Меню
Публикации
2025
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2025-25-6-1080-1088
УДК 618.51
Адаптивная компенсация неизвестных возмущений в многоканальных линейных системах с различной величиной задержки в каналах управления
Читать статью полностью
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Ты К.В., Дударенко Н.А. Адаптивная компенсация неизвестных возмущений в многоканальных линейных системах с различной величиной задержки в каналах управления // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2025. Т. 25, № 6. С. 1080–1088 doi: 10.17586/2226-1494-2025-25-6-1080-1088
Аннотация
Введение. Рассмотрена задача компенсации неизвестных внешних возмущений для класса линейных стационарных многоканальных систем с различной величиной запаздывания в каналах управления. Предполагается, что внешние возмущения представляют собой гармонические сигналы с неизвестными частотами, фазами, амплитудами и смещениями, которые одновременно воздействуют как на вход, так и на выход системы. Для решения поставленной задачи используется метод прямой компенсации возмущений, основанный на принципе внутренней модели, в сочетании с классическим методом развязки по состоянию Фальба–Воловича, что позволяет повысить скорость сходимости выходных сигналов даже при небольшом коэффициенте адаптации. Метод. С целью устранения перекрестных взаимодействий между управляющими контурами к системе применяется метод развязки каналов на основе обратной связи по состоянию, разработанный на базе классического подхода Фальба–Воловича. Затем строится наблюдатель для оценки вектора состояния модели внешнего возмущения и на основе полученных оценок синтезируется адаптивный закон управления с расширением памяти регрессора для компенсации внешних возмущений на основе принципа внутренней модели. Стабилизация системы осуществляется одновременно с развязкой каналов управления, что позволяет перейти к задаче компенсации внешних неизвестных возмущений, минуя фазу проектирования стабилизирующего компонента управляющего сигнала. Предлагаемый метод не предполагает ограничений на наблюдаемость и устойчивость объекта управления. Основные результаты. Для компенсации неизвестных внешних возмущений для класса линейных стационарных многоканальных систем с различными запаздываниями в каналах управления предложен адаптивный алгоритм с расширением памяти регрессора, сочетающийся с методом развязки каналов управления по состоянию Фальба–Воловича. Показана эффективность предлагаемого подхода на примере численного моделирования в программном пакете MATLAB/Simulink. Полученные графики переходных процессов выявили ограниченность всех сигналов замкнутой системы и асимптотическую устойчивость выходных переменных при наличии различных запаздываний в каналах управления многоканальной системы, функционирующей в условиях неизвестных внешних возмущений. Обсуждение. Предлагаемый подход позволяет получить улучшенную скорость сходимости процессов и может быть применен в технических системах и комплексах, математическое описание которых задается в виде линейной многоканальной системы с различной величиной запаздывания в каналах управления.
Ключевые слова: адаптивное управление, гармонические возмущения, компенсация возмущений, развязка каналов, запаздывания в каналах управления, метод Фальба–Воловича, многоканальная система
Список литературы
Список литературы
1. Wang Q-G. Decoupling Control. Springer, 2003. 369 p. https://doi.org/10.1007/3-540-46151-5
2. Morgan B.S. The synthesis of linear multivariable systems by state-variable feedback // IEEE Transactions on Automatic Control. 1964. V. 9. N 4. P. 405–411. https://doi.org/10.1109/TAC.1964.1105733
3. Gilbert E.G. The decoupling of multivariable systems by state feedback // SIAM Journal on Control. 1969. V. 7. N 1. P. 50–63. https://doi.org/10.1137/0307004
4. Falb P., Wolovich W. Decoupling in the design and synthesis of multivariable control systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1967. V. 12. N 6. P. 651–659. https://doi.org/10.1109/TAC.1967.1098737
5. Chu D., Malabre M. Numerically reliable design for proportional and derivative state-feedback decoupling controller // Automatica. 2002. V. 38. N 12. P. 2121–2125. https://doi.org/10.1016/S0005-1098(02)00138-3
