WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Бойко Игорь Михайлович

ЧАСТОТНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ С РАЗРЫВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации (промышленность; промышленная безопасность и экология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тула 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный консультант:                        доктор технических наук, профессор

                                               Грязев Михаил Васильевич

Официальные оппоненты:        доктор технических наук, профессор

Краснова Светлана Анатольевна;

доктор технических наук

Мозжечков Владимир Анатольевич;

доктор технических наук, профессор

Тупиков Николай Григорьевич

Ведущая организация –                ГУП «Конструкторское бюро

приборостроения», г. Тула

Защита состоится  «15» декабря 2009 года  в «14.00» часов
на заседании диссертационного совета Д 212.271.05  при  ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, г. Тула, проспект им. Ленина, 92,
9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета

Автореферат разослан «__» __________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

В.М. Панарин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Системы с разрывным управлением находят самое широкое применение во всех областях техники. В первую очередь это релейные системы, которые благодаря своей простоте используются в виде многочисленных регуляторов с двухпозиционным управлением («включено/выключено»). Развитие теории релейных систем в 40-50-ые годы связано главным образом с появлением конструкций релейных рулевых приводов (L. Maccoll, H. Bilharz, I. Flugge-Lotz) и вибрационных регуляторов напряжения (Л. Гольдфарб). Позднее появился ряд работ по теории релейных систем, в которых были предложены различные подходы к анализу периодических движений и их устойчивости: частотные методы (Я. Цыпкин, B. Hamel), матричный метод (П. Бромберг), метод, использующий z-преобразование (E. Jury), метод анализа в пространстве состояний (D. Atherton, K. Astrom), метод конечно-разностных операторов (Г. Поспелов). Также были разработаны и методы синтеза релейных систем - синтез в пространстве состояний (Н. Фалдин). Кроме того, для анализа и проектирования релейных систем широко используется приближенный метод гармонической линеаризации (Е. Попов). В 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. Емельянов, В. Уткин).

Несмотря на простоту принципа действия (в особенности релейных систем), динамика систем с разрывным управлением значительно сложнее динамики линейных систем. В системах с разрывным управлением возможны такие эффекты как автоколебания, наличие нескольких положений равновесия, скользящие режимы, хаос. В силу этого существует несколько различных теорий, отражающих те или иные теоретические или практические аспекты анализа и синтеза таких систем. В то же время можно отметить, что проблеме анализа и синтеза таких систем с учетом их реакции на внешние управляющие и возмущающие воздействия, уделено значительно меньшее внимание в исследованиях и публикациях, чем проблеме анализа автономных движений. Это в еще большей степени относится к теории систем со скользящими режимами. Подавляющее большинство публикаций, посвященных этой теме (за некоторыми исключениями, основывающимися на отличающихся от настоящей работы подходах), затрагивает только так называемые идеальные скользящие режимы, реализуемые как переключения управления с бесконечно высокой частотой, и в основном автономные режимы работы. При использовании методов, ориентированных на  идеальные скользящие режимы (если поверхность переключения при этом формируется с учетом всех компонент вектора состояния), анализ системы как следящей оказывается невозможным, поскольку слежение в такой системе имеет идеальную точность. В то же время известно, что на практике точность систем не идеальна. Поэтому построение модели, учитывающей причины этой неидеальности, и соответствующих методов анализа и синтеза очень важно для практики проектирования таких систем.

Появление теории так называемых скользящих режимов высокого и в частности второго порядка (А. Левант, G. Bartolini, Л. Фридман)  – теории, которая активно развивается в последнее десятилетие – ставит новые научные проблемы как в плане развития частотных методов анализа и синтеза, так и в приложениях этой теории. Предложенные как средство устранения высокочастотных вибраций, присущих обычным скользящим режимам, разработанные алгоритмы реализации скользящих режимов высокого (в частности второго) порядка поставили новые вопросы (на которые, в частности, призвана ответить настоящая работа) – действительно ли они позволяют устранить высокочастотные вибрации, и дают ли они преимущества перед обычными скользящими режимами в плане динамики осредненных движений. Ответы на эти вопросы могут быть получены путем создания частотных методов анализа скользящих режимов второго порядка.

Таким образом, создание частотной теории систем с разрывным управлением помогло бы решить многие теоретические проблемы, а также породить целый ряд методов и методик анализа и синтеза систем с разрывным управлением в различных областях техники, включая усовершенствование существующих методов проектирования вышеперечисленных систем.

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.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать частотный метод анализа автоколебаний и прохождения внешних воздействий через релейную систему, основанный на предложенной автором новой частотной характеристике (названной годографом возмущенной релейной системы - ГВРС).
  2. Получить аналитические зависимости для ГВРС, связывающие его с моделью системы, и методы его расчета.
  3. Разработать метод анализа систем со скользящими режимами, имеющих паразитную динамику (динамику датчиков и исполнительных механизмов).
  4. Разработать метод анализа систем со скользящими режимами второго порядка, имеющих паразитную динамику (динамику датчиков и исполнительных механизмов).
  5. Разработать метод синтеза корректирующих устройств в релейных автоколебательных рулевых пневмоприводах.
  6. Разработать методы идентификации динамики технологических процессов и проектирования (настройки) пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторов в распределенных системах управления технологическими процессами, основанные на релейных тестах с обратной связью.
  7. Разработать метод анализа динамической и параметрической точности наблюдателей состояния, основанных на скользящих режимах.

Методы исследования. Проблема, поставленная в работе, решалась теоретически и экспериментально. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории колебаний, теории автоматического управления, методов математического и компьютерного моделирования, дифференциального и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием промышленного оборудования (распределенных систем управления Honeywell Experion PKS и Honeywell TPS) и современных измерительных средств.

Объектом исследования в настоящей работе являются частотные методы анализа и проектирования широкого класса систем с разрывным управлением и, в частности, методы проектирования релейных автоколебательных пневмоприводов, программ-настройщиков ПИД регуляторов в распределенных системах управления и наблюдателей состояния на скользящих режимах.

Научная новизна заключается в разработке частотных методов анализа и синтеза систем с разрывным управлением, в совокупности составляющих частотную теорию систем с разрывным управлением, а также приложений этой теории к задачам анализа и синтеза систем.

Автор защищает следующие новые результаты:

  1. Частотный метод анализа автоколебаний и прохождения внешних управляющих и возмущающих воздействий через релейную систему, основанный на предложенной автором новой частотной характеристике  - ГВРС. Связь свойств ГВРС с возможностью существования автоколебаний, параметрами автоколебаний, параметрами осредненных движений, возможностью существования скользящих режимов, астатизмом системы, индексом передаточной функции объекта управления. Условия локальной орбитальной устойчивости возможных периодических решений.
  2. Методы расчета ГВРС для различных видов описания систем (матрично-векторное, передаточная функция, разложение на простые дроби) и различных типов систем (линейные и некоторые нелинейные, статические и астатические, с запаздыванием), включая аналитические зависимости, алгоритмы и программное обеспечение для вычисления ГВРС.
  3. 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. Адаптацию метода ГВРС для анализа скользящих режимов в системах с переменной структурой (при отличном от релейного управлении).
  4. Методы анализа движений, возникающих в системах со скользящими режимами второго порядка, включая анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений, при наличии паразитной динамики (в виде динамики датчиков и исполнительных механизмов) в системе.
  5. Метод синтеза корректирующих устройств в релейных автоколебательных рулевых пневмоприводах, основанный на целенаправленном изменении формы ГВРС пневмопривода путем введения соответствующих корректирующих устройств.
  6. Метод идентификации динамики объектов управления, а также «параметрический» и «непараметрический» методы проектирования (настройки) ПИД регуляторов в распределенных системах управления технологическими процессами, основанные на применении двух вариантов релейного теста с обратной связью.
  7. Метод анализа динамической и параметрической точности наблюдателей состояния на скользящих режимах, базирующийся на применении метода ГВРС к построению моделей высокочастотных вибраций и осредненных движений в наблюдателях.

