Кафедра301 Рациональное управление объектами теория и приложения

290

Рисунок 7.58 – Схема моделирования системы обнаружения нештатной ситуации, поиска места нештатной ситуации и вида отказа в сервоприводе 15Л464 в среде

Matlab / Simulink

На рисунке 7.58 изображена схема моделирования системы обнаружения нештатной ситуации, поиска места нештатной ситуации и вида отказа в сервоприводе 15Л464 в среде Matlab / Simulink.

Из результатов работы алгоритма (рисунок 7.58) видно, что при выявлении факта нештатной ситуации, вызванной изменением коэффициента передачи электродвигателя, происходит сигнализация в определенном блоке, далее выполняется поиск места отказа, о чем сигнализирует «1» в соответствующем блоке. По результатам поиска места нештатной ситуации выявляется конкретная причина, вызвавшая нештатную ситуацию. При этом причина находится только в том функциональном элементе, который был определен работой алгоритма по поиску места нештатной ситуации.

Дальнейшее исследование возможности рационального управления сервоприводом 15Л464 связано с решением задачи восстановления работоспособности с помощью моделей и методов, представленных в работах [5, 7].

Выводы

1. Исследования возможностей принципа управления по отклонению показали, что нештатные ситуации в сервоприводе приводят к существенному ухудшению показателей качества позиционирования.

2. Разработаны алгоритмы и машинные программы в среде Simulink / Matlab для решения задач обнаружения, поиска места и установления вида дестабилизации в нелинейной машинной модели сервопривода 15Л464.

3.Проведены серии вычислительных экспериментов на машинных моделях объекта исследования, позволившие выполнить отладку средств моделирования и технологии имитации нештатных ситуаций.

4.Результаты вычислительных экспериментов свидетельствуют о принципиальной возможности проводить оперативное диагностирование функциональных свойств сервопривода 15Л464 с точностью до вида внутренней дестабилизации, вызванной изменением преобразовательных свойств нелинейных функциональных элементов.

5.Исследования на примере сервопривода 15Л464 показали возможность применения принципа управления по диагнозу для решения задач гибкого диагностирования нелинейных систем позиционирования в реальном масштабе времени.

291

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

О, сколько нам открытий чудных Готовит просвещенья дух И опыт, сын ошибок трудных, И гений, парадоксов друг, И случай, бог изобретатель.

А. С. Пушкин (1799 − 1837) − родо-

начальник новой русской литературы

Разработка инструментальных средств приспособления «в большом» при существенных дестабилизирующих воздействиях как внешних, так и внутренних по отношению к объектам автоматического управления не перешла в активную фазу. Первые результаты исследования нового принципа управления по диагнозу

иприменения его в классе автоматических рациональных систем управления свидетельствуют о продуктивности представленного в монографии подхода к адаптации в условиях дестабилизирующих воздействий при использовании линеаризованных описаний преобразовательных свойств объектов автоматического управления. В более подробном описании преобразовательных свойств учтены все степени свободы, а также нелинейные динамические связи и статические нелинейности. В связи с этим открываются новые направления исследований.

Втеоретическом плане − это направление применения лагранжева формализма для более полного описания процессов преобразования энергии и информации в реальных объектах автоматического управления, состоящих из сервоприводов, объектов управления и датчиков, представляющих собой гетерогенное образование. При использовании уравнений Лагранжа второго рода прежде всего необходимо выявить все степени свободы объекта автоматического управления, а затем определить источники движения и затрачиваемую кинетическую энергию. Такие исходные данные позволяют получать математические модели номинального движения объектов автоматического управления, более полно отражающие преобразовательные свойства в штатных режимах функционирования. Дестабилизирующие воздействия как внешние, так

ивнутренние переводят объект автоматического управления в новые, разнообразные нештатные состояния, которые исследовать и описать с помощью лагранжева формализма не представляется практически возможным. Предварительные исследования показали, что в нештатных ситуациях количество

292

степеней свободы не увеличивается и энергетические характеристики существенно не изменяются. Это обстоятельство позволяет перейти к описанию нештатных ситуаций, основываясь на математических моделях номинального движения объектов автоматического управления, и получить соответствующие дестабилизирующим воздействиям диагностические функциональные модели, позволяющие формировать оперативные алгоритмы и программы диагностирования и восстановления работоспособности объектов автоматического управления.