6. Nijmeijer H., Respondek W. Dynamic input-output decoupling of nonlinear control systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1988. V. 33. N 11. P. 1065–1070. https://doi.org/10.1109/9.14420
7. Mertzios B.G., Christodoulou M.A. Decoupling and pole-zero assignment of singular systems with dynamic state feedback // Circuits, Systems and Signal Processing. 1986. V. 5. N 1. P. 49–68. https://doi.org/10.1007/bf01600186
8. Estrada M.B., Malabre M. Proportional and derivative state-feedback decoupling of linear systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 2000. V. 45. N 4. P. 730–733. https://doi.org/10.1109/9.847111
9. Angelico B., Barbosa F.S., Toriumi F. State feedback decoupling control of a control moment gyroscope // Journal of Control, Automation and Electrical Systems. 2017. V. 28. N 1. P. 26–35. https://doi.org/10.1007/s40313-016-0277-8
10. Francis B.A., Wonham W.M. The internal model principle for linear multivariable regulators // Applied Mathematics and Optimization. 1975. V. 2. N 2. P. 170–194. https://doi.org/10.1007/bf01447855
11. Davison . The robust control of a servomechanism problem for linear time-invariant multivariable systems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1976. V. 21. N 1. P. 25–34. https://doi.org/10.1109/tac.1976.1101137
12. Johnson C. Accomodation of external disturbances in linear regulator and servomechanism problems // IEEE Transactions on Automatic Control. 1971. V. 16. N 6. P. 635–644. https://doi.org/10.1109/tac.1971.1099830
13. Nikiforov V.O. Nonlinear servocompensation of unknown external disturbances // Automatica. 2001. V. 37. N 10. P. 1647–1653. https://doi.org/10.1016/s0005-1098(01)00117-0
14. Nikiforov V.O. Adaptive non-linear tracking with complete compensation of unknown disturbances // European Journal of Control. 1998. V. 4. N 2. P. 132–139. https://doi.org/10.1016/s0947-3580(98)70107-4
15. Nikiforov V.O. Adaptive servomechanism controller with an implicit reference model // International Journal of Control. 1997. V. 68. N 2. P. 277–286. https://doi.org/10.1080/002071797223604
16. Nikiforov V.O., Gerasimov D.N. Adaptive Regulation: Reference Tracking and Disturbance Rejection. Springer, 2022. 376 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-96091-9
17. Isidori A. Lectures in Feedback Design for Multivariable Systems. Springer, 2017. 424 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-42031-8
18. Narendra K.S., Annaswamy A.M. Stable Adaptive Systems. PrenticeHall, 1989. 494 p.
19. Gerasimov D.N., Nikiforov V.O., Paramonov A.V. Adaptive disturbance compensation in delayed linear systems: Internal model approach // Proc. of the IEEE Conference on Control Applications (CCA). 2015. P. 1692–1696. https://doi.org/10.1109/cca.2015.7320853
20. Gerasimov D.N., Paramonov A.V., Nikiforov V.O. Algorithms of adaptive disturbance compensation in linear systems with arbitrary input delay // International Journal of Control. 2020. V. 93. N 7. P. 1596–1604. https://doi.org/10.1080/00207179.2018.1521527
21. Gerasimov D.N., Paramonov A.V., Nikiforov V.O. Algorithms of fast adaptive compensation of disturbance in linear systems with arbitrary input delay // IFAC-PapersOnLine. 2017. V. 50. N 1. P. 12892–12897. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.1942
22. Nikiforov V.O., Paramonov A.V., Gerasimov D.N., Pashenko A.V. Adaptive compensation of unmatched disturbances in MIMO LTI plants with input delay // Proc. of the 2021 American Control Conference (ACC). 2021. P. 2430–2435. https://doi.org/10.23919/acc50511.2021.9482716
23. Nikiforov V.O., Paramonov A.V., Gerasimov D.N. Adaptive compensation of unmatched disturbances in unstable MIMO LTI plants with distinct input delays // IFAC-PapersOnLine. 2023. V. 56. N 2. P. 9179–9184. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2023.10.159
24. Герасимов Д.Н., Парамонов А.В., Никифоров В.О. Алгоритм компенсации мультигармонических возмущений в линейных системах с произвольным запаздыванием: метод внутренней модели // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 6. С. 1023–1030. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2016-16-6-1023-1030