Практическая ценность.

Практическая ценность выполненной диссертации заключается:

  • в возможности более эффективного проектирования широкого класса релейных систем управления таких, как пневматические, гидравлические и электрические приводы, системы отопления и кондиционирования помещений с двухпозиционным регулированием, двухпозиционные регуляторы температуры, давления, и уровня жидкости в технологических процессах, электронные регуляторы и преобразователи напряжения, дельта-сигма модуляторы, автоматические настройщики регуляторов, наблюдатели состояния, основанные на использовании скользящих режимов, и другие системы;
  • в разработанных методах идентификации динамики технологических процессов и автоматической настройки ПИД регуляторов;
  • в разработанных методиках синтеза корректирующих устройств в релейных автоколебательных рулевых пневмоприводах;
  • в разработанных методах анализа влияния характеристик используемых аппаратных средств и точностных характеристик используемой динамической модели системы на точность оценки в наблюдателях состояния,  основанных на использовании скользящих режимов;
  • в обосновании невозможности достижения идеальной робастности и нечувствительности к внешним возмущениям в системах со скользящими режимами, и таким образом предотвращении многочисленных попыток достижения необоснованно завышенных динамических характеристик (имеющих место в настоящее время);
  • в обосновании обязательного существования высокочастотных вибраций и невозможности получения идеальной робастности и нечувствительности к внешним возмущениям в системах со скользящими режимами второго порядка, и таким образом предотвращении многочисленных попыток достижения необоснованно завышенных динамических характеристик (имеющих место в настоящее время).

Реализация работы. Результаты данной работы внедрены в ГУП «Конструкторское бюро приборостроения» (г. Тула), на заводе «TengizChevrOil» фирмы ChevronTexaco (США), заводе «Syncrude Canada» (Канада), фирме Honeywell (Канада). Материалы диссертации используются в учебном процессе при изложении курса лекций: «Нелинейное управление» в Университете Калгари (Канада), Национальном Автономном Университете Мексики (Мексика). Метод ГВРС, представленный в диссертации, включен в учебник по теории систем с переменной структурой.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и получили одобрение в 32 докладах на наиболее представительных в мире международных конференциях по автоматическому управлению: Конгрессах ИФАК (IFAC Congress) в 2005г. (Прага, Чехия) и в 2008г. (Сеул, Южная Корея), Американской конференции по управлению (American Control Conference) в 1999г. (Сан-Диего, США), 2000г. (Чикаго, США), 2001г. (Арлингтон, США), 2003г. (Денвер, США), 2004г. (Бостон, США), 2005г. (Портлэнд, США), 2006г. (Миннеаполис, США), 2007г. (Нью-Йорк, США), 2008г. (Сиэтл, США) и 2009г. (Сант Луис, США), на Конференциях IEEE по управлению и принятию решений (IEEE Conference on Decision and Control) в 2002г. (Лас-Вегас, США), 2003г. (Гавайи, США), 2004г. (Багамские острова) и 2006г. (Сан-Диего, США). Кроме того, 18 работ было представлено на других международных конференциях: Конференции IEEE по применению управления (IEEE Conference on Control Applications) в 2000г. (Анкорадж, США) и 2009г. ( Санкт-Петербург, Россия), симпозиуме IFAC по энергетическим системам (IFAC Symposium on Power Systems) в 2006г. (Кананаскис, Канада), Всемирной мульти-конференции по системам, кибернетике и информатике (World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics) в 2001г. (Орландо, США), Конференциях IEEE по системам с переменной структурой (IEEE Conference on Variable-Structure Systems) в 2004г. (Барселона, Испания), 2006г. (Алгеро, Италия) и 2008г. (Анталия, Турция). А также 10 работ было представлено на национальных конференциях в России, Мексике и Италии.

Публикации. Основное содержание диссертации, полученные результаты, выводы и рекомендации опубликованы в 77 научных работах, в том числе в 1 монографии, 1 главе в учебнике, 1 учебном пособии, 3 главах в книгах, 19 статьях в журналах, 2 патентах, 8 статьях в сборниках научных статей, 42 статьях в материалах международных научных конференций, в том числе в 20 статьях в реферируемых изданиях, внесенных в список ВАК.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, восьми разделов, составляющих две части диссертации – теоретическую и прикладную, а также выводов, списка использованных источников из 248 наименований и приложения. Работа содержит 289 страниц машинописного текста, включая 79 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность защищаемых автором научных результатов, изложены методы исследования и результаты апробации работы.

В первом разделе рассматриваются два подхода к анализу автоколебаний в нелинейных системах, состоящих из симметричной нелинейности и произвольной линейной части, заданной в виде дифференциальных уравнений

,        (1)

где , , , либо передаточной функцией , где I – единичная матрица размерности n, (рис. 1), и в частности, в релейных системах: это отображение Пуанкаре (точечное отображение) и метод гармонической линеаризации. Эти два подхода являются базовыми для метода, разработанного и представленного в последующих разделах работы. Показана связь между этими двумя подходами при решении задачи отыскания возможных периодических решений в нелинейных системах с одной нечетно-симметричной нелинейностью.

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 Ω – частота гармонического сигнала на входе реле (амплитуда и частота автоколебаний, если рассматриваются как искомые неизвестные),  возможно записать уравнение гармонического баланса для нахождения a и Ω как

,        (3)

решив которое, можно найти частоту и амплитуду автоколебаний в релейной системе. Рассматривается так называемая функция смещения (зависимость постоянной составляющей в сигнале управления от постоянной составляющей в сигнале ошибки) , дифференцированием которой по σ0 может быть получено выражение для эквивалентного коэффициента передачи реле

.        (4)

Рис. 1. Релейная система

Заменяя релейную функцию эквивалентным коэффициентом передачи реле, получаем модель прохождения внешних медленных по сравнению с автоколебаниями сигналов через релейную систему, которая оказывается близкой к линейной благодаря так называемому эффекту вибрационного сглаживания нелинейностей. Таким образом,  в качестве вводного материала излагается подход к анализу релейных систем с позиций метода гармонической линеаризации и отображения Пуанкаре. Кроме того рассматриваются понятия функции смещения и эквивалентного коэффициента передачи реле, которые используются в последующих разделах работы, сохраняя свой изначальный концептуальный смысл, но уже в качестве точных характеристик.

Во втором разделе на базе анализа двух подходов, рассмотренных выше, вводится в рассмотрение новая частотная характеристика, названная годографом возмущенной релейной системы (ГВРС), которая позволяет соединить в себе точность, даваемую отображением Пуанкаре, и удобство применения в инженерной практике анализа и проектирования, присущее методу гармонической линеаризации. 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 «+». В формуле (5) переменные в правой части равенства имеют индекс «DF» для обозначения расчета методом гармонической линеаризации (от английского «describing function»). Из формул (3)-(5) следует, что частота автоколебаний в системе может варьироваться путем изменения гистерезиса 2b. Соответственно, будут изменяться величины эквивалентного коэффициента передачи и выходной координаты системы в момент переключения . Поэтому можно рассмотреть следующие два отображения: и . Предполагая, что отображение M1 имеет обратное (полученное ниже), можно записать следующие отображения: и .

