

72. Копанев А.С., Стекольщиков Д.В. Результаты электротехнических испытаний пассажирского электровоза ЭП1 //Электровозостроение /Сб. научн. тр.

73. ОАО Всерос. н.-и., проектно-констр. ин-та электровозостроения.- Новочеркасск, 2000, Т.42.- С. 103-122.

74. Крапивин B.C., Востриков А.С. К синтезу инвариантной системы стабилизации магнитного подвеса//Изв. вузов. Электромеханика, 1985, № 2.- С.67-73.

75. Красовский А.А., Поспелов Г.С. Основы автоматики и технической кибернетики.- JL: Госэнергоиздат, 1962. 600 с.

76. Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование.-М.: Наука, 1973.

77. Крищенко А.П. Исследование управляемости и множеств достижимости нелинейных систем управления //Автоматика и телемеханика, 1984, №6.-С.30-36.

78. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Линейные модели,- М.: Наука, 1987.- 304 с.

79. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Нелинейные модели.- М.: Наука, 1988.- 328 с.

80. Крутько П.Д., Попов Е.П. Симметрия в автоматических системах и алгоритмы управления //Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1979, №1,-С,161-167.

81. Кузин Л.Т. Рсчет и проектирование дискретных систем управления- М.: ГНТИ Маш. лит., 1962. -683 с.

82. Кусимов С.Т., Ильясов Б.Г., Васильев В.И. Управление динамическими системами в условиях неопределенности.- М.: Наука, 1998.- 452 с.

83. Летов A.M. Аналитическое конструирование регуляторов //Автоматика и телемеханика, 1960, №4.- С.433-435; №5.- С.563-568; №6,- С.661-665.

84. Логинов И.Я, Елсуков B.C., Волков С.Г.,. Параметрическая оптимизация регуляторов напряжения четырехквадратного преобразователя //Электровозостроение: Сб. науч. тр. /ОАО ВЭлНИИ- Новочеркасск, 2002.- Т.44.- С. 201-208.

85. Лукьянов А.Г. Блочный метод синтеза нелинейных систем на скользящих режимах //Автоматика и телемеханика, 1998, №7.- С.31-43.

86. Мееров М.В. Синтез структур систем автоматического регулирования высокой точности,- М.: Наука, 1967,- 432 с.

87. Менский Б.М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении.- М.: Машиностроение, 1972.- 248 с.

88. Меншутин Н.Н. Зависимость между силой сцепления и скоростью скольжения колесной пары локомотива //Вестник ВНИИЖТ, 1960, №7.- С. 12-16.

89. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х т. Т.2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления /Под ред. Н.Д. Егупова.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.- 736 с.

90. Методы синтеза нелинейных систем автоматического управления /Под ред. Е.П. Попова и С.М. Федорова.- М.: Машиностроение, 1971. 416 с.

91. Методы теории чувствительности в автоматическом управлении /Под ред. Е.Н. Розенвассера и P.M. Юсупова.- Л.: Энергия, 1971.- 344 с.

92. Мирошник ИВ. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами.- СПб.: Наука, 2000.- 549 с.

93. Мирошник И.В. Согласованное управление многоканальными системами. -Л.: Энергоатомиздат, 1990.- 128 с.

94. Многорежимные и нестационарные системы автоматического управления /Под ред. Б.Н. Петрова.- М.: Машиностроение, 1978.- 240 с.

95. Морозовский В.Т. Многосвязные системы автоматического регулирования. -М.: Энергия, 1970.

96. Наладка САУ электровоза постоянного тока методом планирования эксперимента /Б.К. Баранов, Л.Д. Сокут, О.А. Будько, О.Н. Пятина, B.C. Елсуков //Электротехника, 1979, №10. С. 44-46.

97. Наумов Б.М., Скрипка А.Г. Система автоматического управления электровоза ВЛ85 /Сб. научн. тр. Всесоюз. н.-и., проектно-констр. и технол. ин-та электровозостроения.- Новочеркасск, 1985, Т.26.- С. 9-21.