В плане вычислительного эксперимента возможна разработка программного комплекса в среде Matlab / Simulink, позволяющего исследовать нештатные ситуации объектов автоматического управления, изучать механизмы и характер их развития, отрабатывать качество диагностических функциональных моделей, выполнять отладку алгоритмов и программ диагностирования работоспособности. Алгоритмы и программы восстановления работоспособности можно более эффективно разрабатывать с применением такого программного комплекса. Исследование на программном комплексе всей автоматической рациональной системы управления позволяет получить количественные характеристики результатов проектирования и требований к аппаратно-программной реализации рационального управления.

В экспериментальном плане целесообразна разработка макетных образцов автономных объектов, включающих в себя все принципы и инструментальные средства рационального управления. На макетных образцах необходимо предусмотреть возможность имитации в процессе использования по назначению соответствующих дестабилизирующих воздействий записи и передачи информации о процессах диагностирования и восстановления работоспособности. Исследования автоматических рациональных систем управления на макетных образцах автономных объектов различных степеней свободы позволяют повысить степень адекватности моделей, отражающих преобразовательные свойства в штатных и нештатных режимах, увеличить продуктивность инструментальных средств диагностирования и восстановления работоспособности автономных объектов, получить качественные и количественные характеристики рационального управления для доказательства эффективности по сравнению с известными видами управления объектами в условиях событийной неопределённости, обусловленной внешними и внутренними дестабилизирующими воздействиями. Кроме того, экспериментальные исследования дают возможность выявить недостатки инструментальных средств проектирования, сформировать новые задачи рационального управления и определить пути их успешного разрешения.

293

Библиографический список

Кглаве I

1.Kulik, A. Progressive tendencies of unmanned aerial vehicle functions intellectualization / A. Kulik // VI International Scientific Conference “Transport

problems”, Silesian University of Technology, 2014. − P. 379−383.

2. Лученко, О. А. Модели и методы активной отказоустойчивости спутниковых систем ориентации и стабилизации : дис. … канд. техн. наук : 05.13.03 / Лученко Олег Алексеевич. − Харьков, 2012. − 173 с.

3. Кулик, А. С. Концепция активной отказоустойчивости спутниковых систем ориентации и стабилизации / А. С. Кулик // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. − 2009. − № 2 (36). − С. 101−108.

4. Кулик, А. С. Становление и развитие рационального управления объектами в нештатных ситуациях / А. С. Кулик // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. − 2007. − № 5 (24). − С. 8−15.

5.Kulik, A. Formation of Rational Object of Control in Abnormal Mode / A. Kulik // Proc. 15th East-West Fozzy Colloquium, September 17−19, Zittau, German. − 2014. − P. 186−191.

6.Экспериментальная отработка систем управления объектов ракетно-

космической техники :		учеб. пособие	/ А. Н. Батырев, Б. Н. Батырев,
Г. К. Бондарец	и др.;	под общ. ред.	Ю. М. Златкина, В. С. Кривцова,
А. С. Кулика,	В. И. Чумаченко. −		Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т

им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», НПП «Хартрон-Аркос», 2008. −

501 с.	Кулик, А. С.	Основы моделирования систем	:	учеб.	пособие	/
7.
А. С. Кулик. − Харьков : ХАИ, 1998. − 95 с.
8.	Геронимус, Я. Л. Теоретическая механика / Я. Л. Геронимус. − М. :
Наука, 1973. − 512 с.
9.	Яблонский, А.	А. Курс теории колебаний	:	учеб.	пособие	/
А. А. Яблонский, С. С. Норейко. − М. : Высш. шк., 1975. − 248 с.

10.Кулик, А. С. Введение в теорию цифровых систем автоматического управления : учеб. пособие / А. С. Кулик, И. Ю. Дыбская. − Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2007. − 165 с.

