Анализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата (ПА), как объекта оптимального управления

Июль 27, 2022

Главная
Физика
Анализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата (ПА), как объекта оптимального управления

Содержание

2. Цели и задачи Анализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата (ПА) как объекта оптимального
3. Системы координат пространственного движения подводного аппарата Связанная и земная «неподвижная» системы координат
4. Критерии оптимизации Минимум радиуса циркуляции при пространственном маневре в горизонтальной плоскости. Минимизация времени выхода на заданный
5. Модель ПА Уравнения сил:
6. Модель ПА Уравнения моментов:
7. Создание моделирующего комплекса в среде «МВТУ» Структура управления:
8. Нелинейности в моделях устройств Скоростная характеристика сервомотора без зоны нечувствительности предикатное описание; оператор В.Н. Козлова: Динамическая
9. Математическая модель гидравлического сервопривода регулирующего клапана турбины где ϕн , ϕв и v вычисляются по формулам:
10. Модель рулевой машины - нелинейное динамическое звено типа «упор» Уравнения
11. Элемент – Динамическое нелинейное звено типа «Гистерезис» Структурное представление гистерезисного звена
12. Реализация в МВТУ
13. Разработана сетевая версия
14. Блок управления
15. ВИРТУАЛЬНЫЙ ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ
16. Внешний вид пульта управления и индикации
17. Внешний вид дополнительных панелей анимации
18. Анимированные панели управления и диагностики
19. Вычислительные эксперименты Анализ поведения системы при отключенном контуре стабилизации глубины. Анализ модели при идеальном удержании крена
20. Результаты
21. Сравнение поведения ПА при «правильном вираже» с ЛА Минимум радиуса циркуляции и минимум времени выхода на
22. Зависимости радиуса циркуляции и угловой скорости от скорости хода и положения руля при ограничениях угла крена
23. Сравнение выявленных закономерностей для ПА с известными закономерностями для летательных аппаратов (ЛА) при осуществлении ЛА правильного
25. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПА НА ЦИРКУЛЯЦИИ ОДНОВРЕМЕННО ПО ДВУМ КРИТЕРИЯМ: МИНИМУМИЗАЦИЯ РАДИУСА ЦИРКУЛЯЦИИ и -
27. Сравнение качества выполненя глубокой циркуляции (разворот на 180 градусов) для различных значений максимально допустимого крена: 5,
28. Варианты функционально-алгоритмической структуры УС
30. Основные результаты 1. Систематизированы основные положения математического моделирования динамики комплекса «Подводный аппарат – рулевые устройства –
31. 4. Отработана технология создания в среде «МВТУ» компьютерных тренажеров с реализацией виртуальных панелей пультов управления. Продемонстрирована
32. 6. Разработан ИВК в сетевом варианте с реализацией обмена информацией по протоколу TCP/IP с : Моделями
33. 7. Создана применительно к ранним стадиям проектирования Система Автоматизированного Проектирования (САПР) функциональных, алгоритмических, технических и других
34. 9. Выявлен ряд важных, быть может ранее не полностью вскрытых, свойств ПА как многомерного объекта оптимального
36. Скачать презентацию

Слайд 2

Цели и задачи
Анализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата

(ПА) как объекта оптимального управления
Сравнительный анализ процессов пространственного маневрирования в горизонтальной плоскости для ПА и летательных аппаратов
Синтез на основе полученных результатов различных вариантов функциональной и алгоритмической структур оптимального управления процессами пространственного маневрирования ПА в экстремальных ситуациях с организацией скоординированных воздействий на силовую установку аппарата (двигательно-движительный комплекс - ДДК) и рулевые устройства (рулевые машины) вертикальных (ВР) и горизонтальных (ГР) рулей при обеспечении условий безопасности плавания, заданных в виде ограничений на потенциально опасные координаты объекта - крен и дифферент (тангаж).