Определим некоторую комплексную функцию J таким образом, чтобы она содержала в себе рассмотренные два отображения аналогично формуле (5), но потребуем, чтобы значения эквивалентного коэффициента передачи и значения выходной координаты системы в момент переключения были бы точными. Рассматривая частоту в качестве независимой переменной , запишем определение этой функции:

.        (6)

Функция и ее график на комплексной плоскости названы годографом возмущенной релейной системы  или ГВРС (в англоязычных публикациях «locus of a perturbed relay system - LPRS»). Дальнейшее изложение материала диссертации (во втором и последующих разделах) связано с методом ГВРС.

Показано, что, зная ГВРС, легко определить частоту автоколебаний в релейной системе как точку пересечения ГВРС и горизонтальной прямой, отстоящей от горизонтальной оси на : выше оси, если , и ниже оси, если (рис. 2). Причем значение этой частоты – точное.

Рис. 2. Определение частоты автоколебаний и эквивалентного коэффициента передачи

Та же самая точка пересечения дает и точное значение эквивалентного коэффициента передачи реле. Нахождение частоты автоколебаний может быть записано как решение следующего нелинейного уравнения:

,        (7)

а эквивалентный коэффициент передачи определяется как

.        (8)

Однако формула (6) – всего лишь определение и не может использоваться для вычисления ГВРС. Таким образом, необходимы иные пути вычисления этой функции. Дальнейший материал раздела 2 посвящен именно этому.

Вначале рассмотрено матрично-векторное описание системы вида (1) для линейной части с астатизмом нулевого порядка (статической). Из рассмотрения отображения Пуанкаре для системы (1),(2) и нахождения неподвижной точки этого отображения, а также последующего нахождения предела в соответствии с определением (6) получена следующая формула для ГВРС:

       (9)

Достаточные условия асимптотической орбитальной устойчивости периодического решения, задаваемого формулой (7), для системы с нулевым порядком астатизма получены ранее в работе К. Астрома.

Далее рассмотрено описание статической линейной части в виде произвольной передаточной функции Wl(s) с индексом большим нуля, являющейся удобной формой описания системы в случае, если линейная часть содержит обратные связи, и получено следующее аналитическое выражение для ГВРС в виде суммы бесконечных рядов (сходящихся):

       (10)

После этого осуществлен анализ релейной системы с астатической линейной частью, и показано, что для существования неподвижной точки в отображении Пуанкаре необходимо, чтобы структура анализируемой релейной системы соответствовала виду рис.3 (точка приложения постоянного входного сигнала находилась перед интегратором).

Рис. 3. Релейная система с астатической линейной частью

Аналогично предыдущему получены аналитические выражения для ГВРС при матрично-векторном описании системы:

       (11)

где . Получены достаточные условия асимптотической орбитальной устойчивости периодического решения, задаваемого формулой (7), как условия нахождения собственных значений матрицы

,        (12)

где - период автоколебаний, v – вектор фазовой скорости,

,

в единичном круге комплексной плоскости. Кроме того, предложено проверять выполнение соотношения, задающего правильное направление переключения реле: .

Получено аналитическое выражение ГВРС для системы с запаздыванием τ в управлении:

       (13)

Получены достаточные условия асимптотической орбитальной устойчивости периодического решения, задаваемого формулой (7), как условия нахождения собственных значений матрицы

,        (14)

где - период автоколебаний, v – вектор фазовой скорости,

,

в единичном круге комплексной плоскости. Кроме того, предложено проверять выполнение соотношения, задающего правильное направление переключения: .

Рассмотрено вычисление ГВРС путем разложения передаточной функции линейной части на простые дроби. Соответственно, рассмотрены динамические звенья первого и второго порядка, и получены аналитические выражения ГВРС для этих звеньев, а также звена первого порядка с запаздыванием (табл. 1). Получены аналитические выражения для условий орбитальной устойчивости периодического решения в релейной системе со звеньями первого и второго порядка. Показано, что при устойчивой линейной части первого или второго порядка периодические решения орбитально асимптотически устойчивы. Дан анализ асимптотических свойств ГВРС при и . В частности доказано, что в случае статической линейной части справедливо следующее соотношение, задающее начальную (по частоте) точку ГВРС: , где произведение матриц CA–1B есть отрицательная величина от коэффициента передачи объекта управления, а в случае астатической линейной части этот предел равен . Доказано также, что в обоих случаях конечная (по частоте) точка ГВРС есть начало координат: .

Далее рассмотрена релейная система с нелинейным объектом управления, и показано, что концепция ГВРС применима и в этом случае (рассмотрены только нечетно-симметричные нелинейности). Доказано свойство аддитивности ГВРС, формулируемое следующим образом.

Утверждение (свойство аддитивности ГВРС). 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(ω)=J1(ω)+J2(ω)+…+JN(ω).

Отмечается, что ГВРС есть функция только лишь объекта управления, и, соответственно, рассматривается задача определения ГВРС в системе с разомкнутой обратной связью. Вводится определение ГВРС в системе с разомкнутой обратной связью, которое в некоторых ситуациях более удобно по сравнению с формулой (6) для экспериментального определения ГВРС, в том числе в системах с нелинейными объектами. Отдельно рассмотрены релейные системы с нелинейными объектами в виде моделей Хаммерштейна и Винера.

Дано сравнение ГВРС с другими известными частотными методами анализа релейных систем: методом гармонической линеаризации, годографом Цыпкина, фазовым годографом. В частности показано, что метод ГВРС дает точную модель автоколебаний и передаточных свойств релейной системы по сравнению с методом гармонической линеаризации. Таким образом, учитывается негармоническая форма сигнала, и не требуется выполнение условия фильтра. По сравнению с методом Цыпкина, который является методом  анализа  возможных  периодических  движений,  ГВРС  предоставляет

Таблица 1

Формулы ГВРС J(ω)

Передаточная функция W(s)

ГВРС J(ω)

возможность для комплексного анализа: решения периодической проблемы и анализа прохождения внешних воздействий через релейную автоколебательную систему (ослабление внешних возмущений и анализ прохождения внешних входных воздействий), а также синтеза корректирующих устройств в релейных системах. По сравнению с методом фазового годографа ГВРС дает возможность осуществлять синтез корректирующих устройств, направленный не только на получение требуемых параметров автоколебаний, но и на достижение требуемых показателей точности, характеризующих прохождение внешних сигналов через релейную систему (управляющих и возмущающих воздействий).

В третьем разделе анализируются передаточные характеристики релейных систем при воздействии сигналов, не являющихся «сравнительно медленными» по отношению к автоколебаниям.

Понятие эквивалентного коэффициента передачи реле было получено в предыдущем разделе работы в результате анализа реакции системы на постоянное входное воздействие. Поэтому естественным ограничением применимости метода ГВРС является допущение о «медленности» входных сигналов по сравнению с автоколебаниями.  Поскольку само определение эквивалентного коэффициента передачи реле предопределяет статический характер зависимости между осредненным сигналом ошибки и осредненным сигналом управления, то даже при возможном фактическом наличии в ней динамики (при воздействии на систему сигналов, не являющихся постоянными)  динамический характер этой зависимости не смог бы быть выявлен с помощью осуществленного подхода. В этой связи важным вопросом в задаче анализа прохождения внешних сигналов через релейную автоколебательную систему является вопрос о том, привносит ли гистерезис реле некоторое фазовое или временное запаздывание в прохождение полезного сигнала (так же как он привносит его в прохождение сигнала автоколебаний; последнее в частности следует из формулы (3), где правая часть уравнения содержит отрицательную мнимую часть), то есть остается ли эквивалентный коэффициент передачи реле по-прежнему действительной величиной при воздействии сигналов, не являющихся постоянными, например, гармонических. Это позволило бы ответить на вопрос, возможно ли распространение метода ГВРС и понятия эквиваленитного коэффициента передачи реле, рассмотренного ранее, на случай входных сигналов, не являющихся «сравнительно медленными» по отношению к автоколебаниям.