11.Перегудов, Ф. И. Введение в системный анализ : учеб. пособие /

Ф. И. Перегудов, Ф. П. Тарасенко. − М. : Высш. шк., 1989. − 367 с. 294

12.Кулик, А. С. Сигнально-параметрическое диагностирование систем управления / А. С. Кулик. − Харьков : Гос. аэрокосм. ун-т «ХАИ», Бизнес-Информ, 2000. − 260 с.

13.Кулик, А. С. Элементы теории рационального управления объектами /

А. С. Кулик. − Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2016. − 255 с.

14. Кулик, А. С. Рациональное управление работоспособностью автономных летательных аппаратов / А. С. Кулик // Проблемы управления и информатики. − 2017. − № 3. − С. 25−39; № 4. − С. 87−104.

Кглаве II

1.Суббота, А. М. Исследование качества ориентации и стабилизации космического аппарата с использованием двигателей-маховиков и магнитных исполнительных органов / А. М. Суббота, В. Ф. Симонов, О. В. Резникова //

Авиационно-космическая техника и технология. − 2013. − № 5. − С. 61−68. 2. Таран, А. Н. Обеспечение активной отказоустойчивости объекта

автоматической ориентации и стабилизации с двигателями-маховиками : дис. … канд. техн. наук : 05.13.03 / Таран Александр Николаевич. − Харьков, 2012. − 175 с.

3. Батаев, В. А. Система стабилизации космического аппарата с электромаховичными управляющими органами : учеб. пособие / В. А. Батаев, А. В. Комков. − Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2003. − 17 с.

4.Кулик, А. С. Сигнально-параметрическое диагностирование систем управления / А. С. Кулик // Бизнес-Информ. − Харьков : ХАИ, 2000. − 260 с.

5.Кулик, А. С. Элементы теории рационального управления объектами /

А. С. Кулик. − Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2016. − 255 с.

6. Кулик, А. С. Рациональное управление работоспособностью автономных летательных аппаратов. Ч. 1 / А. С. Кулик // Проблемы управления и информатики. − 2017. − № 3. − С. 25−38.

7. Кулик, А. С. Становление и развитие рационального управления объектами в нештатных режимах / A. C. Кулик // Радиоэлектронные и компьютерные системы. − 2007. − № 5. − С. 8−15.

295

Кглаве III

1.Лойцянский, Л. Г. Курс теоретической механики. В 2 т. Т. 2. Динамика / Л. Г. Лойцянский, А. И. Лурье. – М. : Наука, 1983. – 640 с.

2.Тарг, С. М. Краткий курс теоретической механики : учебник для втузов /

С. М. Тарг. – М. : Высш. шк., 1986. – 416 с.

3.Добронравов, В. В. Курс теоретической механики : учебник для вузов / В. В. Добронравов, Н. Н. Никитин, А. Л. Дворников. – М. : Высш. шк., 1974. – 528 с.

4.Бать, М. И. Теоретическая механика в примерах и задачах : учеб. пособие

для втузов. В 3 т. Т. 2. Динамика / М. И. Бать, Г. Ю. Джанелидзе,

А. С. Кельзон. – М. : Наука, 1991. – 640 с.

5.ГОСТ 20058-80. Динамика летательных аппаратов в атмосфере. Термины, определения и обозначения. – М. : Изд-во стандартов, 1980. – 54 с.

6.Кулик, А. С. Элементы теории рационального управления объектами / А. С. Кулик. – Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского

«Харьков. авиац. ин-т», 2016. – 255 с.

7. Абраменкова, И. В. MATLAB 5.3.1 с пакетами расширений / И. В. Абраменкова, В. В. Круглов; под ред. В. П. Дьяконова. – М. :

Нолидж, 2001. – 880 с.

Кглаве IV

1.Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / под ред. Б. С. Алешина, К. К. Веремеенко,

А. И. Черноморского. – М. : Физматлиз, 2006. − 424 с.

2.Епифанов, А. Д. Избыточные системы управления летательными аппаратами / А. Д. Епифанов. – М. : Машиностроение, 1978. −144 c.

