ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

UDK 629.5

Технічна механіка, 2024, 3, 22- 34

СИНТЕЗ ПАРАМЕТРИЧНО РОБАСТНОГО КОНТРОЛЕРА З РОЗШИРЕНИМ СПОСТЕРІГАЧЕМ СТАНУ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2024.03.022

Хорошилов С. В., Ван Чанцін.

Хорошилов С. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Ван Чанцін.
Школа автоматизації, Північно-Західний політехнічний університет,
Китай

      Розглянуто завдання керування параметрично-невизначеною динамічною системою з використанням спостерігача розширеного вектора стану. Система керування побудована за двоконтурною схемою, де зовнішній контур забезпечує виконання обраного критерію керування вектором стану, а внутрішній контур реалізує компенсацію або зменшення впливу сумарного вектора еквівалентного збурення.
      Метою дослідження є розробка процедури синтезу спостерігача розширеного вектора стану з урахуванням параметричної невизначеності об'єкта керування та вимог до замкнутого контуру комбінованої системи керування, заданих у частотній області.
      Під час проведення досліджень використано методи теорії керування, робастного керування та комп'ютерного моделювання.
      Вплив параметричної невизначеності об'єкта керування на його керований рух представлений як структуроване збурення, що описується у формі блочно-діагональної матриці. Поняття структурованих сингулярних чисел використано при визначенні міри робастности системи.
      З використанням методології оптимізації структурованих сингулярних чисел запропонована процедура синтезу спостерігача розширеного вектора стану при розгляді замкнутого контуру комбінованої системи керування з урахуванням параметричної невизначеності її математичної моделі. Вимоги, що забезпечують задану якість та стійкість замкнутого контуру системи керування з урахуванням спектральних властивостей збурень та перешкод вимірювачів, сформульовано в частотній області з використанням частотно-залежних вагових функцій. Для синтезу комбінованих регуляторів з урахуванням мінімізації структурованих сингулярних чисел розроблено алгоритм D-G-L-K ітерацій. Ефективність запропонованого підходу проілюстрована чисельним прикладом. Наведено рекомендації щодо синтезу параметрично робастних комбінованих регуляторів.
      Практична цінність отриманих результатів полягає в тому, що розроблена процедура дозволяє зменшити консерватизм робастних комбінованих систем керування та, як наслідок, підвищити якість керування у випадку параметричної невизначеності об'єкта керування.
     

спостерігач розширеного вектора стану, параметрична невизначеність, робастність, структуроване сингулярне число

1.Khoroshylov S., Martyniuk S., Sushko O., at al. Dynamics and attitude control of space-based synthetic aperture radar. Nonlinear Engineering. 2023. Vol. 12 (1). 20220277. https://doi.org/10.1515/nleng-2022-0277

2.Хорошилов С. В. Синтез робастного регулятора системи керування "пастуха з іонним променем". Технічна механіка. 2017. No 1. С. 26–39. https://doi.org/10.15407/itm2017.01.026

3.Wu Z., Zhou H., Guo B. et al. Review and new theoretical perspectives on active disturbance rejection control for uncertain finite-dimensional and infinite-dimensional systems. Nonlinear Dyn. 2020. Vol. 101, Pр. 935–959. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05845-7

4.Chen Z. Active Disturbance Rejection Control of Second-Order Nonlinear Uncertain Systems with Guaranteed Transient and Steady State Tracking Error Bounds. J Syst Sci Complex. 2022. Vol. 35. Pр. 1293–1309. https://doi.org/10.1007/s11424-022-1010-2

5.Su Z., Sun L., Xue W., Lee K. A review on active disturbance rejection control of power generation systems: Fundamentals, tunings and practices, Control Engineering Practice. 2023. Vol. 141. 105716. https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2023.105716

6.Zhang Xiaoy., Zhang Xiaoc., Xue W., Xin B. An overview on recent progress of extended state observers for uncertain systems: Methods, theory and applications. Adv Control Appl. 2021. 3:e89. https://doi.org/10.1002/adc2.89

7.Yang X. Capabilities of Extended State Observer for Estimating Uncertainties. Proceeding of the American Control Conference. 2009. Pр. 3700–3705. https://doi.org/10.1109/ACC.2009.5160642

8.Gao Z. Active Disturbance Rejection Control: a Paradigm Shift in Feedback Control System Design. Proceeding of the American Control Conference. 2006. Pр. 239–2405.

9.Ran M., Li J., Xie L. A new extended state observer for uncertain nonlinear systems. Automatica. 2021. Vol. 131. 109772. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2021.109772

10.Li Y., Tan P., Liu J., Chen Z. A Super-Twisting Extended State Observer for Nonlinear Systems. Mathematics. 2022. Vol. 10(19):3584. https://doi.org/10.3390/math10193584

11.Zhang Y., Chen Z., Sun M. Trajectory tracking control for a quadrotor unmanned aerial vehicle based on dynamic surface active disturbance rejection control. Trans. Inst. Meas. Control. 2020. Vol. 42. Pр. 2198–2205. https://doi.org/10.1177/0142331220909003

12.Liu J., Sun M., Chen Z., Sun Q. Super-twisting sliding mode control for aircraft at high angle of attack based on finite-time extended state observer. Int. J. Control. 2020. Vol. 99. Pр. 2785–2799. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05481-1

13.Хорошилов С. В. Синтез спостерігача розширеного вектора стану з урахуванням заданих у частотній області вимог до замкнутого контуру системи керування. Технічна механіка. 2016. No 1. С. 11–25.

14.Schrijver E., Van Dijk J. Disturbance Observers for Rigid Mechanical Systems: Equivalence, Stability, and Designю. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control. 2002. Vol. 124. Pр. 539–548. https://doi.org/10.1115/1.1513570

15.Doyle J. C. Analysis of feedback systems with structured uncertainties. IEE Proc. Part D. 1982. Pр. 242–250. https://doi.org/10.1049/ip-d.1982.0053

16.Stein G., Doyle J. Beyond singular values and loopshapes. AIAA Journal of Guidance and Control. 1991. Vol. 14 (1) Pр. 5–16. https://doi.org/10.2514/3.20598

17.Balas G., Chiang R., Packard A., Safonov M. MATLAB Robust Control Toolbox 3, User’s Guide. Natick, MA: The MathWorks, 2009. 182 pр.

18.Young P. M. Controller design with mixed uncertainties. American Control Conference. 1994. Vol. 2. Pр. 2333–2337. https://doi.org/10.1109/ACC.1994.752496

19.Zhang Y., Chen Z., Sun M. Trajectory tracking control for a quadrotor unmanned aerial vehicle based on dynamic surface active disturbance rejection control. Trans. Inst. Meas. Control. 2020. Vol. 42. Pр. 2198–2205. https://doi.org/10.1177/0142331220909003

20.Liu J., Sun M., Chen Z., Sun Q. Super-twisting sliding mode control for aircraft at high angle of attack based on finite-time extended state observer. Int. J. Control. 2020. Vol. 99. Pр. 2785–2799. https://doi.org/10.1007/s11071-020-05481-1

Copyright (©) 2024 Хорошилов С. В., Ван Чанцін.

Copyright © 2014-2024 Технічна механіка