Рассмотрен наиболее простой случай возможного сигнала ошибки в релейной системе, когда он является суммой двух синусоидальных сигналов с кратными частотами, где первый сигнал представляет автоколебательную составляющую, а второй – вынужденную составляющую:

       (15)

где и A1, соответственно, частота и амплитуда автоколебательной составляющей сигнала ошибки, /M и A2 – соответственно, частота и амплитуда вынужденной составляющей сигнала ошибки, M – произвольное положительное целое число (предполагается, что вынужденный сигнал имеет меньшую частоту, чем автоколебания, но не является медленным, как предполагалось ранее).  Анализ прохождения сигнала (15) через реле с гистерезисом (2) призван выявить, является ли коэффициент передачи по вынужденной составляющей комплексной или действительной величиной.

Рассмотрено прохождение вынужденной составляющей сигнала через релейный элемент. Для случая малых амплитуд доказано, что если переключение реле происходят два раза за период автоколебательной составляющей (один раз с «-» на «+» и один раз с «+» на «-»), так что наличие вынужденной составляющей движения не изменяет этого условия (что возможно при соблюдении следующего неравенства: ), а только приводит к смещению моментов переключения, то гистерезис реле не вносит в прохождение вынужденной составляющей  временного или фазового запаздывания, независимо от того, является ли вынужденное движение медленным по сравнению с автоколебаниями. Помимо аналитического решения представлены результаты численного моделирования для сравнительно больших амплитуд , подтверждающие тот же вывод. Таким образом, в разделе доказано, что эквивалентный коэффициент передачи реле может быть распространен и на случай быстрых входных сигналов, если выполняется условие: .

В четвертом разделе рассмотрен частотный анализ систем со скользящими режимами. Предполагается, что поверхность скольжения выбрана или спроектирована соответствующим образом, а также произведен синтез разрывного управления, обеспечивающего существование скользящего режима. Кроме того, предполагается наличие в системе некоторой паразитной динамики (из-за присутствия датчиков и исполнительных механизмов). Задачей этого раздела является разработка методов анализа движений, возникающих в системах со скользящими режимами, включая анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений, при наличии паразитной динамики. Это также включает адаптацию метода ГВРС для анализа скользящих режимов в системах с переменной структурой при отличном от релейного управлении.

При идеальном скользящем режиме переключения разрывного управления происходят с бесконечной частотой. Однако любой реальный скользящий режим реализуется как переключение с достаточно высокой, но не бесконечной частотой. Этот эффект известен как эффект «высокочастотных вибраций», который в англоязычной литературе носит название «chattering». Широко признано, что эффект «высокочастотных вибраций» является самым большим недостатком принципа скользящих режимов, и анализ этого эффекта имеет большое теоретическое и практическое значение. Иное проявление эффекта реального скользящего режима по сравнению с идеальным заключается в отличии осредненных движений от движений в системе с так называемым пониженном порядком. Это касается не только характера переходного процесса, но и установившегося значения выходной координаты (в отношении некоторых переменных состояния). При воздействии на систему внешних возмущений переходный процесс в системе с реальным скользящим режимом сойдется не к началу  координат, как идеальный скользящий режим, а к некоторой другой точке. Эта теоретическая проблема не освещена в имеющейся литературе по скользящим режимам.

Вначале рассмотрена задача аппроксимации разрывного, но не релейного управления в системах с переменной структурой релейным управлением, которая решена следующим образом. Рассмотрена система управления, имеющая линейный объект управления с постоянными параметрами:

,        (16)

где x∈Rn, u∈R1, A – матрица размерности n x n, B – матрица размерности n x 1 и скалярное управление, заданное следующим законом:

,        (17)

и поверхность скольжения, являющаяся гиперплоскостью и заданная следующим равенством: , где S  – матрица–строка коэффициентов. Управления u+(x) и u–(x), названы, соответственно, управлениями в подпространстве «выше поверхности скольжения» и «ниже поверхности скольжения». Предполагается, что существует некоторая  Δ–окрестность поверхности скольжения, такая, что каждая траектория, которая входит в Δ–окрестность, остается в ней в течение всего последующего времени. Решается задача аппроксимации каждого из управления подпространств в Δ–окрестности. При этом каждое из управлений подпространств u+(x) и u–(x),  будучи функцией x, может быть разложено в ряд Тейлора в точке x=xs, соответствующей положению траектории на поверхности скольжения, по отклонению xn  от поверхности скольжения (Δxn), которое определяется следующей зависимостью: , где - n-ый элемент матрицы S. Таким образом, функции управления подпространства имеют две компоненты: член, зависящий от переменных x1, x2, …, xn–1 и т. д. («релейный член»), и член, зависящий только от переменной xn («непрерывный член»). Поэтому управление в Δ–окрестности поверхности скольжения может быть записано как:

,        (18)

где x* ⊂x, x*∈ Rn–1 есть вектор x  без элемента xn, - амплитуда симметричного релейного управления, - смещение релейного управления, а непрерывный член определяется аналитически как ряд Тейлора. Изложенный метод аппроксимации управления позволяет привести исходную систему к эквивалентной релейной форме (18). Анализ скользящих режимов в системах с переменной структурой может быть сведен к анализу автоколебаний в эквивалентной релейной системе (методом ГВРС) и анализу осредненных движений в эквивалентной линеаризованной системе (рис. 4).

Далее рассматривается проблема существования режима высокочастотных вибраций, а также решаются задачи анализа высокочастотных вибраций и осредненных движений в системе. Последняя решается путем построения модели с исходным порядком (нередуцированной модели) для осредненных движений. Отмечается, что ГВРС, будучи частотной функцией, содержит все возможные периодические решения для заданной линейной части, включая решение бесконечной частоты, соответствующее идеальному скользящему режиму. Поскольку периодическое решение находится как точка пересечения ГВРС с действительной осью, расположение высокочастотной части ГВРС несет в себе информацию о режиме, существующем в системе: идеальном скользящем режиме либо режиме высокочастотных вибраций. Доказано следующее утверждение, позволяющее установить возможность существования скользящего режима.

Рис. 4. Анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений

Утверждение. Если передаточная функция Wl(s) есть отношение двух многочленов Bm(s) и An(s) степеней m и n соответственно (m<n), то высокочастотная часть ГВРС J(ω), соответствующего передаточной функции Wl(s), расположена в том же самом квадранте комплексной плоскости, что и высокочастотная часть годографа Найквиста Wl(jω). При этом либо действительная ось (если (n–m) четное), либо мнимая ось (если (n–m) нечетное) являются асимптотами ГВРС.

Данное утверждение позволяет сделать вывод о том, что существование идеального скользящего режима возможно только в том случае, если индекс передаточной функции Wl(s) будет равен одному или двум, причем во втором случае имеет место так называемый асимптотический скользящий режим второго порядка, реализующийся как колебательный процесс, частота которого стремится к бесконечности при tё0 (в отличие от обычного скользящего режима не выполняется условие конечного времени сходимости). Доказанное свойство согласуется с известными результатами, полученными другими методами.

