Курсовая работа: Математическая модель в пространстве состояний линейного стационарного объекта управления
Введем расширенный вектор
состояния .
Тогда матрица Z будет иметь следующий вид: ,
или в численном виде
.
Собственные значения матрицы
: .
Зная собственные значения
и собственные вектора матрицы Z,
построим матрицу
По определению все
решения должны быть устойчивы при любых начальных условиях , т.е. при . Чтобы не оперировать
комплексными числами, осуществим следующий переход. Пусть:
Тогда матрица формируется следующим
образом:
.
Можно показать, что
матрицу можно получить из прямой матрицы собственных векторов:
,
.
Установившееся решение
уравнения Риккати, полученное с помощью скрипта Solve_Riccati_Method_Diag.m. имеет
вид:
Весовые матрицы и такие же как и в пункте
(5.1.1).
Матрицы тоже аналогичны.
Запишем уравнение Риккати
.
Зная, что , решаем уравнение методом
обратного интегрирования на достаточно большом интервале (примерно 10 с.),
получим установившееся решение с помощью скрипта
Solve_Riccati_Method_Revers_Integr.m.:
Рис.22. Графики решения уравнения Риккати.
Найдем разницу между
решениями уравнения Риккати в пунктах 5.1.1 и 5.1.2:
Выводы: сравнивая решения полученные в
пунктах 5.1.1 и 5.1.2 можно сказать, что решения уравнения Риккати первым и
вторым методами совпадают с заданной точностью. Погрешность расхождения решений
невелика.
Используя скрипт AKOR_stabilizaciya_na_polybeskon_interval.m получим коэффициенты регулятора, фазовые координаты системы
и управление.
Рис.23. Графики коэффициентов регулятора
обратной связи.
Рис.24. Графики фазовых координат.
Рис.25. График управления.
Выводы: т.к. решения уравнения Риккати
методом диагонализации и интегрирования в обратном времени дают практически
одинаковый результат, то можно считать, что задача АКОР – стабилизации на
полубесконечном интервале решена с заданной точностью.
Рассмотрим линейный
объект управления, описываемый системой дифференциальных уравнений в нормальной
форме
Начальные условия для заданной
системы
Время стабилизации .
Необходимо получить закон
управления
минимизирующий функционал вида
Закон оптимального
управления в данной задаче имеет вид
Матричное дифференциальное уравнение
Риккати будет иметь следующий вид:
Если
обозначить то можно записать
Уравнение замкнутой
скорректированной системы примет вид
Матрицы заданы
в пункте 5.1.1.
Весовые матрицы и имеют следующий вид:
, .
Используя скрипт AKOR_stabilizaciya_na_konech_interval.m получили следующие результаты:
Рис.26. Графики решения уравнения Риккати.
Рис.27. Графики коэффициентов регулятора
обратной связи.
Рис.28. Графики фазовых координат.
Рис.29. График управления.
Сравним, как стабилизируется
система управления с постоянными и переменными коэффициентами регулятора
обратной связи на начальном этапе:
Рис.30. Графики фазовых координат.
Выводы: из графиков видно, что система, у
которой коэффициенты регулятора меняются со временем, стабилизируется не хуже,
чем, система, у которой коэффициенты регулятора не изменяются.
Рассмотрим систему вида
,
где – возмущающее
воздействие.
Матрицы заданы в пункте 5.1.1.
Весовые матрицы и имеют следующий вид:
, .
Начальные условия для заданной
системы .
Время стабилизации .
Задаем возмущающее
воздействие только на первую координату, так как только она имеет значение
и .
Решение задачи
стабилизации сводится к решению уравнения Риккати
с начальными условиями:
Введём вспомогательную
вектор-функцию , ДУ которой имеет
вид:
с начальными условиями: .
Управление определяется
по формуле:
.
Используя скрипт AKOR_stabilizaciya_pri_vozmusheniyah.m, получили следующие результаты:
Рис.31. Графики решения уравнения Риккати.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 |