Повышение эффективности проектирования релейных систем и систем с переменной структурой, имеющих скользящие режимы. Частотный метод анализа автоколебаний и прохождения внешних воздействий через релейную систему (годограф возмущенной релейной системы).
Аннотация к работе
Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность; промышленная безопасность и экология) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Работа выполнена в ГОУ ВПО "Тульский государственный университет" Научный консультант: доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессорВ 60-70-ые годы понятие разрывного управления стало ассоциироваться не только с релейными системами, но и появившимися в то время системами с переменной структурой, а также скользящими режимами, существование которых возможно как в релейных системах, так и в системах с переменной структурой (С. В системах с разрывным управлением возможны такие эффекты как автоколебания, наличие нескольких положений равновесия, скользящие режимы, хаос. Целью работы является повышение эффективности проектирования релейных систем, а также систем с переменной структурой, имеющих скользящие режимы (в том числе скользящие режимы второго порядка), в частности, таких систем как релейные автоколебательные рулевые пневмоприводы, настройщики регуляторов в распределенных системах управления, использующих релейные тесты, и наблюдатели состояния, основанные на скользящих режимах. Разработать метод анализа систем со скользящими режимами второго порядка, имеющих паразитную динамику (динамику датчиков и исполнительных механизмов). релейная система годограф частотный Методы анализа движений, возникающих в системах со скользящими режимами, включая анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений, при наличии паразитной динамики (в виде динамики датчиков и исполнительных механизмов) в системе.Далее рассматриваются релейные системы с постоянным входным сигналом f0 и нелинейностью вида реле с гистерезисом, в которых управление определено следующей зависимостью: , (2) где 2b - гистерезис реле, c - амплитуда (ограничение) реле (рис.1), (предел слева). Показано, что, используя известные формулы для коэффициента гармонической линеаризации реле с гистерезисом , где a - амплитуда, а ? - частота гармонического сигнала на входе реле (амплитуда и частота автоколебаний, если рассматриваются как искомые неизвестные), возможно записать уравнение гармонического баланса для нахождения a и ? как , (3) решив которое, можно найти частоту и амплитуду автоколебаний в релейной системе. Дается определение этой функции как комплексной функции частоты, анализируется связь этой функции со свойствами релейной системы, в частности с параметрами автоколебаний и эквивалентным коэффициентом передачи реле, и рассматриваются методы и алгоритмы вычисления ГВРС. Показано, что условие гармонического баланса (3) с учетом формулы (4) и условия переключения реле в режиме установившихся автоколебаний может быть переписано следующим образом: , (5) где - значение выходной координаты системы в момент времени t=0, соответствующий моменту переключения реле с "-" на " ". Если объект управления релейной системы может быть представлен в виде суммы N нелинейных объектов (параллельное соединение N объектов), описываемых следующими уравнениями: , , , где функции , удовлетворяют условиям нечетной симметричности, и при этом , то ГВРС системы равен сумме N частичных ГВРС, каждый из которых вычислен для системы, у которой объект управления есть i-ый частичный объект , , , (объект 1, объект 2, … объект N), так что J (w) =J1 (w) J2 (w) … JN (w).
План
Основное содержание работыОсновное содержание диссертации изложено в следующих работах
Монографии
1. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, Discontinuous Control Systems: Frequency-Domain Analysis and Design, Boston, Birkhauser, 2009, 212 p.
2. Статьи в периодических изданиях по перечню ВАК
3. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “On the transfer properties of the “generalized suboptimal" second order sliding mode control algorithm,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol.54, No.2, 2009, pp.399-403.
4. Бойко И.М. [Текст] / L. Aguilar, I. Boiko, L. Fridman, R. Iriarte, “Generating self-excited oscillations via two-relay controller," IEEE Trans. Automatic Control, Vol.54, No.2, 2009, pp.416-420.
5. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko “Oscillations and transfer properties of relay servo systems with integrating plants," IEEE Trans. Automatic Control, Vol.53, No.11, 2008, pp.2686-2689.
6. Бойко И.М. [Текст] / I. Castellanos, I. Boiko, L. Fridman, “Parameter identification via modified twisting algorithm”, Internat. J. Control, Vol.81, No.5, 2008, pp.788-796.
7. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, I. Castellanos, L. Fridman, “Analysis of response of second-order sliding mode controllers to external inputs in frequency domain”, Internat. J. Robust and Nonlinear Control, Vol.18, No.4-5, 2008, pp.502-514.
8. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Autotune identification via the locus of a perturbed relay system approach," IEEE Trans. Control Sys. Technology, Vol.16, No.1, 2008, pp.182-185.
9. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, I. Castellanos, L. Fridman, “Describing function analysis of second-order sliding mode observers”, Internat. J. System Science, Vol.38, No.10, 2007, pp.817-824.
10. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “Analysis of chattering in systems with second-order sliding mode," IEEE Trans. Automatic Control, Vol.52, No.11, 2007, pp. 2085-2102.
11. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of closed-loop performance and frequency-domain design of compensating filters for sliding mode control systems,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol.52, No.10, 2007, pp.1882-1891.
12. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “Performance analysis of second-order sliding mode control systems with fast actuators,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol.52, No.6, 2007, pp.1053-1059.
13. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, “Алгоритм самонастройки ПИ регулятора," Изв. Тульского гос. университета. Серия "Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления". Вып.3. Системы управления. Том 1. - Тула, ТУЛГУ, 2006. - С.48-59
14. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko and L. Fridman, “Frequency domain input-output analysis of sliding mode observers,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol.51, No.11, 2006, pp.1798-1803.
15. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, R. Iriarte, A. Pisano, and E. Usai, “Parameter tuning of second-order sliding mode controllers for linear plants with dynamic actuators,” Automatica, Vol.42, No.5, 2006, pp.833 - 839.
16. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko and L. Fridman, “Frequency domain analysis of second order sliding modes" in Advances in Variable Structure and Sliding Mode Control, C. Edwards, E. Fossas, L. Fridman (Eds.), Springer-Verlag, 2006, 411 p.
17. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of sliding modes in the frequency domain”, Internat. J. Control, Vol.78, No.13, 2005, pp.969-981.
18. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko and L. Fridman, “Analysis of chattering in continuous sliding-mode controllers,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol.50, No.9, 2005, pp.1442-1446.
19. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Oscillations and transfer properties of relay servo systems - the locus of a perturbed relay system approach”, Automatica, Vol.41, No.4, 2005, pp.677 - 683.
20. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, and M. Castellanos, “Analysis of second order sliding mode algorithms in the frequency domain," IEEE Trans. Automatic Control, Vol.49, No.6, 2004, pp.946-950.
21. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Frequency domain analysis of fast and slow motions in sliding modes,” Asian Journal of Control, Vol.5, No.4, 2003, pp.445-453.
Публикации в рецензируемых непериодических изданиях
22. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, В.А. Каинов, "Синтез линейных корректирующих устройств в релейной автоколебательной системе управления," Моделирование и оптимизация систем автомат. упр. и их элементов, Тула: ТУЛПИ, 1990, с.31-36.
23. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, В.А. Каинов, "Синтез корректирующих устройств в релейных системах," // Автоматические приводы и системы гидроавтоматики, ЛДНТП, Ленинград, 1989, с. 20-26.
24. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, В.А. Каинов, "Годограф чувствительности релейных систем управления," Моделирование и оптимизация систем автомат. упр. и их элементов, Тула: ТУЛПИ, 1989, с.36-41.
25. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, "Методика синтеза несимметричных допусков на параметры систем управления," Приборы и системы автоматического управления, Тула: ТУЛПИ, 1989, с.22-26.
26. Бойко И.М. [Текст] / И.М. Бойко, В.А. Каинов, "Распределение допусков на параметры пневмо - и гидроприводов," // Новое в проектировании и эксплуатации автоматических приводов и систем гидроавтоматики, ЛДНТП, Ленинград, 1987, с.77-82.
27. Бойко И.М. [Текст] / В.А. Каинов, И.М. Бойко, Чувствительность и точность динамических систем, Тула, 1988, 100с.
28. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of closed-loop performance and frequency-domain design of compensating filters for sliding mode control systems,” in Modern Sliding Mode Control Theory: New Perspectives and Applications (Series: Lecture Notes in Control and Information Sciences), G. Bartolini, L. Fridman, A. Pisano, E. Usai (Eds.), Springer-Verlag, 465 p., 2008.
29. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “A comprehensive analysis of chattering in second order sliding mode control systems,” in Modern Sliding Mode Control Theory: New Perspectives and Applications (Series: Lecture Notes in Control and Information Sciences), G. Bartolini, L. Fridman, A. Pisano, E. Usai (Eds.), Springer-Verlag, 465 p., 2008.
30. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of sliding modes in the frequency domain," in Variable Structure Systems: from Principles to Implementation, A. Sabanovic, L. Fridman, S. Spurgeon (Eds.), IEE, 408 p., 2004.
31. Статьи в изданиях международных конференций
32. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “On convergence rate of second-order sliding mode control algorithms”, in Proc. of the 17th IFAC World Congress IFAC 2008, Seoul, Korea, 2008, pp.491-497.
33. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “On the transfer properties of second-order sliding mode control systems”, in Proc. of the 17th IFAC World Congress IFAC 2008, Seoul, Korea, 2008, pp.3823-3829.
34. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Non-parametric tuning of PID controllers via second-order sliding mode algorithms”, in Proc. of the 17th IFAC World Congress IFAC 2008, Seoul, Korea, 2008, pp.6214-6219.
35. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “On Fractal Nature of Parasitic Dynamics in Sliding Mode Control,” Proc. 2007 American Control Conference, New York, USA, pp.3819-3824.
36. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Dynamical Model of the Claus Process and its Identification," Proc. 2007 American Control Conference, New York, USA, pp.2260-2264.