Анализ высокочастотных вибраций основан на нахождении точки пересечения ГВРС, соответствующего динейной части системы, включающей в себя объект управления, уравнения поверхности переключения и паразитную динамику (датчиков и исполнительных механизмов), с действительной осью.

Представлен вывод модели осредненных движений с исходным порядком (нередуцированной модели осредненных движений) на основе применения ГВРС и концепции эквивалентного коэффициента передачи реле. Нередуцированная модель получена как следующие уравнения:

,        (19)

где индекс «0» обозначает осредненные величины. Широко известная редуцированная модель осредненных движений (модель с пониженным порядком) получается из (19) при .

Представленное выше утверждение и модель (19) позволяют также вскрыть механизм образования высокочастотных вибраций и неидеальной динамики осредненных движений из-за введения в контур управления паразитной динамики. Введение паразитной динамики приводит к изменению точки пересечения ГВРС с действительной осью, которая в идеальном скользящем режиме – начало координат. При этом не только частота высокочастотных вибраций становится конечной (в соответствии с (7)), но и величина эквивалентного коэффициента передачи также становится конечной (в соответствии с (8)), что и приводит к ухудшению динамики осредненных движений.

Таким образом, в разделе рассмотрен частотный анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений в системе со скользящим режимом, в которой имеется паразитная динамика. Показано, что высокочастотные вибрации могут анализироваться как предельный цикл в релейной системе или эквивалентной релейной системе, а осредненные движения могут быть найдены как решение некоторой линейной системы, полученной путем замены реле на эквивалентный коэффициент передачи.

В пятом разделе представлены методы частотного анализа движений, возникающих в системах со скользящими режимами второго порядка, включая анализ высокочастотных вибраций и осредненных движений, при наличии паразитной динамики (в виде динамики датчиков и исполнительных механизмов) в системе

Скользящие режимы второго порядка позволяют привести за конечное время к нулю не только так называемую переменную скольжения (сигнал ошибки), но и его первую производную. Скользящие режимы второго порядка были разработаны как средство борьбы с высокочастотными вибрациями, возникающими в системах со скользящими режимами первого порядка. Однако, в настоящей работе (и ряде предшествующих публикаций автора) показано, что при наличии паразитной динамики высокочастотные вибрации будут существовать и в системах со скользящими режимами второго порядка.

Рассмотрено математическое описание субоптимального алгоритма, которое выглядит следующим образом (для автономной системы): , где yMi – i-ая сингулярная точка в сигнале y(t), определяемая как последняя точка локального максимума при убывающем y(t) или минимума при возрастающем y(t); - параметр алгоритма (). Предположено, что устойчивым режимом в системе будет периодический режим. Если движение в системе реализуется как периодическое, то последовательность сингулярных точек будет знакочередующейся последовательностью , -, , - ..., где есть амплитуда y(t). Тогда, реализация субоптимального алгоритма в установившемся режиме будет эквивалентна релейной системе, имеющей реле с отрицательным гистерезисом . Однако, в отличие от обычной релейной системы величина гистерезиса неизвестна, так как неизвестна амплитуда автоколебаний. Предложенный приближенный анализ включает использование метода гармонической линеаризации, приводящего к следующему уравнению гармонического баланса, имеющему простое графическое решение.

       (20)

Периодическое решение может быть найдено как точка пересечения годографа Найквиста и прямой, исходящей из начала координат и образующей с действительной осью угол (рис. 5). Далее рассмотрено точное решение задачи нахождения периодического решения в такой системе. Для ее решения предложено использовать функцию ,        где - величина выходной координаты системы в момент переключения реле, - амплитуда автоколебаний, которая находится как , величина может быть найдена по формуле

,        

где , - значения ФЧХ и АЧХ для на частоте ω.

В этом случае геометрическая интерпретация нахождения периодического решения та же, что и при использовании гармонической линеаризации. На рис. 5 функция W(jω) должна быть заменена на Ф(ω), и ищется точка пересечения той же прямой и графика Ф(ω). При таком подходе найденные значения амплитуды и частоты автоколебаний – точные.

Таким образом, если в системе существует некоторая паразитная динамика, так что годограф Найквиста частично расположен во втором квадранте комплексной плоскости, то в системе с субоптимальным алгоритмом всегда будет существовать режим высокочастотных вибраций.

Рис. 5. Периодическое решение в системе с субоптимальным алгоритмом

Далее решается задача анализа передаточных свойств субоптимального алгоритма при воздействии на систему внешних сигналов (возмущений). Так же, как и в случае обычной релейной системы и скользящего режима первого порядка, вначале анализируется реакция системы с субоптимальным алгоритмом на постоянное внешнее воздействие. Показано, что точная величина эквивалентного коэффициента передачи алгоритма находится как

,        (21)

где - ГВРС, , - момент времени, соответствующий максимуму в автономном режиме, - частота автоколебаний. Как показывает анализ, в окрестности частоты автоколебаний величина мала по сравнению с (по абсолютной величине), и основное увеличение эквивалентного коэффициента передачи реле – за счет множителя .

Таким образом, в разделе представлен частотный анализ субоптимального алгоритма, относящегося к классу алгоритмов, реализующих скользящие режимы второго порядка. Анализ осуществляется приближенно с помощью метода гармонической линеаризации и точно методом ГВРС. Показано, что по сравнению с обычным скользящим режимом реализуется опережающее переключение реле. За счет этого возможно увеличение частоты высокочастотных вибраций, а также уменьшение амплитуды этих вибраций. Однако, полное устранение вибраций невозможно. Проанализированы передаточные свойства системы с субоптимальным алгоритмом. Показано, что его применение позволяет увеличить эквивалентный коэффициент передачи по сравнению с обычным скользящим режимом первого порядка. Представлены приближенные и точные аналитические зависимости, связывающие параметры алгоритма с эквивалентным коэффициентом передачи.

В шестом разделе представлен метод синтеза корректирующих устройств в релейных автоколебательных рулевых пневмоприводах, основанный на целенаправленном изменении формы ГВРС пневмопривода путем введения корректирующих устройств.

Известно, что пневмопривод может анализироваться и проектироваться как релейная система либо с линейным объектом управления, либо с нелинейным объектом (при более точном описании). Используется следующая модель пневмопривода (при линейном описании объекта и отсутствии шарнирной нагрузки).

Рис. 6. Релейный автоколебательный пневмопривод

На рис. 6: f – входной сигнал, u – выход релейного усилителя (оцененный в величинах угла поворота якоря электромагнита), α - угол поворота якоря электромагнита, F – момент, развиваемый пневмодвигателем, - угловая скорость поворота руля, y – угол поворота руля (от нейтрали), - коэффициент передачи по скорости, - коэффициент, характеризующий жесткость механической характеристики, - пневматическая постоянная времени, , , - скорость холостого хода пневмодвигателя, - максимальный угол поворота якоря электромагнита (и пневмораспределителя), - максимальный развиваемый момент, - максимальный угол поворота руля, - суммарный момент инерции подвижных частей пневмодвигателя и нагрузки, - коэффициент вязкого трения, 2b – гистерезис релейного усилителя.

