Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Осокін В.С. Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 173 «Авіоніка» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2025.
Підготовка здійснювалася на кафедрі систем керування літальними апаратами Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України.
Дисертаційна робота присвячена розробці інваріантної до збурень системи керування оптичною віссю камери для авіаційних і космічних застосувань, що
дозволяє стабілізувати і контролювати зображення з оптичних приладів з високою точністю в умовах невизначених зовнішніх збурень.
Тематика дослідження пов’язана з розробкою систем керування, які мають інваріантність до збурень і забезпечують стабільне керування оптичною віссю камери в умовах невизначених і змінних зовнішніх впливів. Системи стабілізації та керування, які здатні працювати з високою точністю в умовах невизначеності, мають особливе значення для сучасної авіаційної та космічної техніки. Однією з найважливіших задач є забезпечення стабільності і точності автоматичних систем
керування, які керують оптичною віссю камер тепловізійних пристроїв, що використовуються на літальних апаратах різного призначення. При цьому особлива увага приділяється здатності систем до адаптації в умовах невизначених зовнішніх збурень, які можуть суттєво впливати на формування зображення для коректного розпізнавання та наведення. Для вирішення цих задач необхідне застосування новітніх методів математичного моделювання, розробки алгоритмів керування та обчислювальних засобів, які дозволяють отримати стабільну, високоточну систему керування. Дослідження фокусується на створенні систем автоматичного керування, які базуються на принципах оберненої динамічної моделі системи. Це забезпечує можливість підвищити точність і стійкість в умовах зовнішніх збурень завдяки компенсації неконтрольованих впливів у реальному часі. Особливу роль у
цьому відіграють математичні моделі, які описують динаміку систем керування оптичними системами і дозволяють передбачити її поведінку в різних умовах
експлуатації.
Метою дисертаційної роботи є підвищення точності систем автоматичного керування (САК) оптичною віссю камер шляхом розробки та впровадження інваріантної до збурень системи керування з використанням адаптивного коефіцієнту на основі оберненої динамічної моделі системи, що дозволяє досягти гарантованої точності в умовах непередбачуваних зовнішніх впливів.
У першому розділі проведено всебічний аналіз існуючих методів і алгоритмів керування, які використовуються для стабілізації та керування оптичними осями камер. Розглянуто основні сучасні підходи, зокрема зворотну динамічну систему, адаптивне керування, робастне керування та метод активного компенсування збурень, що дозволяють забезпечити високу точність роботи САК. На основі цього аналізу сформульовано вимоги до розроблення нової системи керування, яка відповідатиме сучасним викликам в авіаційній галузі.
Другий розділ присвячено розробці математичної моделі САК для керування та стабілізації оптичної осі камери, яка забезпечує гарантовану точність і стійкість
перехідних процесів при змінних зовнішніх умовах. Математична модель враховує динаміку системи стабілізації та керування оптичною системою та забезпечує
високу точність стабілізації зображення.
Третій розділ містить розробку алгоритму автоматичного керування, що забезпечує інваріантність до збурень. Запропоновано новий алгоритм формування
коефіцієнтів зворотного зв’язку на основі параметрів оптимальної системи з використанням оберененої динамічної моделі системи та додаткового контуру який
базується на наближенні змінної стану до допустимої межі та дозволяє досягати гарантованої точності стабілізації при непередбачуваних відхиленнях.
Представлено метод визначення параметрів додаткового контуру керування для забезпечення стійкості та адаптивності системи, що дозволяє системі
підлаштовуватися до змінних умов в реальному часі.
Четвертий розділ присвячено математичному моделюванню роботи розробленої системи керування гарантованої точності. Показано, що
запропонований алгоритм забезпечує високу ефективність в умовах невизначених збурень. Проведено порівняння з традиційними методами, що демонструє суттєве
покращення якості перехідного процесу керування та стабілізації. Практичне значення роботи полягає у можливості використання розробленої
системи в авіаційних та космічних системах для підвищення ефективності роботи тепловізійних камер і сенсорів. Це досягається шляхом забезпечення гарантованої
точності в роботі системи керування за умов дії невизначених збурень, зменшення похибки стабілізації та покращення якості формування і обробки зображень.
Розроблені алгоритми підвищують точність цілевказівки, зменшують вплив зовнішніх факторів, таких як вібрації та сухе тертя, і забезпечують адаптивність до
змін у зовнішньому середовищі. Система може бути інтегрована у складі сучасних тепловізійних приладів, систем наведення та автоматичного супроводження цілі, що використовуються у високоточній техніці. Її впровадження сприяє зростанню ефективності та конкурентоспроможності вітчизняних авіаційних і космічних технологій.
Практичні результати роботи реалізовані у виробничих умовах ДП «СПБ Арсенал», що підтверджується відповідним актом впровадження (Додаток Д).
Наукова новизна отриманих результатів
1. Вперше запропоновано метод формування коригуючого впливу для компенсації збурень, який базується на наближенні змінної стану до допустимої
межі. Показано, що алгоритм забезпечує гарантовану компенсацію збурень та необхідну якість перехідного процесу.
2. Вперше розроблено алгоритм забезпечення інваріантності до збурень демонструє високу ефективність за різних умов, зменшує похибку стабілізації,
підвищує точність керування та зберігає стабільність системи в умовах випадкових збурень, на які не накладаються обмеження.
3. Вперше запропоновано застосування підходу оберненої динамічної моделі системи для систем високого порядку для забезпечення стабільності та якості
перехідного процесу системи автоматичного керування, що не залежить від характеру збурень, запропонований підхід не накладає обмежень на характер
збурень оскільки не потребує їх вимірювання, що дозволяє використовувати систему в умовах змінних та непередбачуваних зовнішніх впливів.
4. Встановлений вплив кожної з алгебраїчної, диференціальної та інтегральної складових регулятора гарантування точності на динаміку системи керування, що
дозволило оптимізувати параметри регулятора для підвищення швидкодії та якості перехідного процесу і компенсацію накопиченої похибки, особливо під час
тривалих збурень.
5. Узагальнена математична постановка задачі гарантування точності керування як розв’язання алгебро–диференціальних рівнянь з обмеженнями.
Публікації. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковані у 5 наукових статтях у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України категорії «Б», у 5 тез доповідей на міжнародних науково–технічних конференціях, 1з яких матеріали конференції індексуються в Scopus.
Опис
Ключові слова
система автоматичного керування, інваріантність, невизначені збурення, оптимізація, динамічна система, стабілізація, компенсація збурень, алгоритми керування, безпілотні літальні апарати, закон керування, регулятор, оптимальне керування, моделювання, математична модель, стійкість, automatic control system, invariance, uncertain disturbances, optimization, dynamic system, stabilization, disturbance compensation, control algorithms, unmanned aerial vehicles, control law, regulator, optimal control, modeling, mathematical model, stability
Бібліографічний опис
Осокін, В. С. Інваріантна до збурень оптимальна система керування оптичною віссю камери : дис. … д-ра філософії : 173 Авіоніка / Осокін Владислав Сергійович. – Київ, 2025. – 194 с.