98. Никитенко Ю.А., Жигалов В.П., Ковалев С.В. Адаптивное управление электромагнитным подвесом приборной системы //Изв. вузов. Электромеханика, 1997, № 3.- с.87-89.

99. Никитенко Ю.А. Принципы построения и методы проектирования систем электромагнитного подвеса /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т- Новочеркасск: Редакция журнала//Изв. вузов. Электромеханика, 2007.- 201 с.

100. Никифоров В.О. Адаптивное и робастное управление с компенсацией возмущений.- СПб.: Наука, 2003,- 282 с.

101. Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Схемы адаптивного управления с расширенной ошибкой //Автоматика и телемеханика, 1994,№9.- С.3-22.

102. Нейдорф Р.А., Александров А.П. Структурный синтез реализуемых систем управления //Электроника и моделирование, 1976, №11.- С.63-67.

103. Озеряный Н.А. Системы с параметрической обратной связью.- М.: Энергия, 1974.- 152 с.

104. Орурк И.А. Новые методы синтеза линейных и некоторых нелинейных динамических систем.- М., Л.: Наука, 1965.- 208 с.

105. Острем К., Витгенмарк Б. Системы управления с ЭВМ. М.: Мир, 1987. 487с.

106. Первозванский А.А., Гайцгори В.Г. Декомпозиция, агрегирование и приближенная оптимизация.- М.: Наука, 1979.- 344 с.

107. Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления.- М.: Наука, 1986.-616 с.

108. Петров Б.Н., Рутковский В.Ю., Земляков С.Д. Адаптивное координатно-параметрическое управление нестационарными объектами.- М.: Наука, 1980.- 244 с.

109. Петров Б.Н., Крутько П.Д. Алгоритмическое конструирование оптимальных регуляторов при неполной информации о состоянии объекта //Изв. АН СССР. Техническая кибернетика, 1972, №6.- С. 186-199.

110. Петров Б.Н., Крутько П.Д., Попов Е.П. Построение алгоритмов управления как обратная задача динамики //Докл. АН СССР. Т.247. 1979, №5,- С. 10781081.

111. Петров Б.Н. Принцип инвариантности и условия его применения при расчете линейных и нелинейных систем /Труды I Междун. конгр. ИФАК. Т.1.-М.: Изд-во АН СССР, 1961.- С.259-275.

112. Подчукаев В.А. Аналитические методы теории автоматического управления.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.- 256 с.

113. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах.- М.: Наука, 1973,- 584 с.

114. Портер У. Обзор теории полиномиальных систем //ТИИЭР, 1976, Т.64, №1.-С.23-30.

115. Правила тяговых расчетов для поездной работы,- М.: Транспорт, 1985.-288с.

116. Пупков К.А., Шмыкова Н.А. Анализ и расчет нелинейных систем с помощью функциональных степенных рядов,- М.: Машиностроение, 1982.-150с.

117. Режимы работы магистральных электровозов. Под ред. О.А. Некрасова.-М.: Транспорт, 1983.

118. Режко Н.А., Елсуков B.C. Логико-динамический регулятор режимов электрического тормоза электровоза постоянного тока //Состояние и перспективы развития электроподвижного состава: Тезисы докладов П-й Между-нар. конф.- Новочеркасск, 1997.- С.67.

119. Результаты электротехнических испытаний электровоза ВЛ65 с АСУБ "Локомотив" /А.С. Копанев, В.И. Плис, Д.В. Стекольшиков и др.

120. Электровозостроение /Сб. научн. тр. ОАО Всерос. н.-и., проектно-констр. ин-та электровозостроения.- Новочеркасск, 1997, Т.38.- С. 330-339.

121. Рей У. Методы управления технологическими процессами.- М.: Мир, 1983.368 с.

122. Савин М.М. Пятина О.Н., Елсуков B.C. Расчет параметров цифровой системы автоматического регулирования в квазинепрерывном режиме // Техника, экономика, культура: Юбилейн. сб. научн. тр. проф.-препод. состава НГТУ.-Р/Д: Гефест, 1998.- С.191-194.