Синтез релейных автоколебательных рулевых пневмоприводов является комплексной проблемой, включающей этапы проектирования пневмодвигателя исходя из требуемых мощностных характеристик, электро-механического преобразователя (ЭМП), а также синтеза корректирующих устройств (фильтров), обеспечивающих требуемые динамические показатели замкнутой системы. В настоящей работе рассматривается лишь задача синтеза корректирующих устройств, обеспечивающих требуемую динамику пневмопривода (более широкая задача синтеза структуры системы, номиналов параметров и допусков на параметры, обеспечивающих заданную вероятность работоспособности пневмопривода при известных режимах его эксплуатации рассматривалась ранее в кандидатской диссертации автора). В настоящей работе предполагается, что пневмодвигатель и ЭМП спроектированы соответствующим образом, и задачей является синтез корректирующих устройств. Динамика привода оценивается по его реакции на гармоническое входное воздействие в определенном диапазоне частот и амплитуд . При этом технические требования определены как требования к нелинейности амплитудно-частотной характеристики и максимально допустимому фазовому запаздыванию в указанном диапазоне частот и амплитуд. При указанном подходе ЭМП и пневмодвигатель могут рассматриваться в качестве объекта управления, а корректирующие фильтры вместе с электронным релейным усилителем – в качестве регулятора.

Наиболее сложной подзадачей в задаче синтеза регулятора является выбор типа (синтез структуры) корректирующих устройств. Опыт синтеза показывает, что подход, заключающийся в попытке определения подходящей структуры корректирующего фильтра путем параметрической оптимизации в некоторой структуре сравнительно высокого порядка, оказывается неэффективным, поскольку предполагает решение задачи параметрической оптимизации в параметрическом пространстве высокой размерности. Сложность же задачи параметрической оптимизации существенно возрастает с увеличением числа параметров. В диссертации предложен подход, использующий ГВРС для синтеза структуры, поскольку расположение ГВРС непосредственно связано с динамическими характеристиками замкнутой системы. Использован подход, предполагающей разделение спектров частот входных сигналов и возможных частот автоколебаний, и принцип синтеза, направленный на формирование расположения ГВРС в диапазоне частот входного сигнала и диапазоне частот, включаещем частоту автоколебаний. Желаемое же расположение ГВРС рассчитывается исходя из технических требований к динамике пневмопривода:

       

где “d” обозначает желаемое значение, knd – желаемое значение эквивалентного коэффициента передачи реле kn, Ω1, Ω2 – частоты, задающие пределы возможных значений частоты автоколебаний, b – заданное значение гистерезиса реле (обычно малая величина, вводимая лишь для устранения ложных срабатываний реле при наличии шума). Предложенный подход проиллюстрирован на рис. 7.

В работе рассматриваются два вида коррекции, способные реализовать требуемую трансформацию ГВРС: традиционно используемая последовательная коррекция фильтром с передаточной функцией Wf(s)=(T1s+1)/(T2s+1), где ωmax<1/T2<1/T1<Ω, и параллельная коррекция избирательным фильтром с передаточной функцией Wf(s)=KTs/(T2s2+2ξTs+1). Даны методики расчета расположения желаемого ГВРС и расчета параметров последовательного и параллельного фильтров, обеспечивающих это расположение, а, следовательно, и заданных требований к динамическим характеристикам замкнутой системы.

Рис. 7. Принцип коррекции за счет трансформации ГВРС нескорректированной системы в желаемый ГВРС

Приведен пример синтеза корректирующих фильтров, а также моделирование нескорректированного и скорректированного пневмопривода как с использованием линейной модели объекта управления, так и нелинейной, в которой учитывается сухое трение, и выход ЭМП описывается трапециидальной функцией времени, что позволяет учесть амплитудно-частотную зависимость ЭМП. Для нелинейной модели указанного вида разработана методика расчета ГВРС, и коррекция осуществляется с применением результатов, полученных в разделе 3 для нелинейных объектов. Продемонстрирована адекватность модели релейного пневмопривода, базирующаяся на ГВРС. Оценена эффективность коррекции с помощью последовательного и параллельного фильтров. Показана высокая эффективность коррекции с помощью параллельного фильтра. Результаты синтеза корректирующих фильтров подтверждены с помощью численного моделирования и последующей обработки результатов с помощью спектрального анализа. Отмечено хорошее соответствие аналитических результатов результатам численного моделирования.

Отмечено, что дальнейшее улучшение динамических характеристик системы может быть получено с помощью оптимизации параметров корректирующих фильтров, что может быть осуществлено методами нелинейного программирования с применением известных алгоритмов и, в частности, специализированных алгоритмов оптимизации корректирующих фильтров в автоколебательных пневмоприводах, представленных ранее в кандидатской диссертации автора.

В седьмом разделе изложен метод идентификации динамики объектов управления, а также «параметрический» и «непараметрический» методы проектирования (настройки) ПИД регуляторов в распределенных системах управления (РСУ) технологическими процессами, основанные на применении двух вариантов релейного теста с обратной связью. Дано описание программы-настройщика ПИД регуляторов в РСУ технологическими процессами, базирующейся на разработанных релейных тестах и методе ГВРС.

Отмечено, что ПИД регуляторы являются основным типом регуляторов, используемых в системах управления технологическими  процессами. Обычно ПИД регуляторы  выполняются в виде модулей в распределенной системе управления (РСУ). Широко известен релейный тест с обратной связью над объектом управления (K. Astrom), применяемый для настройки как ПИД так и других типов регуляторов. Релейный тест заключается в возбуждении автоколебаний в замкнутой системе путем временной замены ПИД регулятора релейным элементом, измерении параметров автоколебаний и настройке регулятора в зависимости от полученных измерений. Методы настройки основаны либо на использовании некоторой базовой модели динамики технологического процесса, идентификации ее параметров и настройке в соответствии с определенными правилами и формулами (так называемые «параметрические» методы), либо на непосредственном перерасчете результатов теста в параметры регулятора («непараметрические» методы).

Предложен несимметричный релейный тест, осуществляемый по отношению к приращениям отностительно величин, соответствующих положению равновесия в системе, в котором несимметричность достигается путем подачи ненулевого постоянного внешнего воздействия f0, и замеряются следующие параметры автоколебаний: длительность положительного импульса 1 в сигнале управления u(t), длительность отрицательного импульса  2  и среднее на периоде автоколебаний значение выхода y0. Входное воздействие f0, гистерезис 2b и ограничение реле c считаются известными. Затем, рассчитываются частота автоколебаний m=2/(1+2) и среднее значение сигнала управления u0=c(1-2)/(1+2). Предлагается идентифицировать модель объекта (динамики техпроцесса) путем совмещения рассчитанных точек ГВРС и точек, полученных в результате измерений из релейного теста, то есть путем решения следующих уравнений для ГВРС и коэффициента передачи объекта K: , ,        . При наличии более трех неизвестных параметров объекта возможно провести несколько релейных тестов – путем варьирования величины гистерезиса b. Каждый из этих тестов даст одну точку ГВРС.

Для популярной модели динамики многих технологических процессов вида: , где K – коэффициент передачи, T – постоянная времени, τ – время запаздывания, имеющего следующее аналитическое выражение ГВРС: , где  , предложена аналитическая методика идентификации модели и расчета оптимальных параметров регулятора по критерию минимального времени переходного процесса при реакции замкнутой системы на ступенчатое воздействие при ограничении величины перерегулирования: , , где - коэффициенты пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих ПИД регулятора, - время переходного процесса, - величина перерегулирования. Эта задача решена для ряда соотношений методами нелинейного программирования, и таким образом получены аналитические зависимости для оптимального расчета параметров регулятора.  Представлен анализ точности алгоритма при моделях процесса, отличных от базовой, наличии шумов и внешних возмущений. Продемонстрирована достаточно высокая эффективность алгоритма в этих условиях.

