Робастные и инвариантные системы

Beschreibung: Дисциплина посвящена изучению современной теории управления и теории систем, методов анализа и синтеза систем управления в условиях неполной определенности. Рассматриваются неадаптивные методы управления объектами с параметрическими неопределенностями, синтез параметрически инвариантных систем, робастная стабилизация и управления. Приводятся примеры и решения задач синтеза робастных систем управления техническими системами. Задания по анализу и синтезу систем управления рассматриваются с использованием пакетов прикладных программ Simulink Toolbox, Robust Control Toolbox интегрированной среды MatLab.

Betrag der Credits: 5

Пререквизиты:

• Автоматизация технических систем

Arbeitsintensität der Disziplin:

Komponente: Компонент по выбору

Zyklus: Профилирующие дисциплины

Цель

• Формирование у обучающихся профессиональных компетенций применения методов современной теории автоматического управления, предназначенных для синтеза систем управления, устойчивых по заданному критерию при условии параметрической или структурной неопределенности.

Задача

• изучение методов теории робастного управления, основных приемов синтеза робастных регуляторов автоматических систем, методов исследования сложных явлений в процессах управления техническими системами в условиях неопределенности;
• освоение математического аппарата, лежащего в основе методов синтеза и анализа робастных и инвариантных систем управления;
• освоение пакетов прикладных программ Simulink Toolbox, Robust Control Toolbox среды MatLab для решения прикладных задач;
• приобретение практических навыков синтеза робастных регуляторов автоматических систем.

Результат обучения: знание и понимание

• показывать знания современной теории управления и теории систем, методов и средств синтеза систем управления в условиях неполной определенности;
• оценивать расчёты по анализу устойчивости робастных и инвариантных систем управления;

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• анализировать существующую и разрабатывать самостоятельно техническую документацию, четко излагать и защищать результаты комплексной инженерной и научной деятельности в области автоматизации и управления;

Результат обучения: формирование суждений

• применять самостоятельно методы и средства познания, осознавать перспективность профессионального саморазвития и самосовершенствования, уметь критически оценивать свои достоинства и недостатки;

Результат обучения: коммуникативные способности

• представлять результаты инженерных задач и научных исследований;

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• применять методы теории автоматического управления для синтеза робастных и инвариантных систем;
• применять программные средства вычислительной техники для анализа и синтеза робастных и инвариантных систем.

Lehrmethoden

интерактивная лекция (применение активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мотивационная речь);

информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ);

поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения).

Bewertung des Wissens der Studierenden

Die Bewertungspolitik der Lernergebnisse nach Arbeitstyp

Bewertungsbogen

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Введение в робастные системы. Понятие неопределенного объекта. Проблемы управления в условиях неопределенности.
• Виды неопределенности. Параметрическая неопределенность. Частотная неопределенность. Нестационарные и нелинейные возмущения. Вероятностный подход к робастности.
• Основные методы управления неопределенными объектами. Классификация основных методов управления неопределенными объектами. Структурные схемы систем управления.
• Анализ систем с неопределенностями. Грубость свойств систем управления. Грубость свойств устойчивости по отношению к параметрическим возмущениям. Грубость свойств устойчивости по отношению к структурным возмущениям.
• Методы теории чувствительности. Аппарат функций траекторной чувствительности. Функции чувствительности алгебраических и геометрических спектров матриц. Оценка чувствительности с помощью чисел обусловленности матриц. Сведение задачи чувствительности к задаче анализа структурных свойств – управляемости, наблюдаемости и инвариантности.
• Системы с интервальными параметрами. Метод В.Л.Харитонова.
• Неадаптивные методы управления объектами с параметрическими неопределенностями. Основные положения обобщенного модального управления. Модальноробастное управление многомерными объектами.
• Синтез параметрически инвариантных систем. Алгебраические проблемы параметрической инвариантности: аналитические возможности аппарата траекторной чувствительности.
• Робастное интервальное управление.
• Синтез робастных систем управления.
• Синтез робастных систем с ПИД-регулятором.
• Робастная система с внутренней моделью.
• Робастная стабилизация и управления.
• Управление объектом первого порядка. Робастная стабилизация с помощью регулятора низкого порядка
• Нелинейное робастное управление многомерным объектом.

Основная литература

• Бобцов А.А., Никифоров В.О., Пыркин А.А., Слита О.В., Ушаков А.В. Методы адаптивного и робастного управления нелинейными объектами в приборостроении: учебное пособие для высших учебных заведений. – СПб: НИУ ИТМО, 2013. – 277 c.
• Поляк Б.Т. Робастная устойчивость и управление / Б.Т.Поляк, П.С. Щербаков. – М.:Наука, 2002.-303с.
• Дорф Ричард. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп; Пер. с англ. Б. И. Копылова. - Москва : Лаб. Базовых Знаний : ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002. - 831 с.
• Герасимов Д. Н. Адаптивное и робастное управление динамическими системами. Практикум для выполнения лабораторных, практических и курсовых работ : учебное пособие / Д. Н. Герасимов, А. В. Парамонов, В. О. Никифоров. — Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2020. — 149 с.

Дополнительная литература

• Ким, Д. П. Теория автоматического управления. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы : учебник и практикум для вузов. – Москва: Издательство Юрайт, 2023. - 441 с. URL: https://urait.ru/bcode/513236.
• Бобцов А.А., Пыркин А.А. Адаптивное и робастное управление с компенсацией неопределенностей. Учебное пособие. - СПб.: НИУ ИТМО, 2013. - 135с.
• Цыкунов А.М. Робастное управление с компенсацией возмущений. - Москва : Физматлит, 2012. – 298 с.
• Моделирование систем : учебное пособие / И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, А.А. Третьяков. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. – 96 с.
• Лазарев В.Л. Робастное управление в биотехнологической промышленности: Учеб. пособие. СПб.: Университет ИТМО; ИХиБТ, 2015. 196 с