123. Савин М.М., Трофименко В.Г. Система автоматического управления электромагнитным подвесом //Изв. вузов. Электромеханика, 1990, № 3.- С.47-52.

124. Савин М.М., Елсуков B.C., Пятина О.Н. Теория автоматического управления: Учебное пособие для вузов /Под ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Ла-чина.- Новочеркасск: ООО НПО "Темп", 2005.-352 с.

125. Савин М.М. Теория автоматического управления: учеб. пособие /М.М. Савин, B.C. Елсуков, О.Н. Пятина. Под ред. д.т.н., проф. В.И. Лачина.- Ростов н/Д: Феникс, 2007. 469 с.

126. Савин М.М., Пятина О.Н., Елсуков B.C. Уточнение некоторых понятий теории управления для систем с неустойчивыми звеньями // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки.- 2001.- № 2.- С. 8.

127. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления /Под ред. В.А. Бесекерского,- М: Наука, 1978.- 512 с.

128. Синтез структурно-сложных нелинейных систем управления: Системы с полиномиальными нелинейностями /С.Е. Душин, А.В. Красов, Н.Н. Кузьмин, В.Б. Яковлев; Под ред. С.Е. Душина,- СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭ-ТИ», 2004.- 372 с.

129. Смит, Джон М. Математическое и цифровое моделирование для инженеров и исследователей /Пер. с англ. Н.П. Ильиной; Под ред. О.А. Чембровско-го.-М.: Машиностроение, 1980. -271 с.

130. Соболев О.С. Методы исследования линейных многосвязных систем. .- М.: Энергоатомиздат, 1985. 120 с.

131. Соболев О.С. Однотипные связанные системы регулирования.- М: Энергия, 1973.- 138 с.

132. Современная прикладная теория управления: Синергетический подход в теории управления /Под ред. А.А. Колесникова.- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 4.IL- 559 с.

133. Соколова Н.В., Шароватов В.Т. Синтез нелинейных корректирующих устройств.- JL: Энергоатомиздат, 1985.- 112 с.

134. Солодовников В.В., Филимонов А.В., Филимонов Н.В. Анализ компенсационного подхода к синтезу систем управления //Изв. вузов Приборостроение.- 1979,-№2.- С. 27-32.

135. Солодовников В.В., Дмитриев А.Н., Егупов Н.Д. Спектральные методы расчета и проектирования систем управления.- М.: Машиностроение, 1986,- 440 с.

136. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А. Красов-ского.- М.: Наука, 1987,- 712 с.

137. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления.- М: Наука, 1985.- 296 с.

138. Сю Д., Мейер А. Современная теория автоматического управления и ее применение.- М.: Машиностроение, 1972.- 544 с.

139. Теория автоматического управления /С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев и др. Под. Ред. В.В. Яковлева.- М.: Высшая школа, 2003.-576 с.

140. Теория автоматического управления /JI.C. Гольдфарб, А.В. Балтрушевич, А.В. Нетушил. Под. Ред. А.В. Нетушила.- М.: Высшая школа, 1976.-400 с.

141. Тулупов В.Д. Автоматическое регулирование сил тяги и электрического торможения электроподвижного состава.- М.: Транспорт, 1976.-368 с.

142. Уланов Г.М. Регулирование по возмущению.- М: Госэнергоиздат, 1960.110 с.

143. Управление вентильными электроприводами постоянного тока /е.д. Лебедев, В.Е. Неймарк, М.Я. Пистрак, О.В. Слежановский. М.: Энергия, 1970. -200 с.

144. Уткин В.А. Инвариантность и автономность в системах с разделяемыми движениями //Автоматика и телемеханика, 2001, №11.- С.73-94.

145. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981.- 367 с.

146. Федоров А.Ю. Условия управляемости нелинейных динамических систем //Автоматика и телемеханика, 1984, №4.- С.60-71.