Слайд 3

Системы координат пространственного движения подводного аппарата
Связанная и земная «неподвижная» системы координат

Слайд 4

Критерии оптимизации
Минимум радиуса циркуляции при пространственном маневре в горизонтальной плоскости.
Минимизация времени

выхода на заданный курс
Соблюдение наложенных ограничений на опасные координаты - крен и дифферент

Слайд 5

Модель ПА
Уравнения сил:

Слайд 6

Модель ПА
Уравнения моментов:

Слайд 7

Создание моделирующего комплекса в среде «МВТУ»
Структура управления:

Слайд 8

Нелинейности в моделях устройств
Скоростная характеристика сервомотора без зоны нечувствительности
предикатное описание;
оператор

В.Н. Козлова:

Динамическая нелинейная характеристика типа «упор»:

предикатное описание:

оператор В.Н. Козлова:

Слайд 9

Математическая модель гидравлического сервопривода регулирующего клапана турбины
где ϕн , ϕв и

v вычисляются по формулам:

Слайд 10

Модель рулевой машины - нелинейное динамическое звено типа «упор»
Уравнения

Слайд 11

Элемент – Динамическое нелинейное звено типа «Гистерезис»

Структурное представление гистерезисного звена

Слайд 12

Реализация в МВТУ

Слайд 13

Разработана сетевая версия

Слайд 14

Блок управления

Слайд 15

ВИРТУАЛЬНЫЙ ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ

Слайд 16

Внешний вид пульта управления и индикации

Слайд 17

Внешний вид дополнительных панелей анимации

Слайд 18

Анимированные панели управления и диагностики

Слайд 19

Вычислительные эксперименты
Анализ поведения системы при отключенном контуре стабилизации глубины.
Анализ модели при

идеальном удержании крена при помощи воображаемых дополнительных механизмов ПА (носовых горизонтальных рулей (НГР)) и при наличии контура стабилизации глубины.
Анализ модели без ограничения на крен и при наличии контура стабилизации глубины.
Выявление оптимальных по критериям быстродействия и минимизации радиуса циркуляции значений перекладки вертикального руля и скорости хода при стабилизации глубины и осуществлении глубоких маневров по курсу при различных ограничениях на допустимый крен.

Слайд 20

Результаты

Слайд 21

Сравнение поведения ПА при «правильном вираже» с ЛА
Минимум радиуса циркуляции и

минимум времени выхода на курс достигается в одной точке!!!!

Минимум радиуса циркуляции и минимум времени выхода достигаются при разных значениях скорости V

Слайд 22

Зависимости радиуса циркуляции и угловой скорости от скорости хода и положения

руля при ограничениях угла крена

Слайд 23

Сравнение выявленных закономерностей для ПА с известными закономерностями для летательных аппаратов

(ЛА) при осуществлении ЛА правильного виража

Зависимость от времени радиуса и времени выполне ния правильного установившегося виража
Остославский И.В., Стражева И.В. Динамика полета. Траектории летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1969. (гл. IX «Движение летательного аппарата в горизонтальной плоскости. Понятие о пространственном маневре», с. 278 – 298).

Слайд 24

Слайд 25

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПА
НА ЦИРКУЛЯЦИИ ОДНОВРЕМЕННО ПО ДВУМ КРИТЕРИЯМ:
МИНИМУМИЗАЦИЯ

РАДИУСА ЦИРКУЛЯЦИИ и
- МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ВЫХОДА НА ЗАДАННЫЙ КУРС

См. Файл «YU_PA1.MOD»

Слайд 26

Слайд 27

Сравнение качества выполненя глубокой циркуляции
(разворот на 180 градусов)
для различных

значений максимально допустимого крена: 5, 10, 15, 20, 25, 30 градусов.
При этом начальная скорость в каждом случае будет одинакова - 14 м/с.

Слайд 28

Варианты функционально-алгоритмической структуры УС

Слайд 29

Слайд 30

Основные результаты
1. Систематизированы основные положения математического моделирования динамики комплекса «Подводный аппарат

– рулевые устройства – двигательно-движительный комплекс»
2. Разработаны оригинальные математические модели существенно нелинейных динамических элементов, в частности, сервоприводов с ограничениями их скоростных характеристик и нелинейностями типа «упор», гистерезисных элементов, аналоговых мажоритарных элементов. Предложенные модели отмеченных и других типовых нелинейных звеньев исключают необходимость в использовании сложных предикатных описаний условий их функционирования.
3. Разработана и программно реализована в среде отечественного Программного Комплекса «Моделирование в технических устройствах» полная математическая модель пространственного движения «гипотетического» подводного аппарата (ПА) для целей исследования новых принципов управления и проектирования функциональных и алгоритмических структур систем управления рулевыми устройствами и двигательно-движительным комплексом с отображением результатов моделирования в виде графиков изменения во времени определяющих переменных (глубины, курса, скорости, крена, дифферента, положения рулей, частоты вращения гребного винта) и в виде траекторий перемещения центра тяжести ПА в Земных осях координат.

