RU2302028C1 - Method for controlling dynamic objects - Google Patents
Method for controlling dynamic objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2302028C1 RU2302028C1 RU2005128788/09A RU2005128788A RU2302028C1 RU 2302028 C1 RU2302028 C1 RU 2302028C1 RU 2005128788/09 A RU2005128788/09 A RU 2005128788/09A RU 2005128788 A RU2005128788 A RU 2005128788A RU 2302028 C1 RU2302028 C1 RU 2302028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- vector
- dynamic
- trajectory
- signals
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области автоматического управления динамическими объектами, в частности летательными аппаратами.The claimed invention relates to the field of automatic control of dynamic objects, in particular aircraft.
Известен способ управления динамическими объектами [Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. - М.: Наука, 1978, с.225-226], заключающийся в том, что по известным координатам состояния объекта определяют величину ошибки, равную разности между заданными входными координатами и соответствующими текущими координатами объекта. Команды управления объектом формируются в соответствии с величинами ошибки и коэффициентов пропорциональности, которые вычисляются на основе решения уравнения Риккати.A known method of controlling dynamic objects [Roitenberg Y.N. Automatic control. - M .: Nauka, 1978, p.225-226], which consists in the fact that the known coordinates of the state of the object determine the magnitude of the error, equal to the difference between the given input coordinates and the corresponding current coordinates of the object. Object control commands are formed in accordance with the error values and proportionality coefficients, which are calculated based on the solution of the Riccati equation.
Недостатком указанного способа управления является невозможность обеспечить в полной мере заданные требования по качеству и устойчивости управления в условиях неконтролируемых возмущений, особенно линейными нестационарными и нелинейными объектами.The disadvantage of this control method is the inability to fully provide the specified requirements for the quality and stability of control in the conditions of uncontrolled disturbances, especially linear non-stationary and non-linear objects.
Наиболее близким к заявляемому является способ управления динамическими объектами [Крутько П.Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления. - М.: Машиностроение, 2004, с.44-46], заключающийся в определении текущих координат объекта, формировании по разности между измеренными и заданными значениями управляемых координат сигнала управления таким образом, чтобы при увеличении коэффициента усиления регулятора в прямой цепи управления замкнутой системы обеспечивалось асимптотическое приближение траектории движения управляемого объекта к желаемой траектории.Closest to the claimed is a method of controlling dynamic objects [Krutko PD Inverse problems of dynamics in the theory of automatic control. - M .: Mashinostroenie, 2004, p.44-46], which consists in determining the current coordinates of the object, the formation of the difference between the measured and predetermined values of the controlled coordinates of the control signal so that when the gain of the regulator in the direct control circuit of a closed system is ensured asymptotic approximation of the trajectory of the controlled object to the desired trajectory.
Недостатками известного способа управления являются следующие:The disadvantages of this method of control are as follows:
- ограничение класса реализуемых заданных траекторий движения объекта только экспоненциальным классом траекторий;- restriction of the class of realized given trajectories of the object to only the exponential class of trajectories;
- свойства замкнутой системы управления зависят от функциональных особенностей и инерционных характеристик объекта, требуемые свойства достигаются только в асимптотическом режиме работы регулятора.- the properties of a closed control system depend on the functional features and inertial characteristics of the object, the required properties are achieved only in the asymptotic mode of operation of the controller.
Задачей изобретения является обеспечение возможности реализации произвольно заданных непрерывных траекторий движения объекта с учетом его динамических свойств, компенсации возможных отклонений текущей траектории от заданной из-за действия неконтролируемых возмущений объекта, а также обеспечение требований по качеству управления (перерегулирование, время регулирования) и устойчивости, предъявляемых к замкнутой системе, реализующей способ управления.The objective of the invention is the ability to implement arbitrarily defined continuous trajectories of the object, taking into account its dynamic properties, compensation for possible deviations of the current trajectory from the set due to the action of uncontrolled disturbances of the object, as well as providing requirements for control quality (overshoot, regulation time) and stability to a closed system that implements a control method.