147. Филимонов Н.Б. Функциональная управляемость и синтез систем управления методом обратных задач динамики //Автоматическое управление объектами с переменными характеристиками: Межвуз. сб. науч. тр.- Новосибирск: НЭТИ, 1986.- С.58-68.

148. Французова Г.А. Синтез систем управления многосвязными объектами с неполной информацией //Информация, системы и моделирование: Сб. тр. Новосиб. электротехн. ин-та.- Новосибирск: 1982.- С.25-32.

149. Фрер Ф., Орттенбургер Ф. Введение в электронную технику регулирования.-М.: Энергия, 1973.-192 с.

150. Хлыпало Е.И. Расчет и проектирование нелинейных корректирующих устройств в автоматических системах.- Л.: Энергоиздат, 1982.- 272 с.

151. Хоменко Б.И., Аваков В.А., Виниченко Н.Ф. Математическая модель характеристики сцепления колесной пары локомотива //Межвуз. сб. тр.: Полупроводниковая техника в устройствах электрических железных дорог.-Л.: ЛИИЖТ, 1983.- С. 17-23.

152. Цыпкин Я.З. Основы теории автоматических систем.- М.: Наука, 1977.-560с.

153. Цыпкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем.- М: Наука, 1973.-416 с.

154. Щипанов Г.В. Теория и методы проектирования автоматических регуляторов //Автоматика и телемеханика, 1939, №1.- С.49-66.

155. Электромагнитные механизмы. Анализ и синтез /Ю.А. Никитенко, Ю.А. Бахвалов, Н.И. Горбатенко, А.Г. Никитенко.- М.: Высш. шк., 1998.- 320 с.

156. Электроника и микропроцессорная техника. Дипломное проектирование систем автоматизации и управления; учебник / С.Г. Григорьян., B.C. Елсуков, Е.В. Зинченко и др. Под ред. д.т.н., проф. В.И. Лачина.- Ростов н/Д: Феникс, 2007.- 576 с.

157. Юркевич В.Д. Синтез нелинейных нестационарных систем управления с разнотемповыми процессами.- СПб.: Наука, 2000.- 288 с.

158. Якубович В.А. Методы теории абсолютной устойчивости //Методы исследования нелинейных систем автоматического управления /Под ред. Р.А. Нелепина.- М.: Наука,1975.- 448 с.

159. А.с. 1468790 СССР, МКИ В 60 L 7/22. Устройство для управления электрическим торможением электроподвижного состава переменного тока / О.Р. Калабухов, В.С Елсуков, В.А. Малютин, А.Л. Лозановский.- Заявл. 17.07.87; 0публ.30.03.89, Бюл.№12.

160. А.с. 1468792 СССР, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для автоматического регулирования тяговыми электродвигателями независимого возбуждения электроподвижного состава /В.С. Елсуков, О.Н. Пятина. -Заявл. 17.07.87; Опубл.ЗО.ОЗ.89, Бюл.№12.

161. А.с. 1552327 СССР, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод /В.С. Елсуков, О.Р. Калабухов.- Заявл.24.06.88; Опубл.23.03.90, Бюл.№11.

162. А.с. 1561179 СССР, МКИ Н 02 Р 7/48. Устройство для управления многомостовым тиристорным преобразователем / B.C. Елсуков, О.Р. Калабухов, В.А. Малютин.- Заявл.29.12.87; 0публ.30.04.90, Бюл.№16.

163. Пат. 1756861 СССР МКИ G 05 В 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков. -Заявл.07.05.90; Опубл. 23.08.92.- Бюл.№31.

164. Пат. 1765878 СССР МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод /О.Р. Калабухов, B.C. Елсуков, С.Г. Волков, В.М. Турулев, В.А. Малютин. -Заявл.15.04.91; 0публ.30.09.92.- Бюл.№36.

