Синтез алгоритмов управления для динамического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата

В данной работе представлен подход к синтезу алгоритмов управления для динамического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА). Сначала строится нелинейная модель АНПА, которая затем упрощается для облегчения процесса синтеза. Далее строится система нечёткого вывода типа Такаги-Сугено с velocity-based подсистемами для аппроксимации упрощённой нелинейной модели. Целью управления является обеспечение глобальной асимптотической устойчивости желаемой позиции АНПА. Условия устойчивости представлены в виде системы линейных матричных неравенств, в ходе решения которой синтезируется нечёткий стабилизирующий регулятор. Для демонстрации эффективности подхода представлены результаты компьютерного моделирования процессов управления.

Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 7
Глава 1. Теория, методы и алгоритмы 9
1.1. Система нечёткого вывода Такаги–Сугено . . . . . . . . . . . 9
1.1.1. Структура T–S FIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.2. Устойчивость T–S FIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2. Параллельный распределённый регулятор . . . . . . . . . . . 12
1.2.1. Структура PDC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.2. Устойчивость замкнутой системы . . . . . . . . . . . . 13
1.2.3. Синтез статического PDC по состоянию . . . . . . . . 14
1.3. Построение T–S FIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.1. Семейство velocity-based линеаризаций . . . . . . . . . 18
1.3.2. T–S FIS c V-B подсистемами . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4. Закон управления на основе V-B T–S FIS . . . . . . . . . . . 21
Глава 2. Математическая модель объекта управления 24
2.1. Общий вид математической модели движения АНПА . . . . . 24
2.2. Структура уравнений движения АНПА . . . . . . . . . . . . . 26
2.3. Модификация модели движения АНПА . . . . . . . . . . . . 30
Глава 3. Реализация алгоритмов управления 33
3.1. Аппроксимация динамики АНПА с помощью T–S FIS . . . . 33
3.2. Синтез PDC для ДП АНПА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Выводы 46
Заключение 48
Список литературы 49
Приложения 55

В ходе выполнения данной работы получены следующие основные
результаты, выносимые на защиту:

1. На основе исходной физической модели АНПА создана её аппроксима-
ция в форме системы нечёткого вывода Такаги–Сугено с velocity-based
подсистемами, которая используется для синтеза закона управления.
2. Синтезирован стабилизирующий закон управления, объединяющий
PDC и T–S FIS в единую систему управления и решающий задачу
динамического позиционирования АНПА.
3. Разработан программный комплекс, реализующий исходную матема-
тическую модель объекта управления, процесс построения T–S FIS и
процедуру синтеза PDC. Произведено имитационное компьютерное
моделирование процессов управления.