ЧИСЕЛЬНИЙ МЕТОД ОБЧИСЛЕННЯ МОМЕНТІВ ПЕРЕКЛЮЧЕННЯ РЕЛЕЙНОГО УПРАВЛІННЯ В ЗАДАЧАХ МАКСИМАЛЬНОЇ ШВИДКОДІЇ
DOI:
https://doi.org/10.17721/2519-481X/2025/86-03Ключові слова:
моменти переключення, керуюче діяння, система управління, чисельний метод, оптимальне управління, квазіоптимальне управління, швидкодія, перехідний процесАнотація
Динамічні якості типових слідкуючих систем, що використовуються для управління положенням стовбура зброї, антен РЛС, пускових установок і т. ін., описуються диференційними рівняннями високого порядку. Відома в теорії автоматичного керування теорема про n-інтервали, доказана О. А. Фельдбаумом, вимагає здійснювати n керуючих діянь, що призводить до підвищеного зносу релейних перемикаючих пристроїв і потребує достатньо довгого часу на розрахунок моментів оптимального релейного управлінні. У зв’язку з цим виникають обмеження застосування оптимального управління малоінерційними системами. Це означає, що при технічній реалізації швидкого автоматичного цілевказання потрібно реалізувати оптимальний за швидкодією перехідний процес у системі автоматичного управління з великою кількістю переключень керуючого діяння. На практиці є небажаним робота приводу з частими переключеннями. Це призводить до великого навантаження, знижує його надійність та спричиняє швидкий знос його елементів. Це, в свою чергу, призводить до зниження надійності приводу та до зниження коефіцієнту бойової готовності зброї. В цьому випадку є доцільним перейти від оптимального управління до квазіоптимального шляхом зниження порядку диференційного рівняння до третього. Оптимізація в цьому випадку реалізується трьома переключеннями інтервалів керуючого діяння і достатньо повно досліджена в роботах багатьох авторів.
Розширити діапазон використання систем оптимального управління в класі малоінерційних об’єктів регулювання можна, якщо заздалегідь розрахувати моменти переключення в оптимальній та квазіоптимальній системах і визначити значення параметру в ці моменти, а потім керувати переключеннями або за програмним (часовим) законом, або по відхиленню фактичного значення параметру від розрахованого в момент переключення.
Задача синтезу оптимальної за швидкодією системи управління зводиться до синтезу такого пристрою управління системою швидкодії, яка б забезпечувала переведення вектору стану керованого об’єкта з початкової точки в кінцеву.
У статті пропонується методика розрахунку моментів переключення керуючого діяння, що створює можливість раціонального переходу від теоретично оптимального до практично реалізованого квазіоптимального управління, збільшуючи швидкодію системи наведення. Величина швидкодії зростає зі зростанням швидкості цілі та зменшенням відстані до неї. Приводи наведення засобів ураження повинні забезпечувати максимальну швидкодію для того, щоб збільшити можливість знищення цілей, які летять з великою швидкістю. Оптимальний за швидкодією процес описується диференційним рівнянням високого порядку. Кількість моментів переключення керуючого діяння дорівнює порядку диференційного рівняння. Це відомо під назвою теореми про n-інтервалів. Отже, задача визначення оптимального управління зводиться до задачі визначення моментів зміни знаку управління і кінцевого значення часу при переведенні об’єкту з однієї точки фазового простору в іншу. В роботі надається методика обчислення моментів часу чисельним методом безпосередньо з рівняння системи. В цьому випадку рішення задачі спрощується та практично не ускладняється при збільшенні порядку диференційного рівняння та при наявності обмежень на фазові координати об’єкта або у випадку змінної структури об’єкта. Метод також не залежить від виду коренів характеристичного рівняння. Цільова функція мінімізується також чисельним способом. Для її мінімізації використовується метод Нелдера-Міда. Проведений чисельний експеримент підтверджує можливість представлення системи управління n-го порядку еквівалентною системою більш низького порядку.
Посилання
1. Ladiieva L. R.(2023), «Metody optymizatsii ta osnovy poshuku optymalnykh rishen» : Navch. Posib [Optimization methods and the basis of finding optimal solutions] K.: KPI im. I. Sikorskoho. – 73 s.
2. Shtifzon O. Y., Novikov P. V., Bun V. P. (2020), «Teoriia avtomatychnoho upravlinnia.» Navch. posib.[ Theory of automatic control.]– K.: KPI im. I. Sikorskoho. – 144 s.
3. Bobrikov S.O., Bobrykov.S. A. (2023) «Syntez ta modeliuvannia optymalnoi za shvydkodiieiu slidkuiuchoi systemy».[ Synthesis and modeling of the tracking system optimal in terms of speed]// Naukovyi zhurnal « Informatyka ta matematychni metody v modeliuvanni». № 13.S.17 – 33.
4. Derets O. L., Sadovoi O.V., Derets H.O. (2021) «Alhorytm syntezu kvazioptymalnykh za shvydkodiieiu system tretoho poriadku iz aperiodychnym kovznym rezhymom» [Algorithm for the synthesis of third-order quasi-optimal systems with an aperiodic sliding regime.]// Zbirnyk naukovykh prats dniprovskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu (tekhnichni nauky). № 1.(38). S. 45 – 48.
5. Derets O.L., Derets H. O., Sadovoi O. V. (2022) «Doslidzhennia system 3-ho poriadku ,syntezovanykh iz vykorystanniam alhorytmu zabezpechennia aperiodychnoho kovznoho rezhymu.» [Research of 3rd order systems synthesized using the algorithm for ensuring an aperiodic sliding regime.] // Zbirnyk naukovykh prats Dniprovskoho derzhavnoho tekhnichnoho universytetu (tekhnichni nauky). № 1 (40). S. 106 – 114.