165. Пат. 1769744 СССР МКИ В 60 L 15/20. Устройство для селективного управления тяговым электроприводом электроподвижного состава /О.Р. Калабухов, B.C. Елсуков, С.Г. Волков, В.М. Турулев, В.А. Малютин. -Заявл.21.12.90; Опубл.15.Ю.92.- Бюл.№38.

166. Пат. 2626209 РФ, МКИ В 60 L 15/00. Устройство для управления тяговым приводом электровоза переменно-постояннго тока /О.Р. Калабухов, B.C. Елсуков, С.А. Крамсков. -3аявл.13.08.90; Опубл. 10.01.95.- Бюл.№1.

167. Пат. 2034721 РФ, МКИ В 60 L 15/20. Устройство для регулирования нагрузки тяговых двигателей электроподвижного состава /О.Р. Калабухов, B.C. Елсуков, В.А. Малютин. -Заявл.27.09.90; Опубл.10.05.95,- Бюл.№13.

168. Пат. 2039371 РФ, МКИ G 05 В 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков. -Заявл.17.12.91; 0публ.9.07.95.-Бюл.№19.

169. Пат. 2095930 РФ, МКИ И 02 Р 5/06. Электропривод с адаптивным регулированием тока / B.C. Елсуков, Б.М. Наумов, С.А. Крамсков, В.А. Малютин. Заявл. 15.07.93; Опубл. 10.11.97.- Бюл.№31.

170. Пат. 2088432 РФ, ИКИ В 60 L 15/20. Устройство для регулирования токов якоря и возбуждения тягового электродвигателя /В.С. Елсуков.- Заявл. 10.10.95; 0публ.27.08.97.- Бюл.№24.

171. Пат. 2150728 РФ, МКИ G 05 В 17/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков, В.И. Лачин, О.Н. Пятина, М.М. Савин, В.Г. Трофименко.- Заявл. 21.06.99; Опубл. 10.06.00.- Бюл. № 16.

172. Пат. 2171489 РФ, МКИ G 05 В 17/00. Двухканальная система автоматического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков, В.Т. Загороднюк, В.И. Лачин, О.Н. Пятина.- Заявл. 05.06.2000; Опубл. 27.07.2001,- Бюл. №21.

173. Пат. 2181523 РФ, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод с управлением по производной тока /В.С. Елсуков, Н.И. Горбатенко, М.В. Ланкин, А.Я. Шкару-пин.- Заявл.8.06.2000; 0публ.20.04.02.- Бюл. №11.

174. Пат. 2230350 РФ, МКИ G05B 13/00. Система автоматического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков, В.И. Лачин. Заявл. 19.08.02; Опубл. 10.06.04.- Бюл.№16.

175. Пат. 2261522 РФ, МКИ Н 02 Р 5/06. Электропривод с координатно-параметрическим управлением по производной тока /В.С. Елсуков, С.Г. Волков, Б.И. Хоменко.- Заявл. 26.04.04; Опубл. 27.09.05.- Бюл.№>27.

176. Пат. на ПМ 50323 МКИ G 05 В 13/00. Комбинированная система коорди-натно-параметрического управления нестационарным нелинейным объектом/В.С. Елсуков. -Заявл. 11.05.05; Опубл. 27.12.05.- Бюл.№36.

177. Пат. на ПМ 51314 МКИ Н 02 Р 5/50. Устройство для поддержания заданного соотношения скоростей в многодвигательном электроприводе /В.С. Елсуков.- Заявл. 11.05.05; Опубл. 27.01.06.- Бюл.№3.

178. Пат. на ПМ 53627 МКИ В 60 L 15/20, 3/10. Устройство для регулирования нагрузок тяговых двигателей электроподвижного состава /В.С. Елсуков.-Заявл. 25.10.05; Опубл. 27.05.06.- Бюл.№15.

179. Пат. 2279116 РФ, МКИ G 05 В 13/00. Комбинированная система коорди-натно-параметрического управления нестационарным объектом /В.С. Елсуков, В.И. Лачин. Заявл. 20.07.04; Опубл. 27.06.06.- Бюл.№18.