Выполнение поставленной задачи достигается тем, что согласно предлагаемому способу управления динамическими объектами, предусматривающему определение текущих координат объекта и сравнение их с заданными значениями, определяют вектор состояния динамического объекта как решение уравненияThe fulfillment of this task is achieved by the fact that according to the proposed method for controlling dynamic objects, which involves determining the current coordinates of the object and comparing them with the given values, they determine the state vector of the dynamic object as a solution to the equation
у(t)=f(у,u,а),y (t) = f (y, u, a),
где у(t) - вектор состояния размерности n;where y (t) is the state vector of dimension n;
f(·) - известная векторная функция, непрерывно дифференцируемая требуемое число раз по своим аргументам;f (·) is a well-known vector function, continuously differentiated the required number of times in its arguments;
u - вектор управления размерности k≤n;u is a control vector of dimension k≤n;
а - известные параметры объекта управления;a - known parameters of the control object;
и на основании полученных сигналов, соответствующих элементам состояния объекта, и сигналов заданных значений, соответствующих элементам заданной траектории, формируют сигнал, соответствующий вектору управления, таким образом, чтобы функционал качестваand based on the received signals corresponding to the state elements of the object and the signals of the set values corresponding to the elements of the given path, a signal corresponding to the control vector is formed, so that the quality functional
J=Q(у, u, t, уз),J = Q (y, u, t, y s ),
где Q - положительно определенная скалярная функция;where Q is a positive definite scalar function;
t - текущий момент реального времени;t is the current instant of real time;
уз - вектор заданной траектории движения размерности k;y s is the vector of a given trajectory of motion of dimension k;
принимал экстремальное значение при дополнительно введенном ограничении в форме векторного дифференциального уравненияassumed an extreme value with an additional restriction introduced in the form of a vector differential equation
φ(F(k), F(k-1), ... F(j), ..., F, λ)=0,φ (F (k) , F (k-1) , ... F (j) , ..., F, λ) = 0,
где φ(·) - вектор-функция заданного вида, которая устанавливает требования к устойчивости поведения объекта относительно заданной траектории движения;where φ (·) is a vector function of a given type, which establishes requirements for the stability of the behavior of an object relative to a given path of movement;
где F - вектор-функция отклонений от заданной траектории;where F is the vector function of deviations from a given trajectory;
F(j) - производная j-го порядка;F (j) is the jth order derivative;
j=1, 2, ..., k;j = 1, 2, ..., k;
λ - параметры, представляющие собой постоянные числа, обеспечивающие заданные динамические свойства замкнутой системе управления;λ - parameters representing constant numbers providing specified dynamic properties of a closed-loop control system;
причем структуру вектора управленияmoreover, the structure of the control vector
u=u(λ, у, уз, а)u = u (λ, y, y s , a)
определяют путем решения уравнения ограничений в видеdetermined by solving the constraint equation in the form
Ψ(u(k), u(k-l), ... u, y, уз, а)=0,Ψ (u (k) , u (kl) , ... u, y, у З , а) = 0,
где ψ(·) - вектор-функция, обратная функции φ(·) относительно искомого вектора управления u;where ψ (·) is the vector function inverse to the function φ (·) with respect to the desired control vector u;
а параметры λ найденного таким образом вектора управления определяют процедурой оптимизации функционала качества J относительно параметров λ на каждом интервале времени, соответствующем циклу управления.and the parameters λ of the control vector found in this way are determined by the optimization procedure of the quality functional J with respect to the parameters λ at each time interval corresponding to the control cycle.
На чертеже представлена блок-схема замкнутой системы, реализующей заявляемый способ.The drawing shows a block diagram of a closed system that implements the inventive method.
Система включает в себя динамический объект 1 управления, формирователь 2 заданной траектории 2, формирователь 3 ограничения, вычислительный блок 4 и блок 5 оптимизации. Выход объекта 1 соединен с первым входом формирователя 3 ограничения, второй вход которого соединен с выходом формирователя 2 заданной траектории, третий вход соединен с выходом блока 5 оптимизации, а выход подключен к входу вычислительного блока 4. Выход вычислительного блока 4 подключен к первому входу блока 5 оптимизации, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами формирователя 2 заданной траектории и объекта 1, и к входу объекта 1 управления.The system includes a dynamic control object 1, a shaper 2 of a given path 2, a shaper 3 constraints, a computing unit 4 and an optimization unit 5. The output of object 1 is connected to the first input of the constraint driver 3, the second input of which is connected to the output of the driver 2 of a given path, the third input is connected to the output of the optimization unit 5, and the output is connected to the input of the computing unit 4. The output of the computing unit 4 is connected to the first input of the block 5 optimization, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the shaper 2 of a given path and object 1, and to the input of the control object 1.
