Параметричний синтез нечіткого регулятора системи автоматичного управління підйомом антенної щогли військових засобів радіозв’язку - Автореферат

Головною особливістю системи автоматичного управління підйомом антенної щогли є те, що антенна щогла під час вертикального підйому є нелінійним нестаціонарним ОУ, що знаходиться під впливом динамічних вітрових навантажень. Використання нечітких регуляторів (НР) дозволяє підвищити динамічну точність та швидкодію систем автоматичного управління нестаціонарними обєктами за рахунок формалізації процесу прийняття рішень на основі нечіткої логіки при кількісних параметрах стану системи. Необхідність вдосконалення систем автоматичного розгортання РРС обумовлює актуальність подальших досліджень у даній предметній області, спрямованих на вирішення наукового завдання, сутність якого полягає у розробці та дослідженні моделі системи автоматичного управління підйомом антенних щогл на основі нечітких регуляторів. Особисто здобувачем розроблено: модель системи автоматичного управління вітростійким підйомом антенної щогли на основі нечіткого регулятора; методика параметричного синтезу нечіткого регулятора; модель нечіткого регулятора, що перестроюється. Мета дисертаційної роботи полягає в підвищенні якості функціонування (зменшенні динамічних похибок і підвищенні швидкодії) систем автоматичного управління підйомом антенних щогл військових засобів радіозвязку.На основі аналізу алгоритмів розгортання антенних щогл рухомих засобів радіорелейного звязку визначено, що якість розгортання антенних щогл та їх часові показники не відповідають сучасним вимогам. Застосування САУ з нечіткими регуляторами для вітростійкого підйому антенних щогл у польових умовах дозволить суттєво скоротити час розгортання (згортання) антенних щогл, зменшити їх вагогабаритні показники та підвищити ефективність їх розгортання за несприятливих умов. На основі диференціального рівняння поперечних коливань антенної щогли розроблено передаточну функцію антенної щогли: G(s)=k[as2 bs c]-1, (7) де a, b, c - коефіцієнти диференціального рівняння коливань антенної щогли. Дана модель складається з наступних блоків: блок імітації вітрового навантаження (Wind), блок імітації зміни швидкості виконавчих механізмів ВМ1-ВМ2 (Speed), блоки регуляторів (Controller1, Controller2), блоки виконавчих механізмів (Vm1, Vm1), датчик вертикальності щогли (Dv), датчик натягу троса (Dn2) і блок обєкта управління - антенна щогла (Mast). Процеси в системі автоматичного регулювання відображаються на індикаторах: In1 - імітація вітрового навантаження Q(t), In2 - зміна швидкості кщ(l) виконавчого механізму ВМ1, Err1 - похибка просторового положення и(t) антенної щогли, Err2 - похибка між швидкістю обертання виконавчого механізму ВМ2 та швидкістю підйому щогли, m1 - керуючий вплив на виході першого регулятора, m2 - керуючий вплив на виході другого регулятора.У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення актуального наукового завдання, сутність якого полягає у розробці та дослідженні моделі системи автоматичного управління підйомом антенних щогл на основі нечітких регуляторів. Головні наукові і практичні результати роботи: математична модель системи автоматичного управління підйомом антенної щогли в умовах вітрових навантажень; методика параметричного синтезу цифрового нечіткого регулятора системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами; математична модель нечіткого регулятора, що перестроюється системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами. Для вирішення наукового завдання використовувались відомі методи теорії аналогових, дискретних та цифрових систем автоматичного управління, зокрема, методи оптимізації, методи перетворення Лапласа і z-перетворення, а також математичний апарат нечіткої логіки та математичне моделювання в інтерактивній системі MATLAB, що дозволило отримати нові наукові результати: 1. Новизна моделі системи автоматичного управління підйомом антенної щогли полягає в тому, що вперше в даній моделі запропоновано модель антенної щогли, яка дозволяє досліджувати залежність динамічної точності та швидкодії САУ від зміни параметрів зовнішнього впливу та параметрів обєкта управління. Удосконалена методика параметричного синтезу цифрового нечіткого регулятора системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами, яка відрізняється від відомих урахуванням зміни параметрів нестаціонарного обєкта управління для синтезу нечіткого регулятора, що перестроюється.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення актуального наукового завдання, сутність якого полягає у розробці та дослідженні моделі системи автоматичного управління підйомом антенних щогл на основі нечітких регуляторів.

Головні наукові і практичні результати роботи: математична модель системи автоматичного управління підйомом антенної щогли в умовах вітрових навантажень; методика параметричного синтезу цифрового нечіткого регулятора системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами; математична модель нечіткого регулятора, що перестроюється системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами.

Для вирішення наукового завдання використовувались відомі методи теорії аналогових, дискретних та цифрових систем автоматичного управління, зокрема, методи оптимізації, методи перетворення Лапласа і z-перетворення, а також математичний апарат нечіткої логіки та математичне моделювання в інтерактивній системі MATLAB, що дозволило отримати нові наукові результати: 1. Розроблена математична модель системи автоматичного управління підйомом антенної щогли, яка враховує динаміку процесів при здійсненні вертикального підйому антенних щогл. Новизна моделі системи автоматичного управління підйомом антенної щогли полягає в тому, що вперше в даній моделі запропоновано модель антенної щогли, яка дозволяє досліджувати залежність динамічної точності та швидкодії САУ від зміни параметрів зовнішнього впливу та параметрів обєкта управління.