180. Пат. 2321148 РФ, МКИ И 02 М 7/00. Устройство для регулирования выходного тока импульсного стабилизирующего преобразователя / B.C. Елсуков, В.Р. Проус, В.Г. Трофименко, Д.Д. Фугаров. Заявл. 18.10.06; Опубл. 27.03.08.- Бюл.№ 9.

181. Пат. на ПМ 73134 МКИ Н 02 Р 5/50. Устройство для регулирования сил натяжения канатов многоточечного подвеса грузовой платформы подъемного крана /В.С. Елсуков, В.И. Лачин.- Заявл. 10.09.07; Опубл. 10.05.08.-Бюл.№13.

182. Brockett B.W., Mesarovic M.D. The Reproducibility of Multivariable Systems //J. Math. Appl., 1965. № 11. P.548-563.

183. Davison E.J. The robust control of a servomechanism problem for linear time-invariant multivariable systems //IEEE Trans. Automatic Control. 1976. Vol. 21. № 1. P.25-34.

184. Ertzberger H. Analysis and design of model reference following systems by state space techniques //Proc. TASS, 1968. P.572-580.

185. Falb F.L., Wolovich W.A. Decoupling in the design and synthesis of multivari-able control systems //IEEE Trans. Automatic Control. 1967.Vol.AC-12, № 6. P.651-659.

186. Francis D.A., Wonhan W.M. The internal model principle for linear multivari-able regulators //Appl. Math. Opt. 1975. Vol.2. P. 170-194.

187. Fuller A.T. Optimal nonlinear control of systems with pure delay //Int. J. Control, 1968. Vol.8. №2. P.145-168.

188. Glighborough N., Moulthown A. Stewart's platform for LBPSS-systems. "Material handling", 1991, №8.

189. Haddad W.M., Bernstein D.S. Unified optimal projection equations for simultaneous reduced-order, robust modeling, estimation and control //Int. J. Control, 1988. Vol.47. P.l 117-1132.

190. Ioannou P.A., Kokotovic P.V. Instability analysis and improvement of robustness of adaptive control //Automata. 1984. Vol.20. N 5. P.583-594.

191. Isidori A., Byrnes C.I. Output regulation of nonlinear systems //IEEE Trans. Automatic Control, 1990. Vol.AC-35. P.131-140.

192. Kanellakopoulos I., Kokotovic P.V., Morse A.S. Systematic design of adaptive controllers for feedback linearizable systems //IEEE Trans. On Automatic Control. 1991. Vol.36. P.1241-1253.

193. Kollenbach E., Saffert E. Nanopositionierung mit integrierten Mehrkoordinaten-motoren als Antribselemente. VDI Berichte 1530, Sensoren und Mepsysteme 2000.

194. Luenberger D.G. Canonical forms for linear multivariable systems //IEEE Trans. Automatic Control, 1967. Vol.AC-12. №> 3. P.290-293.

195. Marino R, Tomei P. Global estimation of n unknown frequencies //IEEE Trans, on Automatic Control. 2002. Vol.47. № 8. P.1324-1328.

196. Pearson J.B., Ding C.Y. Compensator design for multivariable linear systems /ЛЕЕЕ Trans. Automatic Control, 1969. Vol.AC-14. № 2. P.130-134.

197. Pearson J.D. On controlling a string of moving vehicles //IEEE Trans. 1967. Vol. AC-12, № 3. P.328-329.

198. Peternella M., Salinari S. The penalty invariance of responses with respect to disturbances in a multivariable systems. Rome. Italy. 1972. (Reprint /University di Roma. Institute di Automatica. P.2-28).

199. Saberi A., Kokotovic P.V., Sussmann H.J. Global stabilization of partially linear composite systems //SIAM J. Control Opt. 1990. Vol.28. P.1492-1503.

200. Схемы Simulink-моделей исследуемых систем

201. Рис. П. 1.1. Модель системы с функционально неопределенным объектом

202. Рис. П. 1.2. Модель системы с функционально и параметрически неопределенным объектомм