37. Бойко И.М. [Текст] / L. Aguilar, I. Boiko, L. Fridman, R. Iriarte, “Periodic motion of underactuated mechanical systems self-generated by variable structure controllers: design and experiments”, Proc. 2007 European Control Conference, Kos, Greece, pp.3796-3801.
38. Бойко И.М. [Текст] / I. Castellanos, I. Boiko, L. Fridman, “Parameter identification via second-order sliding modes,” Proc. IEEE 2006 Conference on Decision and Control, San Diego, USA, 2006, pp.1605-1610.
39. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko and L. Fridman, “Frequency domain input-output analysis of sliding mode observers,” Proc. 2006 American Control Conference, Minneapolis, USA, 2006, pp.2628-2633.
40. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, I. Castellanos, and L. Fridman, “Describing function analysis of second-order sliding mode observers,” Proc. 2006 American Control Conference, Minneapolis, USA, 2006, pp.2616-2621.
41. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko and L. Fridman, “Frequency domain analysis of second order sliding modes,” Proc. 2006 American Control Conference, Minneapolis, USA, 2006, pp.5390-5395.
42. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Refinement of periodic solution obtained via describing function method," Proc. 2006 American Control Conference, Minneapolis, USA, 2006, pp.1517-1522.
43. Бойко И.М. [Текст] / L. Aguilar, I. Boiko, L. Fridman, and R. Iriarte, “Output excitation via second-order sliding modes to generate periodic motions for underactuated systems,” 2006 International Workshop on Variable Structure Systems, Alghero, Italy, 2006, pp.359-363.
44. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Frequency-domain design of compensating filters for sliding mode control systems,” 2006 International Workshop on Variable Structure Systems, Alghero, Italy, 2006, pp.322-327.
45. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “On non-reduced-order model of averaged motions in sliding mode control,” 2006 International Workshop on Variable Structure Systems, Alghero, Italy, 2006, pp.316-321.
46. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, I. Castellanos, and L. Fridman, “Analysis of response of second-order sliding mode control systems to external inputs," 2006 Internat. Workshop on Variable Structure Systems, Alghero, Italy, 2006, pp.172-177.
47. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, N. Orani, A. Pisano, and E. Usai, "Oscillations analysis in nonlinear variable-structure systems with second-order sliding-modes and dynamic actuators”, in Proc. of the 16th IFAC World Congress IFAC 2005, Prague, Czechia, 2005.
48. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman and R. Iriarte, “Analysis of chattering in continuous sliding mode control,” in Proc. 2005 American Control Conference, Portland, USA, pp.2439-2444.
49. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “Performance analysis of second-order sliding-mode control systems with fast actuators”, 8th. International Workshop on Variable Structure Systems, September 2004, Spain, Paper No. f-07.
50. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, R. Iriarte, A. Pisano, and E. Usai, “Shaping of chattering in 2-SMC with dynamic actuators”, 8th. International Workshop on Variable Structure Systems, September 2004, Spain, Paper No. f-39.
51. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, E. Usai, and A. Pisano. “Oscillations in feedback control systems with fast actuators driven by the second-order sliding-mode "Suboptimal" algorithm,” 43rd IEEE Conference on Decision and Control, Bahamas, 2004, pp.5285-5290.
52. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, L. Fridman, and R. Iriarte, “Analysis of steady-state behavior of second order sliding mode algorithms," in Proc. 2004 American Control Conference, Boston, USA, pp.632-637.
53. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of modes of oscillations in a relay feedback system," Proc. 2004 American Control Conf., Boston, USA, pp.1253-1258.
54. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Autotune identification via the locus of a perturbed relay system approach," Proc. of 2003 American Control Conference, Denver, CO, USA, 2003, pp.4385-4390.
55. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Analysis of sliding mode control systems in the frequency domain," in Proc. American Control Conf., Denver, CO, USA, 2003, pp.186-191.
56. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Input-output stability analysis of relay servo systems,” Proc. of 2001 American Control Conference, Arlington, VA, USA, 2001, pp.3737-3742.
57. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, “Application of the locus of a perturbed relay system to analysis and design of relay servo systems with nonlinear plants," Proc. of 2001 American Control Conference, Arlington, VA, USA, 2001, pp.1527-1532.
58. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, "Application of the locus of a perturbed relay system to sliding mode relay control design," Proc. of 2000 IEEE International Conference on Control Applications, Anchorage, AK, USA, 2000, pp.542-547.
59. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, "Application of the locus of a perturbed relay system to chattering mode relay control design," Proc. of 2000 American Control Conference, Chicago, IL, USA, 2000, pp.1235-1239.
60. Бойко И.М. [Текст] / I. Boiko, "Input-output analysis of limit cycling relay feedback control systems," Proc. American Control Conf., San Diego, USA, 1999, pp.542-546.
Патенты
61. А. с. № 1444935, H03K 17/60. Переключающее устройство, Бойко И.М., Каинов В.А., Фимушкин В.С., 1987.
62. Патент США № 7035695, G05B 13/02. Метод и устройство для настройки ПИД регулятора, Бойко И. М., 2006.