6. Kucherenko Yu.F.(2023) «Kontseptualni aspekty stvorennia avtomatyzovanoi systemy upravlinnia protypovitrianoiu ta protyraketnoiu oboronoiu derzhavy.» [Conceptual aspects of creating an automated control system for air and missile defense of the state.] // Naukovo-ekhnichnyi zhurnal «Systemy ozbroiennia i viiskova tekhnika». Kharkiv. Kharkivskyi Natsionalnyi universytet imeni Ivana Kozheduba. № 3 (75). S. 78 – 84.
7. Masliuk L., Havalko V., Dzhyhomon S. (2022) «Osnovni problemni pytannia ta shliakhy yikh vyrishennia pry stvorenni avtomatychnykh system upravlinnia raketnykh viisk i artylerii»
[Main problematic issues and ways to solve them in the creation of automatic control systems of missile forces and artillery].//Naukovyi zhurnal «Suchasni informatsiini tekhnolohii u sferi bezpeky i oborony». Kyiv. Naukovyi instytut oborony Ukrainy. № 45 (3). S. 63 – 68.
8. Kryvonos I.Iu. (2023) «Pro zadachi optymizatsii protsesu sposterezhennia»[On the tasks of optimizing the monitoring process].// Mizhnarodnyi naukovo-tekhnichnyi zhurnal «Problemy keruvannia ta informatyky». Kyiv. Instytut kibernetyky im. V .M. Hlushkova NAK Ukrainy. № 1. S. № 30 – 41.
9. Semchak O.B. Bohdanova O. H.(2024) « Problemy ta perspektyvy rozvytku avtomatyzovanykh system upravlinnia tsilevkazannia»[ Problems and prospects for the development of automated targeting control systems] // Zbirnyk naukovykh prats viiskovoho instytutu Kyivskoho natsionalnoho universytetu imeni Tarasa Shevchenka. . Kyiv. Vypusk № 82
10. Bohach A. S., Chahan Yu. A., Marchenko Ya. V., Lykov V. V. (2020) «Shchodo pytannia zbilshennia dalnosti ta tochnosti strilby stvolnykh kompleksiv ozbroiennia» [Regarding the issue of increasing the range and accuracy of firing of barreled weapons systems] . //Zbirnyk tez dopovidei Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii “Perspektyvy rozvytku ozbroiennia ta viiskovoi tekhniky Sukhoputnykh viisk” – Lviv. 14-15 travnia. Natsionalna akademiia Sukhoputnykh viisk imeni hetmana Petra Sahaidachnoho. S. 12.
11 Holovan V., Holovan A., Herasymov V., Malyshkin O. (2023) «Perspektyvni napriamky rozvytku radiolokatsiinykh zasobiv raketnykh i artylerii» [Prospective directions of development of missile and artillery radar equipment] Zbirnyk tez dopovidei V Mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii “Spilni dii viiskovykh formuvan i pravookhoronnykh orhaniv derzhavy: problemy ta shliakhy vyrishennia v umovakh voiennoho stanu”. Odesa. Viiskova akademiia. 20.10.2023. S. 35-36.
12. Andrukhov S.(2023) «Osnovni chynnyky, shcho maiut naibilshyi vplyv na efektyvnist funktsionuvannia system upravlinnia artyleriieiu». [The main factors that have the greatest impact on the effectiveness of artillery control systems]. Zbirnyk tez dopovidei V mizhnarodnoi naukovo-praktychnoi konferentsii «Spilni dii viiskovykh formuvan i pravookhoronnykh orhaniv derzhavy, problemy ta shliakhy vyrishennia v umovakh voiennoho stanu». Odesa. Viiskova akademiia. 20.10.23. S. 15-16.
13.. Senkyn V.S., Siutkyna-Doronyna S.V.(2019) «Do vyboru metodiv, shcho vykorystovuiutsia pry optymizatsii proektnykh parametriv upravlinnia raketnym obiektom». [To the selection of methods used in the optimization of design parameters of missile object management.]// Tekhnichna mekhanika. 2019. № 1 . S. 38 – 52. 14. Klimovych S.O., Pushtaryk O.V. (2023). «Variant budovy systemy upravlinnia radiozasobamy z shyrokosmuhovymy syhnalamy»[Variant of the structure of the control system of radio means with broadband signals.] Міzhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia "Zastosuvannia informatsiinykh tekhnolohii u pidhotovtsi ta diialnosti syl okhorony pravoporiadku". 15 bereznia 2023 r./ Zbirnyk tez dopovidei. - Kharkiv. Natsionalna akademiia Natsionalnoi hvardii Ukrainy. Kharkivskyi Natsionalnyi unyversytet radioelektroniky. 2023. S.23-24. 15.Andrushko M.M., Arkushenko P.L., Andrushko A.M. Kuzmic O.Ie (2023). «Vprovadzhennia system avtomatyzovanoho zboru i obrobky informatsii na doslidnykh zrazkakh ozbroiennia ta viiskovoi tekhniky». [Implementation of systems for automated collection and processing of information on experimental samples of weapons and military equipment.] Mizhnarodna naukovo-praktychna konferentsiia "Zastosuvannia informatsiinykh tekhnolohii u pidhotovtsi ta diialnosti syl okhorony pravoporiadku". 15 bereznia 2023./ Zbirnyk tez dopovidei. - Kharkiv. Natsionalna akademiia Natsionalnoi hvardii Ukrainy. Kharkivskyi Natsionalnyi universytet radioelektroniky. 2023. S. 31-32.