Слайд 31

4. Отработана технология создания в среде «МВТУ» компьютерных тренажеров с реализацией

виртуальных панелей пультов управления. Продемонстрирована возможность обеспечения на виртуальных панелях пультов визуализации фактических угловых перемещений корпуса ПА (крена, дифферента и других параметров), то есть реализации «анимационных эффектов».
5. Проведена серия вычислительных экспериментов по исследованию некоторых принципов и алгоритмов координированного управления рулевыми устройствами кормовых горизонтальных и вертикальных рулей и двигательно-движительным комплексом при оптимизации процессов пространственного маневрирования ПА по временным и траекторным критериям в экстремальных режимах при ограничениях на потенциально опасные координаты крен, дифферент), накладываемых условиями безопасности плавания.

Слайд 32

6. Разработан ИВК в сетевом варианте с реализацией обмена информацией по

протоколу TCP/IP с :
Моделями функциональных, алгоритмических и технических структур многоуровневой управляющей системы;
Моделями внешних аварийных возмущений, в том числе при движении ПА вблизи взволнованной поверхности моря, при выходе из строя главных движителей и переходе на режим стабилизации без хода, при резком нарушении балансировок по силам и моментам при применении, например, оружия, при нарушении герметичности прочного корпуса (затопление отсеков), при заклинках рулевых устройств и других возмущений;
Виртуальным пультом управления со всеми органами управления и приборами сигнализации и индикации, включая предложенные новые способы представления информации с элементами анимации и мультипликации;
Дисплейным пультом Руководителя обучения для задания режимов обучения, ввода аварийных нарушений.

Слайд 33

7. Создана применительно к ранним стадиям проектирования Система Автоматизированного Проектирования (САПР)

функциональных, алгоритмических, технических и других видов структур управляющих систем (УС), обеспечивающей также проведение эргономических исследований для отработки новых способов отображения информации с моделированием в реальном масштабе времени процессов управления с реальным оператором (!) за многоэкранным дисплейным пультом управления и выявление в том числе фактичеких предельных возможностей Человека при управлении объектом в в аварийных режимах и форс-мажорных ситуациях.
8. Исследованы с помощью разработанного ИМК нерешенные до настоящего времени вариационные задачи оптимального по временным и траекторным критериям пространственного маневрирования ПА в экстремальных ситуациях (задачи уклонения от оружия, предотвращения столкновений, обхода препятствий и др.) с организацией скоординированных воздействий на силовую установку аппарата и рулевые устройства при обеспечении условий безопасности осуществления маневров - выполнение ограничений на потенциально опасные координаты объекта - крен, дифферент, глубину.

Слайд 34

9. Выявлен ряд важных, быть может ранее не полностью вскрытых, свойств

ПА как многомерного объекта оптимального управления, определены структуры оптимальных траекторий, роль и взаимодействие рассматриваемой совокупности управляющих органов при оптимизации различных режимов пространственного движения объекта, а также его экстремальные (предельные) маневренные свойства (характеристики).
10. Предложены новые способы и разработаны оригинальные алгоритмы координированного управления автоматизированными рулевыми машинами и силовой установкой (ДДК), обеспечивающие близкие к оптимальным по быстродействию:
маневры ПА по курсу с одновременной минимизацией радиуса циркуляции;
пространственные маневры корабля по курсу и глубине с одновременным изменением курса и глубины.

Анализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата (ПА), как объекта оптимального управления

Содержание

Цели и задачиАнализ предельных возможностей и свойств исследуемой модели подводного аппарата

Системы координат пространственного движения подводного аппаратаСвязанная и земная «неподвижная» системы координат

Критерии оптимизацииМинимум радиуса циркуляции при пространственном маневре в горизонтальной плоскости.Минимизация времени

Модель ПАУравнения сил:

Модель ПАУравнения моментов:

Создание моделирующего комплекса в среде «МВТУ»Структура управления:

Нелинейности в моделях устройствСкоростная характеристика сервомотора без зоны нечувствительностипредикатное описание; оператор

Математическая модель гидравлического сервопривода регулирующего клапана турбины где ϕн , ϕв и

Модель рулевой машины - нелинейное динамическое звено типа «упор» Уравнения

Элемент – Динамическое нелинейное звено типа «Гистерезис» Структурное представление гистерезисного звена