Предложен модифицированный релейный тест, осуществляемый по отношению к приращениям отностительно величин, соответствующих положению равновесия в системе, позволяющий возбудить в системе колебания с частотой, равной будущей частоте ωπ, на которой фазовое запаздывание разомкнутой системы с ПИД регулятором будет равно 180°. При этом принят следующий формат для формул настройки (проектирования) ПИД регулятора, названных однородными: , где c1, c2, и c3 – некоторые постоянные коэффициенты, которые определяют фактические формулы настройки, при передаточной функция регулятора, заданной следующей передаточной функцией: . Модифицированный релейный тест реализуется с помощью следующего алгоритма:

,

где , , и - последние сингулярные точки в сигнале ошибки, соответствующие последнему максимуму или минимуму временного сигнала после пересечения с нулевым уровнем, β<1 - положительный коэффициент, (предел слева). Доказано, что если фазовая характеристика объекта управления достигает величины –180° или ниже, то в системе с модифицированным релейным тестом реализуется режим периодических автоколебаний с амплитудой a и частотой Ω, приближенные значения которых находятся из уравнения гармонического баланса в системе: , где β – параметр алгоритма. Из уравнения гармонического баланса следует, что автоколебания в системе с модифицированным релейным тестом возбуждаются на частоте, на которой значение фазовой характеристики объекта равно . Использование однородных формул настройки и разработанного теста позволило построить проектирование (настройку) ПИД регуляторов, обеспечивающее заданные запасы устойчивости по амплитуде в замкнутой системе с регулятором для произвольных объектов управления, удовлетворяющих вышеуказанным ограничениям.

Доказано, что для обеспечения настройки ПИД регулятора, обеспечивающей заданный запас устойчивости по амплитуде γ, необходимо, чтобы выполнялось следующее соотношение между коэффициентами в однородных формулах настройки: , а модифицированный релейный тест должен выполняться с параметром . Представлен приближенный и точный (ГВРС) анализ модифицированного релейного теста. Получены аналитические зависимости для оптимальной настройки ПИД регуляторов (коэффициенты c1, c2, и c3) по критерию минимального разброса величин перерегулирования в системе с регулятором на множестве анализируемых динамических моделей технологических процессов.

       

где W – множество анализируемых динамических моделей технологических процессов (объектов управления), g – функция, задающая ограничение вида равенства (соотношение ), h – функция, задающая ограничение вида неравенства, Q – целевая функция (разброс величин перерегулирования). В выражении для Q подразумевается функциональная связь между параметрами c1, c2, и c3, передаточной функцией регулятора, передаточной функцией замкнутой системы и целевой функцией. Использование этого критерия целесообразно ввиду того, что разработанный метод – непараметрический, и должен обеспечивать приемлемое качество настройки при разнообразных объектах управления, динамические модели которых неизвестны.

Рис. 8. Страница дисплея программного обеспечения CLTUNE: желтая линия – выход регулятора OP, синяя – регулируемая величина PV, зеленая – уставка SP

Разработаны алгоритмы реализации несимметричного релейного теста и модифицированного релейного теста в РСУ. Показано, что эти тесты могут быть осуществлены в отношении приращений к переменным системы в точке, соответствующей установившемуся режиму, то есть таким образом, что релейное управление реализуется в виде некоторых приращений к величине управления в точке равновесия, а выходной сигнал для теста измеряется как приращение к значению выходной переменной в этой точке. Отмечено, что при таком подходе возможно проведение теста на функционирующем технологическом процессе с минимальным привносимым возмущением в процесс.

Представлено описание программного обеспечения CLTUNE (рис. 8) для РСУ TPS® фирмы Honeywell, в котором реализованы оба разработанных метода настройки. Отмечен положительный опыт эксплуатации программного обеспечения CLTUNE в нефтехимической отрасли промышленности.

В восьмом разделе представлен разработанный метод анализа динамической и параметрической точности наблюдателей состояния, основанных на использовании скользящих режимов, в котором учитывается техническая реализация наблюдателя, привносящая некоторую паразитную динамику. Дан пример анализа динамической и параметрической точности наблюдателей состояния, выполненных на скользящих режимах, а также пример анализа динамической точности дифференциатора на скользящем режиме.

Рассмотрена модификация широко известного наблюдателя Люэнбергера, построенная на принципе скользящего режима, для линейной стационарной системы (1):

,        (22)

где - n-мерный вектор-столбец оценок состояния системы, - скалярная оценка выхода системы, - матрица коэффициентов, , , и   - матрицы внутренней модели наблюдателя. Предполагается наблюдаемость пары (,). Матрица выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась сходимость переменной скольжения к нулю за конечное время.

В настоящей работе предложено рассматривать динамику наблюдаемой системы (1) и наблюдателя (22) как динамику следящей системы, в качестве входного сигнала такой системы использовать гармонический сигнал варьируемой частоты, и оценивать динамическую точность наблюдателя с помощью амплитудно-частотных характеристик по переменной (ошибка выходной координаты) и переменным (ошибки оценок). Однако, использование модели (22) наблюдателя, не содержащей паразитной динамики, приводит к идеальному скользящему режиму и, соответственно, идеальной динамике наблюдателя.

Поскольку наблюдатели, как правило, реализуются как цифровые системы, и уравнения (22) решаются методами численного интегрирования с некоторым шагом интегрирования, в настоящей работе отмечено, что природа паразитной динамики в системе (1), (22) есть запаздывание и предложено учитывать паразитную динамику звеном запаздывания (рис. 9).

Рис. 9. Блок-схема динамики наблюдаемой системы и наблюдателя (с паразитной динамикой запаздывания)

Однако время запаздывания τ в системе рис. 9 неизвестно, так как это время не равно шагу интегрирования или циклу выполнения алгоритма. Предложено определять это время путем идентификации, исходя из равенства частот высокочастотных вибраций в системе рис. 9 с непрерывным временем и при реализации уравнений (22) в дискретном времени. Анализ показывает, что при реализации уравнений (22) в дискретном времени период высокочастотных вибраций Tch равен двум циклам выполнения алгоритма. Отсюда следует, что для идентификации эквивалентного запаздывания необходимо решить следующее уравнение относительно эквивалентного запаздывания τ: , в котором и

После идентификации времени τ может быть построена линеаризованная модель наблюдателя для осредненных движений, которые и дают оценки переменных состояния. Модель осредненных движений получается в результате замены реле эквивалентным коэффициентом передачи, вычисляемым по формуле (8), в совокупности с системами (1), (22), что приводит к следующей линеаризованной модели наблюдателя (рис. 10). Оценка точности наблюдения осуществляется путем построения амплитудно-частотных характеристик модели осредненных движений известными методами.

