Введение 3
Постановка задачи 4
Обзор литературы 6
Глава 1. Описание математических моделей 8
1.1. Математическая модель движения судна 8
1.2. Математическая модель бокового ветра 12
Глава 2. Синтез закона управления 14
2.1. Линеаризация математической модели 14
2.2. Синтез базового закона управления 16
2.2.1. Описание предлагаемого подхода 16
2.2.2. Построение асимптотического наблюдателя 17
2.2.3. Синтез регулятора 20
2.3. Компенсация постоянного внешнего возмущения 22
Глава 3. Имитационное моделирование процессов управления 25
3.1. Программный комплекс 25
3.2. Примеры имитационного моделирования 30
3.2.1. Стабилизация при отклонении начальных данных ... 31
3.2.2. Компенсация воздействия бокового ветра 34
Выводы 37
Заключение 39
Список литературы 40
Приложения 42
В наше время, как и на протяжении большей части истории человечества, надводные морские подвижные объекты являются одним из наиболее эффективных средств перевозки пассажиров и различных грузов.
Однако, несмотря на значительный прогресс в их технической модернизации, из-за специфики среды, в которой они функционируют, на морские суда зачастую воздействуют внешние факторы, которые могут препятствовать достижению стоящих перед ними целей. В частности, одной из таких целей является недопущение отклонения от заданного движения.
В связи с этим подобная задача, называемая задачей стабилизации программного движения [1] морского судна, актуальности не теряет. Также она нередко является нетривиальной. Её сложность зависит от сложности модели, описывающей подвижный объект, от природы возмущений, оказывающих на него влияние, а также от специфики программного движения.
Разумеется, можно попытаться решить эту задачу «вручную», как это и происходило до относительно недавнего времени. Тем не менее очевидно, что сейчас, располагая развитым аппаратом математической теории управления, равно как и техническими возможностями его реализации, значительно более разумным и оптимальным во многих смыслах подходом является создание системы управления, автоматически стабилизирующей морской подвижный объект.
Однако динамика реальных судов в большинстве случаев описывается сложными нелинейными системами дифференциальных уравнений, к работе с которыми нет универсального подхода, поэтому нередко приходится прибегать к их упрощению путём линейного приближения. Но даже так, если линеаризованная в окрестности заданного программного движения модель динамики объекта оказывается нестационарной (то есть её параметры зависят от времени), то снова возникает недостаточность методологии.
В данной работе в рамках описанной ситуации предлагается подход к решению задачи стабилизации программного движения морского судна, применяющийся затем для работы с моделью реального объекта, а также осуществляется компьютерное моделирование процессов управления.
В ходе выполнения данной работы получены следующие основные результаты, выносимые на защиту:
1. на основе анализа соответствующей литературы сформированы математические модели движения морского судна и воздействия бокового ветра;
2. предложен и реализован подход, позволяющий решить задачу стабилизации программного движения морского судна в горизонтальной плоскости при наличии детерминированного внешнего возмущения, ограничений на управление и неполной информации о состоянии объекта управления;
3. разработан программный комплекс, с помощью которого реализовано имитационное компьютерное моделирование процессов управления.