2. Удосконалена методика параметричного синтезу цифрового нечіткого регулятора системи автоматичного управління нестаціонарними обєктами, яка відрізняється від відомих урахуванням зміни параметрів нестаціонарного обєкта управління для синтезу нечіткого регулятора, що перестроюється. Методика дозволяє шляхом математичного моделювання замкнутої САУ з нечітким регулятором визначати такі значення параметрів настройки нечіткого регулятора, що є оптимальними з точки зору вибраного критерію якості.

3. Удосконалена модель нечіткого регулятора, що перестроюється. Модель відрізняється від існуючих тим, що залежно від зміни в часі параметрів обєкта управління підстроюються значення оптимальних параметрів настроювання нечіткого регулятора, який забезпечує максимальну динамічну точність та швидкодію в системі управління.

Значення одержаних результатів для науки визначається внеском у теоретичні основи автоматичного управління в частині досліджень застосування нечітких регуляторів для управління нестаціонарними обєктами.

Значення одержаних результатів для практики полягає у: можливості синтезу ефективних систем автоматичного управління підйомом антенних щогл в умовах збурюючих впливів; забезпеченні можливості скорочення часу розгортання рухомих засобів радіорелейного звязку військового призначення.

Кількісна оцінка ефективності використання запропонованої моделі системи автоматичного управління свідчить, що її впровадження дозволить скоротити витрати часу для піднімання антенних щогл до 50% у порівнянні з існуючими системами. Оцінка ефективності удосконаленої методики та моделі нечіткого регулятора показує, що їх впровадження дозволить досягти підвищення точності в системі автоматичного управління на 14-16%.

Таким чином, сукупність отриманих у дисертації нових наукових результатів, їх наукова та практична значимість дозволяють вважати сформульоване наукове завдання вирішеним. Вона дозволяє досягти мети дослідження - підвищення якості функціонування (зменшення динамічних похибок і підвищення швидкодії) систем автоматичного управління підйомом антенних щогл військових засобів радіозвязку

1. Кірянов Д.В., Кунах Н.І. Залежність похибки в системі автоматичного управління від типів функцій приналежності нечіткого регулятора // Вісник Державного університету інформаційно-комунікаційних технологій. - К.: ДУІКТ, 2006. - Вип. №2, том 4. - С. 106-108.

2. Талалаєв В.О., Кірянов Д.В. Типізація людинно-машинних взаємодій в польових телекомунікаційних мережах систем управління // Збірник наукових праць ВІТІ НТУУ “КПІ”. - К.:, ВІТІ НТУУ “КПІ”, 2005. - Вип.1. - С.165-171.

3. Кірянов Д.В. Модель САУ для підйому антенної щогли в умовах вітрових навантажень на основі нечіткого регулятора // Радіоелектронні та компютерні системи. - Х.: “ХАИ”, 2006. - Вип. 7(19). - С. 40-43.

4. Попов С.Л., Дружинин С.В., Кирьянов Д.В. Модель воздействия ветровых нагрузок на антенную мачту // Збірник наукових праць Харківського університету Повітряних Сил ім. І. Кожедуба. - Х.: ХУПС, 2006. - Вип. 1(7). - С. 74-78.

5. Кирьянов Д.В. Методика параметрического синтеза цифрового нечеткого регулятора САУ нестационарными объектами управления // Системи обробки інформації. - Х.: ХУПС, 2006. - Вип. 5(54). - С. 53-57.

6. Горошко О.О., Кірянов Д.В. Стійкість та коливання антенної щогли під дією вітрових навантажень // Вісник Київського університету. Серія: фізико-математичні науки. - К.: КНУ, 2006. - Вип. №2. - С. 65-69.

7. Кірянов Д.В. Модель цифрового нечіткого регулятора САУ нестаціонарними обєктами управління // Системи обробки інформації. - Х.: ХУПС, 2006. - Вип. 6(55). - С. 106-110.

8. Кірянов Д.В., Дружинін С.В. Дослідження моделі САУ нестаціонарними обєктами управління на основі нечіткого регулятора // Системи озброєння і військова техніка. - Х.: ХУПС, 2006. - Вип. 7(56). - С. 15-18.

9. Талалаєв В.О., Кірянов Д.В. Типізація людинно-машинних взаємодій в польових телекомунікаційних мережах систем управління // Проблеми розвитку інформаційних мереж військового призначення: Матеріали ІІ науково-практичного семінару (22 жовтня 2004 р.). - К.: НАОУ, 2005. - С. 246.

10. Кирьянов Д.В. Методика параметрического синтеза цифрового нечеткого регулятора САУ нестационарными объектами управления // Научные проблемы разработки, модернизации и применения информационно-измерительных систем космического и наземного базирования: Материалы XV научно-технической конференции (20 - 21 апреля 2006 г.). - Житомир: ЖВИРЭ, 2006. - С. 101-102.

11. Кірянов Д.В. Вітростійкий підйом антенної щогли рухомих засобів радіозвязку на основі САУ з нечітким регулятором // Телекомунікація-2005: Матеріали ІІ Міжрегіональної науково-практичної конференції (25 жовтня 2005 р.). - Полтава: ПВІЗ, 2005. - С. 32-33.