Способ реализуют следующим циклом функционирования системы. Сигналы, соответствующие элементам вектора состояния у(t) объекта 1, поступают в формирователь 3 ограничения вместе с сигналами, соответствующими элементам вектора у3 заданной траектории из формирователя 2 и сигналами, соответствующими параметрам λ из блока 5 оптимизации, где формируется ограничение на поведение векторной функции F. В вычислительном блоке 4 определяется вектор управления и путем разрешения уравнения ψ(·)=0 относительно искомого вектора и и его k первых производных. В блоке оптимизации 5 на каждом интервале времени, соответствующем циклу управления, осуществляется уточнение параметров λ для обеспечения экстремума функционала J, задающего требования к качеству управления объектом 1. Уточненные параметры λ поступают в формирователь 3 ограничения. Затем цикл процесса управления повторяют, выполняя на каждом его шаге указанную последовательность действий.The method is implemented by the following system operation cycle. The signals corresponding to the elements of the state vector y (t) of the object 1 are supplied to the constraint generator 3 together with the signals corresponding to the elements of the vector 3 of the given path from the generator 2 and the signals corresponding to the parameters λ from the optimization block 5, where a restriction on the behavior of the vector function is generated F. In the computing unit 4, the control vector is determined by solving the equation ψ (·) = 0 with respect to the desired vector and its k first derivatives. In the optimization block 5, at each time interval corresponding to the control cycle, the parameters λ are refined to ensure the extremum of the functional J that defines the requirements for the quality of control of object 1. The refined parameters λ go to the constraint generator 3. Then the cycle of the control process is repeated, performing at each step the specified sequence of actions.
Предлагаемый способ управления динамическими объектами обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества:The proposed method for managing dynamic objects provides the following advantages compared to the prototype:
- замкнутой системе управления обеспечиваются заданные свойства по качеству управления для любых непрерывных заданных траекторий;- a closed-loop control system provides specified properties for the quality of control for any continuous given trajectories;
- непосредственный учет структуры объекта и его параметров в законе управления делает систему управления адаптивной к изменению их значений;- direct accounting of the structure of the object and its parameters in the control law makes the control system adaptive to changes in their values;
- обеспечиваются заданные требования устойчивости объекта по всем управляемым координатам.- the specified requirements for the stability of the object are ensured for all controlled coordinates.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128788/09A RU2302028C1 (en) | 2005-09-19 | 2005-09-19 | Method for controlling dynamic objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005128788/09A RU2302028C1 (en) | 2005-09-19 | 2005-09-19 | Method for controlling dynamic objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005128788A RU2005128788A (en) | 2007-03-27 |
| RU2302028C1 true RU2302028C1 (en) | 2007-06-27 |
Family
ID=37998782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005128788/09A RU2302028C1 (en) | 2005-09-19 | 2005-09-19 | Method for controlling dynamic objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2302028C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445670C1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-03-20 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) | Method of controlling movement of dynamic object on space trajectory |
-
2005
- 2005-09-19 RU RU2005128788/09A patent/RU2302028C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2445670C1 (en) * | 2010-07-06 | 2012-03-20 | Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИАПУ ДВО РАН) | Method of controlling movement of dynamic object on space trajectory |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005128788A (en) | 2007-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2105810A2 (en) | Apparatus and method for controlling a system | |
| Jiang et al. | Robust adaptive dynamic programming | |
| CN110955143B (en) | Compound control method for first-order inertia pure lag process | |
| JPH04259004A (en) | Method for feedback control and tuning apparatus | |
| CN101114166A (en) | Contour outline control method for complicated track | |
| Yang et al. | Control of nonaffine nonlinear discrete-time systems using reinforcement-learning-based linearly parameterized neural networks | |
| Radac et al. | Three-level hierarchical model-free learning approach to trajectory tracking control | |
| GB2603064A (en) | Improved machine learning for technical systems | |
| Kannan et al. | Two-degree of freedom PID controller in time delay system using hybrid controller model | |
| Jagannathan et al. | Neural-network-based state feedback control of a nonlinear discrete-time system in nonstrict feedback form | |
| Nešić et al. | A systematic approach to extremum seeking based on parameter estimation | |
| CN111930010A (en) | LSTM network-based general MFA controller design method | |
| US6768927B2 (en) | Control system | |
| RU2302028C1 (en) | Method for controlling dynamic objects | |
| Kokunko et al. | Cascade synthesis of differentiators with piecewise linear correction signals | |
| CN111240201B (en) | Disturbance suppression control method | |
| JP3362053B2 (en) | Device for controlling automobile actuators | |
| Engin et al. | Auto-tuning of PID parameters with programmable logic controller | |
| Douratsos et al. | Neural network based model reference adaptive control for processes with time delay | |
| JPWO2008018496A1 (en) | Control method and control apparatus | |
| Barth et al. | Indirect adaptive control for higher order sliding mode | |
| Chakraborty et al. | Control of an uncertain nonlinear system with known time-varying input delays with arbitrary delay rates | |
| JPH09146610A (en) | Multivariable nonlinear process controller | |
| CN112327604A (en) | Feedforward compensation expected dynamic PI and PID control method | |
| Cuong et al. | An adaptive LQG combined with the MRAS-based LFFC for motion control systems |