Далее рассмотрена задача анализа параметрической точности наблюдателя, то есть определение точности оценивания вектора состояния наблюдателем при неидеальном знании параметров модели наблюдаемой системы. Построена модель параметрической чувствительности наблюдателя, позволяющая определить степень влияния неточности каждого из параметров модели на отклонение динамических характеристик наблюдателя от номинальных, а также модель параметрической точности, позволяющая оценить влияние неточного знания параметров модели на общую точность наблюдателя (используя детерминистический или вероятностный подходы). Чувствительность переменных , находится следующим образом:

,

где , , , ,

, ,        

Рис.10. Линеаризованная модель наблюдателя и модель системы

В представленном в диссертации примере анализа наблюдателя скорости электродвигателя показано, как, например, могут быть получены номинальные частотные характеристики наблюдателя и поле их разброса, рассчитанное как функция от точности знания параметров модели (рис. 11):

Рис. 11. Зона распределения положения ЛАЧХ оценки скорости вращения электродвигателя

Далее в разделе рассмотрен аналоговый дифференциатор на скользящем режиме, который может рассматриваться как простейший наблюдатель, и предназначен для получения производной от произвольного аналогого сигнала в реальном времени. Идеальная модель дифференциатора имеет вид:

       ,

,

где входным сигналом дифференциатора является сигнал f(t), а выходным – u(t) (последний отфильтровывается от высокочастотной составляющей с помощью фильтра низких частот).

Рассмотрена схема его реализации на операционных усилителях (ОУ), и показано, как методом ГВРС рассчитываются частотные характеристики дифференциатора при учете ограниченного диапазона частот ОУ как результата существования малых постоянных времени в усилителях. Показано, что передаточная функция дифференциатора с учетом неидеальностей элементов, есть

,

где , R – сопротивления соответствующих резисторов схемы, C – емкости соответствующих конденсаторов схемы, , fmax – полоса пропускания ОУ, , – максимальное напряжение электронного реле на ОУ, – максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ, то есть передаточная функция представляет собой произведение передаточной функции идеального дифференциатора и множителя, отражающего наличие неидеальностей в виде ограниченной полосы пропускания ОУ. Таким образом, с помощью метода ГВРС показано, что наличие ограниченной полосы пропускания ОУ приводит к конечной частоте высокочастотных вибраций (колебаний) и к ограниченной полосе пропускания дифференциатора, что выражается в частотной характеристике вида рис. 12 (без учета низкочастотного фильтра).

Рис. 12. ЛАЧХ аналогового дифференциатора

В результате в разделе решена проблема разработки метода анализа динамической и параметрической точности аналоговых и цифровых наблюдателей состояния на скользящих режимах, учитывающего неидеальности их технической реализации, а также рассмотрены некоторые аспекты проектирования таких наблюдателей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе решена актуальная научная проблема, имеющая важное теоретическое и прикладное значение и заключающаяся в создании новой частотной теории систем с разрывным управлением, включающей методы анализа и синтеза таких систем. Представлены три приложения разработанной теории.

В процессе теоретического и экспериментального исследований, компьютерного моделирования и промышленной эксплуатации систем, созданных с использованием разработанных методов, получены следующие основные результаты и выводы:

  1. Предложен метод анализа и синтеза систем с разрывным управлением, основывающийся на новой частотной характеристике системы - годографе возмущенной релейной системы (ГВРС). Обоснована концепция ГВРС, его использование для анализа автоколебаний и прохождения внешних управляющих и возмущающих воздействий через релейную систему, связь свойств ГВРС с возможностью существования автоколебаний в системе, параметрами возникающих автоколебаний, коэффициентом передачи реле для осредненных движений, параметрами осредненных движений, возможностью существования скользящих режимов, астатизмом системы, индексом передаточной функции объекта управления. Получены условия локальной орбитальной устойчивости возможных периодических решений.
  2. Разработаны методы расчета ГВРС. Получены аналитические зависимости для расчета ГВРС для линейных объектов управления исходя из передаточной функции объекта управления, матрично-векторного описания объекта, или разложения передаточной функции на простые дроби. Получены аналитические выражения ГВРС для звеньев первого и второго порядка. Получены аналитические зависимости для статических и астатических объектов, а также объектов с запаздыванием. Разработан алгоритм расчета ГВРС для некоторых нелинейных объектов управления. Разработано и представлено в Приложении программное обеспечение для расчета ГВРС на языке Matlab.
  3. Разработаны методы частотного анализа систем управления со скользящими режимами при наличии паразитной динамики (в виде динамики датчиков и исполнительных механизмов) в системе, в том числе и при отличном от релейного (но разрывном) управлении. В частности, разработан частотный метод анализа высокочастотных вибраций и осредненных движений, основанный на применении ГВРС, а также получена модель с исходным порядком, описывающая осредненные движения (отличающаяся от широко используемой модели с пониженным порядком). Доказано, что в системе со скользящим режимом в виду неизбежного наличия паразитной динамики (в виде динамики измерительных датчиков и исполнительных механизмов) всегда будут существовать высокочастотные вибрации и неидеальная динамическая точность в отношении осредненных движений, и как следствие этого, неидеальная робастность в отношении изменения параметров системы и неидеальное парирование внешних возмущений.
  4. Разработаны методы частотного анализа систем управления со скользящими режимами второго порядка при наличии паразитной динамики (в виде динамики датчиков и исполнительных механизмов) в системе. В частности, разработан частотный метод анализа высокочастотных вибраций и осредненных движений, основанный на применении ГВРС, а также получена модель с исходным порядком, описывающая осредненные движения. Доказано обязательное существование периодических движений (высокочастотных вибраций) и неидеальной динамической точности в отношении осредненных движений при наличии в системе паразитной динамики.
  5. Разработан метод синтеза корректирующих устройств в релейных автоколебательных рулевых пневмоприводах, основанный на выборе структуры и расчете параметров вводимых корректирующих устройств, трансформирующих ГВРС нескорректированного привода соответствующим образом. Получены алгоритм расчета и аналитические зависимости, позволяющие выбирать структуру корректирующего фильтра и проводить расчет его параметров. Предложено использование параллельного избирательного фильтра, настроенного на частоту автоколебаний для улучшения динамических характеристик пневмопривода.
  6. Разработаны несимметричный релейный тест и модифицированный релейный тест, а также методы идентификации параметров объектов управления (в системах управления технологическими процессами) и «параметрический» и «непараметрический» методы проектирования (настройки) ПИД регуляторов в распределенных системах управления технологическими процессами, основанные на этих тестах и методе ГВРС. Разработаны алгоритмы и аналитические зависимости для расчета параметров ПИД регуляторов. Описана реализация разработанного метода идентификации и настройки регуляторов в программном обеспечении CLTUNE для широко распространенного типа распределенной системы управления (РСУ) TPS фирмы Honeywell.
  7. Разработан частотный метод анализа динамической и параметрической точности наблюдателей состояния на скользящих режимах, учитывающий особенности технической реализации наблюдателей. С использованием метода ГВРС разработана модель для получения таких показателей как частотный диапазон и точность наблюдения при гармонических входных сигналах. Даны рекомендации по проектированию наблюдателей.

Основное 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.

Статьи в периодических изданиях по перечню ВАК

  1. Бойко И.М. [Текст]/ I. Boiko, L. Fridman, A. Pisano, and E. Usai, “On the transfer properties of the “generalized sub-optimal” second order sliding mode control algorithm,” IEEE Trans. Automatic Control, Vol. 54, No. 2, 2009, pp. 399-403.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. Бойко И.М. [Текст]/ В.А. Каинов, И.М. Бойко, Чувствительность и точность динамических систем, Тула, 1988, 100с.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.

Статьи в изданиях международных конференций

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.
  16. 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.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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.
  23. 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.
  24. 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.
  25. 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.
  26. 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.
  27. 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.
  28. 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.
  29. 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

  1. А.с. № 1444935, H03K 17/60. Переключающее устройство, Бойко И.М., Каинов В.А., Фимушкин В.С., 1987.
  2. Патент США № 7035695, G05B 13/02. Метод и устройство для настройки ПИД регулятора, Бойко И.М., 2006.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.