3.Сбитенькова, М. А. Информационные технологии в инерциальных системах управления и навигации / М. А. Сбитенькова // Тр. IX международного

симпозиума	«Интеллектуальные	системы».	−	М.	:
Русаки. − 2010. − С. 398−402.

4. Дмитриченко, Л. А. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы : учеб. пособие / Л. А. Дмитриченко, В. П. Гора, Г. Ф. Савинов. – М. :

МАИ, 1984. − 62 с.

5. Алешкин, М. В. Совершенствование схем и алгоритмов предварительной обработки информации избыточных блоков инерциальных датчиков : автореф.

296

дис. … канд. техн. наук : 05.13.05 / Алёшкин Михаил Валерьевич. − Саратов, 2009. − 17 с.

6. Кобылкин, Ю. И. Об ориентации осей чувствительности датчиков избыточных бесплатформенных инерциальных систем / Ю. И. Кобылкин, М. Ю. Сосновский // Вестн. МГТУ ГА. − 2013. − № 198. − С. 97−102.

7. Водичева, Л. В. Повышение надежности и точности бесплатформенного инерциального измерительного блока при избыточном количестве измерений / Л. В. Водичева // Гироскопия и навигация. − 1997. − № 1. − С. 55−67.

8. Harrison, J. V. Evaluating sensor orientations for navigation performance and failure detection / J. V. Harrison, E. G. Gai // Transactions on Aerospace and Electronic

Systems. − 1997. − V. 13. − P. 631−643.
9. Dai, X. Optimal sensor fusion	in redundant inertial measurement unit /
X. Dai, L. Zhao // Applied Mechanics	and Materials. − 2013. − V. 433−435. −

P.250–253.

10.Jafari, M. Optimal redundant sensor configuration for accuracy increasing in space inertial navigation system / M. Jafari // Journal Aerospace Science and

Technology. − 2015. − V. 47. − P. 467– 472.

11. Цуцаева, Т. В. Разработка конфигурации бесплатформенного инерциального блока с избыточным количеством чувствительных элементов / Т. В. Цуцаева // Тр. Моск. гос. ун-та леса, 2003. − № 1. − С. 13−18.

12.	Современные информационные технологии в задачах навигации и
наведения беспилотных		маневренных летательных аппаратов /	под.	ред.
М. Н. Красильщикова, Г. Г. Себрякова. – М. : Физматлит, 2009. – 556 с.
13.	Матвеев, В. В. Основы построения бесплатформенных инерциальных
навигационных систем /		В. В. Матвеев, В. Я. Распопов; под.	общ.	ред.

В. Я. Распопова. − СПб. : ГНЦ РФ ОАО «Концерн ЦНИИ «Электроприбор», 2009. − 280 с.

14. Волков, В. Л. Обработка информации в системе ориентации на основе МЭМС / В. Л. Волков, М. В. Жидкова // Тр. Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р. Е. Алексеева, 2015. − №3 (110). − С. 279−286.

15. Жидкова, Н. В. Моделирование бесплатформенной системы ориентации / Н. В. Жидкова, В. Л, Волков // Тр. НГТУ Нижний Новгород, 2014. − № 106. − С. 125–132.

16. Лазарев, Ю. Ф. Розроблення і моделювання алгоритмів безплатформової системи орієнтації / Ю. Ф. Лазарев, Я. Г. Бобровицька. – Київ, 2006. – 135 с.

297

17. Кулик, А. С. Элементы теории рационального управления объектами / А. С. Кулик. – Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2016. − 255 с.

18.Мелешко, В. В. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы : учеб. пособие / В. В. Мелешко, О. И. Нестеренко. − Кировоград : ПОЛИМЕД-Сервис, 2011. – 172 с.

19.Кулик, А. С. Стендовое компьютерное диагностирование блока

гироскопических датчиков: учеб. пособие / А. С. Кулик, А. П. Козий, Н. П. Отраднова. − Харьков : ХАИ, 1995. – 63 с.

20. Разинькова, Н. П. Обеспечение отказоустойчивости гироскопических измерителей угловых положений беспилотных самолетов : дис. … канд. техн. наук : 05.13.06 / Разинькова Наталья Петровна. – Харьков, 1998. − 164 с.

