- •Определение систем в рамках теоретико - множественного подхода. Математические модели простых динамических систем.
- •Принцип разделения в цифровых системах управления. Обоснование для линейно – квадратичной задачи управления в дискретном времени.
- •Решение задачи линейного программиро-вания на основе симплекс- метода.
- •Общая постановка задачи оптимальной фильтрации и методика ее решения.
- •Кибернетический подход к описанию систем. Понятия об управлении, системе управления, структурные схемы процесса управления.
- •Теорема о нормальной корреляции и ее следствия.
- •Классификация систем управления. Основ-ные этапы синтеза сложных систем управления.
- •Метод анализа иерархий.
- •Устойчивость динамических систем. Теорема Ляпунова в непрерывном и дискретном времени.
- •Иерархическая схема управления сложным объектом. Основные принципы иерархического управления.
- •Управляемость и наблюдаемость систем управления.
- •Решение задачи о пошаговом распределении ресурсов (динамического программирования) на основе принципа оптимальности Беллмана.
- •Постановка и пример задачи автоматичес-кого управления для непрерывных динамичес-ких систем. Задачи Больца, Лагранжа, Майера.
- •Метод анализа иерархий.
- •Общее решение задачи автоматического управления без ограничений для детерминиро-ванной системы на основе методов вариации-онного исчисления.
- •Цифровая схема управления (общая схема преобразований). Эквивалентность цифровой и непрерывной систем.
- •Решение линейно – квадратичной задачи нахождения оптимального управления для динамической системы в непрерывном времени на основе методов вариационного исчисления.
- •Управление ресурсами и задача линейного программирования. Примеры, геометрическая интерпретация.
- •Решение задачи линейного программиро-вания на основе симплекс – метода.
- •Теорема о нормальной корреляции и ее следствия.
- •Решение задачи линейного программиро-вания на основе симплекс – метода
- •2.Общая постановка задачи оптимальной фильтрации и методика ее решения.
- •Линейный регулятор. Пример решения задачи лк – управления.
- •2. Синтез структуры сложной системы управления. Метод ветвей и границ.
- •Принципы координации в задачах управления сложными объектами.
- •2. Решение задачи о пошаговом распределении ресурсов (динамического программирования) на основе принципа оптимальности Беллмана.
- •Кибернетический подход к описанию систем. Понятия об управлении, системе управления, структурные схемы процесса управления.
- •Решение линейно – квадратичной задачи нахождения оптимального управления для динамической системы в непрерывном времени на основе методов вариационного исчисления.
- •Метод анализа иерархий.
- •2. Цифровая схема управления (общая схема преобразований). Эквивалентность цифровой и непрерывной систем.
- •Общее решение задачи автоматического управления без ограничений для детерминированной системы на основе методов вариационного исчисления.
- •2. Оптимальное управление в стохастических системах. Принцип разделения в непрерывных стохастических системах.
- •Принципы координации в задачах управления сложными объектами.
- •2. Уравнения фильтра Калмана в дискретном времени. Пример постановки задачи стохастического управления (управление нефтехранилищем).
- •Синтез структуры сложной системы управления. Метод ветвей и границ.
- •2. Принцип максимума Понтрягина и решение задачи о быстродействии при переводе материальной точки в начало координат.
- •Линейный регулятор. Пример решения задачи лк – управления.
- •2. Решение задачи о пошаговом распределении ресурсов на основе принципа оптимальности Беллмана.
- •Принцип максимума Понтрягина и решение задачи о быстродействии (задача о «лифте»).
- •2. Применение микропроцессоров и микро – эвм в цифровых системах управления.
Управляемость и наблюдаемость систем управления.
Управляемость.
Динамическая
система называется вполне управляемой
тогда и только тогда, когда для любого
начального состояния
и любого конечного состояния x(t)
существует управляющая траектория
такая, что
,
где H(…)
– оператор, описывающий изменение
состояния системы. Условия управляемости
для линейной системы
которая
называется
полностью управляемой, если может быть
переведена из любого произвольного
начального состояния
в заданное состояние
за конечное время (конечное число
шагов). Пусть
задано начальное состояние
,
тогда состояние системы в момент k=m,
где m
– порядок уравнения, определяется
следующим образом:
,
,
,
где R
– составная матрица; U
– управляющая последовательность.
Размерность вектора U
равна
,
а матрицы
.
Если ранг матрицы R
равен m
(m
– размерность
),
то можно получить m
уравнений, решением которых будет
управляющий сигнал, под воздействием
которого объект перейдет из начального
в желаемое конечное. Для объекта с
одним управляющим входом r=1
(B-вектор)
такая последовательность определяется
однозначно, то есть единственным
решением
.
Если B
– матрица, то существует множество
решений. Для системы, описываемой
линейным дифференциальным уравнением
в непрерывном времени
,
свойство управляемости также определяется
рангом матрицы
.
Рассмотрим пример
определения управляемости движением
материальной точки в непрерывном и
дискретном времени. Исходное
дифференциальное уравнение имеет вид
,
,
где
– координата;
–
скорость движения точки. Уравнение
u(t)
задает изменение ускорения движения.
Матрица R
определяется в виде
и
имеет ранг, равный двум. Это значит, что
подобная система управляема.Для описания
управления в дискретном времени можно
использовать разностное уравнение
вида
,
,
.
Аналогично
и
такая система также управляема, причем
достижение любого конечного состояния
осуществляется за два шага.
Наблюдаемость.
Система называется наблюдаемой, если
ее текущее состояние
может быть однозначно восстановлено
на основа-нии текущей и прошлой информации
о некоторых наблюдаемых параметрах
,
связанных с x(t)
оператором известного вида
,
где
v(t)
– вектор шумов (помех) при проведении
наблюдений. Под наблюдаемостью понимается
возможность косвенного определе--ния
непосредственно не наблюдаемых
состоя-ний объекта
управления на основе определения
некоторых других величин и использования
апри-орной информации. В зависимости
от видов мно-жеств X,
Y,
оператора h
и наличия шумов можно определить большое
число вариантов постановок задачи
наблюдаемости. Пусть
.
Этот вариант называется случаем
полнокомпонентного мгновенного
наблюдения. Обычно же имеет место
ситуация, когда
,
и
n<m,
то есть имеет место неполная на-блюдаемость.
Рассмотрим линейную систему в дискретном
времени
,
где
– вектор наблюдаемых пара-метров; h
– матрица размером
;
G
– матрица размером
.
Действие управления всегда можно
определить и поэтому общность решения
не пострадает, если положить
.
Пусть теперь получены наблюдения
.
Тогда можно записать следующую систему:
,
…,
.
В векторной форме :
.
Состояние
,
а значит и текущее состояние
,
можно определить тогда и только тогда,
когда матрица R
имеет максимальный ранг, рав-ный m.
Общий размер R
равен
.
Если ранг R
меньше m,
то имеет место неполная наблюдаемость.
Если n=1,
то R
– квадратная матрица размером
и можно однозначно определить
.
Все
эти определения могут быть легко
обобщены на случай описания системы
нелинейными уравнениями в непрерывном
или дискретном времени. Пусть
.
Для
однозначного определения
по наблюдениям
необходимо, чтобы
,
.