Кглаве V

1.Кулик, А. С. Стендовое компьютерное диагностирование блока гироскопических датчиков : учеб. пособие по лаб. практикуму / А. С. Кулик,

А. П. Козий, Н. П. Отраднова. – Харьков : ХАИ, 1995. − 63 с.

2.Stengel, R. F. Intelligent Failure-Tolerant Control / F. Stengel // IEEE Control Systems. – June, 1991. – Р. 14−23.

3.Koziy, A. P. Systems Fault-Tolerance Support for a Gyroscopic-Sensor Unit / A. P. Koziy, A. S. Kulik // Engineering Simulation. – 1996. – V. 13. − P. 955−966.

4. Software Engineering of Fault Tolerant Systems / P. Pelliccione, H. Muccini, N. Guelfi, A. Romanovsky // Series on Software

Engineering and	Knowledge Engineering // ed.		World	Scientific.		−	2007.	–
V. 19. − P. 292
5. Diagnosis	and Fault-Tolerant Control	/	M.	Blanke,	M.		Kinnaert,
J. Lunze, M, Staroswiecki // ed. Springer, 2nd Edition. – 2006.
6. Koren, I.	Fault-Tolerant Systems /	I.	Koren, C.		M.	Krishna		//
ed. Elsevier. – 2007. − P. 400.

7.Durcard, J. J. Fault-Tolerant Flight Control and Guidance Systems / Guillaume J. J. Durcard // ed. Springer-Verlag London Limited. – 2009. − P. 265.

8.Chen, J. An LMI approach to fault tolerant control of uncertain systems / J. Chen, R.J. Patton, Z. Chen // IEEE ISIC/CIRA/ISAS Joint Conference. –

Gaithersburg (USA). – 1998. – P. 175−180.

9. Кулик, А. С. Элементы теории рационального управления объектами / 298

А. С. Кулик.	– Харьков :	Нац. аэрокосм. ун-т	им. Н. Е.	Жуковского
«Харьков. авиац. ин-т», 2016. – 255 с.
10. The	Andes physics	tutoring system	: Lessons	learned /

K. VanLehn, C. Lynch, K. Schultz, J. A. Shapiro, R. H. Shelby, L. Taylor //

International Journal of	Artificial	Intelligence	in	Education.	–	2005. –
V. 15 (3). − P. 147−204.
11. Beck, J. Using	a learning	agent with	a	student model	/	J. Beck,

B. P. Woolf // Proceedings of Fourth International Conference on Intelligent Tutoring Systems. − 1998. – P. 6–15.

12.VanLehn, K. The Behavior of Tutoring Systems / K. VanLehn // International Journal of Artificial Intelligence in Education. – 2006. – V. 16. − Issue 3. − P. 227–265.

13.Harp, S. A. Modelling Student Knowledge With Self-Organizing Feature Maps / S. A. Harp, T. Samad, M. Villano // IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics. – 1995. – V. 25. – (5), P. 727–737.

14.Eliot, C. R. An adaptive student-centered curriculum for an Intelligent Tutoring System / C. R. Eliot, B. P. Woolf // Intelligent Tutoring Systems : Third

International Conference. −1995. − V. 5(1). − P. 67–86.

15.Russell, S. Artificial Intelligence A Modern Approach / Stuart Russell, Peter Norvig // 3rd ed. Prentice Hall. − 2010. − Р. 1133.

16.Чухрай, А. Г. Методология обучения алгоритмам / А. Г. Чухрай. – Харьков : Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьков. авиац. ин-т», 2017. – 336 с.

Кглаве VI

1.Кулик, А. С. Применение технического зрения в системе управления мобильного шагающего робота / А. С. Кулик, А. Н. Радомский //

Электротехнические и компьютерные системы. − 2017. – № 25(101). –

С. 347−356.

2. Дергачёв, К. Ю. Методы локальной навигации роботов на основе технического зрения / К. Ю. Дергачёв, Л. А. Краснов, А. Н. Радомский // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. – 2017. – № 4(84). – С. 295–300.

299