The mathematical modelling of the dynamics of systems with redundant coordinates in the neighborhood of steady motions

Бесплатный доступ

This paper describes a method of use of equations in M.F. Shul'gin's form in Lagrangian variables for steady motion stability and stabilization problems of systems with geometric constraints. These equations of motion are free from Lagrange multipliers; we substantiate their advantage for solving stability and stabilization problems. Depended coordinates corresponding to zero solutions of characteristic equation are allocated in the disturbed equations of motion. These variables are necessarily present in systems with geometric constraints for any control method. It is suggested to present equations of motion in Routh variables for finding stabilizing control coefficients; Lagrangian variables are more useful for constructing an estimation system of object state. In addition to previous results, we evaluate the ability to reduce the dimension of measured output signal obtained in conformity with the chosen modelling method. Suppose the state of system is under observations and the dimension of measurement vector is as little as possible. Stabilizing linear control law is fulfilled as feedback by the estimation of state. We can determine uniquely the coefficients of linear control law and estimation system can be determined uniquely by solving of the corresponding linear-quadratic problems for the separated controllable subsystems using the method of N.N. Krasovsky. The valid conclusion about asymptotical stability of the original equations is deduced using the previously proved theorem. This theorem is based on the nonlinear stability theory methods and analysis of limitations imposed by the geometric constraints on the initial disturbances.

Еще

Geometric constraints, redundant coordinates, m.f. shul''gin''s equations, stability, stabilization, steady motion

Короткий адрес: https://sciup.org/147159425

IDR: 147159425   |   DOI: 10.14529/mmp170203

Список литературы The mathematical modelling of the dynamics of systems with redundant coordinates in the neighborhood of steady motions

  • Справочник по теории автоматического управления/под ред. А.А. Красовского. -М.: Наука, 1987.
  • Кунцевич, В.М. Синтез систем автоматического управления с помощью функций Ляпунова/В.М. Кунцевич, М.М. Лычак. -М.: Наука, 1977.
  • Румянцев, И.В. Об устойчивости стационарных движений спутников/И.В. Румянцев. -М.: ВЦ АН СССР, 1967.
  • Шульгин, М.Ф. О некоторых дифференциальных уравнениях аналитической динамики и их интегрировании/М.Ф. Шульгин. -Ташкент: Изд-во САГУ, 1958.
  • Лурье, А.И. Аналитическая механика/А.И. Лурье. -М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1961.
  • Ляпунов, А.М. Лекции по теоретической механике/А.М. Ляпунов. -Киев: Наукова думка, 1982.
  • Новожилов, И.В. Уравнения движения механических систем в избыточном наборе переменных/И.В. Новожилов, М.Ф. Зацепин//Сборник научно-методических статей по теоретической механике. Вып. 18. -М.: Высшая школа, 1987. -С. 62-66.
  • Зенкевич, С.Л., Ющенко, А.С. Основы управления манипуляционными роботами/С.Л. Зенкевич, А.С. Ющенко. -М.: Изд-во Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, 2004.
  • Красинская, Э.М. О развитии научных методов школы М.Ф. Шульгина в применении к задачам устойчивости и стабилизации равновесий мехатронных систем с избыточными координатами/Э.М. Красинская, А.Я. Красинский, К.Б. Обносов//Сборник научно-методических статей. Теоретическая механика. Т. 28. -М.: Изд-во Московского гос. ун-та, 2012. -С. 169-184.
  • Красинская, Э.М. Об устойчивости и стабилизации равновесия механических систем с избыточными координатами/Э.М. Красинская, А.Я. Красинский//Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. -2013. -№ 3. -С. 347-376.
  • Ляпунов, А.М. Собрание сочинений. Т. 2/А.М. Ляпунов. -М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1956. -481 с.
  • Малкин, И.Г. Теория устойчивости движения/И.Г. Малкин. -М.: Наука, 1966.
  • Каменков, Г.В. Устойчивость и колебания нелинейных систем. Избранные труды. Т. 2/Г.В. Каменков. -М.: Наука, 1972. -215 с.
  • Красинский, А.Я. О методе исследования одного класса задач стабилизации при неполной информации о состоянии/А.Я. Красинский, Э.М. Красинская//Труды международной конференции Динамика систем и процессы управления. -Екатеринбург: Изд-во Ин-та математики и механики им. Н.Н. Красовского Уральского отделения Российской академии наук, 2015. -С. 228-235.
  • Красинский, А.Я. Об одном методе исследования устойчивости и стабилизации неизолированных установившихся движений механических систем/А.Я. Красинский//Избранные труды VIII Международного семинара Устойчивость и колебания нелинейных систем управления. -М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2004. -С. 97-103.
  • Красинская, Э.М. Об одном методе исследования устойчивости и стабилизации установившихся движений механических систем с избыточными координатами/Э.М. Красинская, А.Я. Красинский//Материалы XII Всероссийского совещания по проблемам управления (ВСПУ-2014). -М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. -С. 1766-1778.
  • Красинский, А.Я Моделирование динамики стенда GBB 1005 BALL AND BEAM как управляемой механической системы с избыточной координатой/А.Я. Красинский, Э.М. Красинская//Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. -2014. -№ 1. -С. 282-297.
  • Yu, W. Nonlinear PD Regulation for Ball and Beam System/W. Yu//International Journal of Electrical Engineering Education. -2009. -V. 46, № 1. -P. 59-73.
  • Min-Sung Koo. Adaptive Nonlinear Control of a Ball and Beam System Using Centrifugal Force Term/Min-Sung Koo, Ho-Lim Choi, Jong-Tae Lim//International Journal of Innovative Computing, Information and Control. -2012. -V. 8, № 9. -P. 5999-6009.
  • Клоков, А.С. О стабилизируемости тривиальных установившихся движений гироскопически связанных систем с псевдоциклическими координатами/А.С. Клоков, В.А. Самсонов//Прикладная математика и механика. -1985 -Т. 49, № 2. -С. 199-202.
  • Красинская, Э.М. Об устойчивости и стабилизации неизолированных установившихся движений механических систем. Голономные системы/Э.М. Красинская, А.Я. Красинский//Прикладная математика и механика: сборник научных трудов. -Ульяновск: Изд-во Ульяновского государственного технического университета, 2011. -С. 301-322
  • Красинский, А.Я. О стабилизации установившихся движений систем с циклическими координатами/А.Я. Красинский//Прикладная математика и механика. -1992. -№ 56. -С. 939-950.
  • Aiserman, M.A. Stabilitaet der gleichgewichtslage in einem nichtholonomen system/M.А. Aiserman, F.R. Gantmacher//Journal of Applied Mathematics and Mechanics. -1957. -V. 37, № 1-2. -P. 74-75.
  • Каленова, В.И. К задаче стабилизации установившихся движений систем циклическими координатами/В.И. Каленова, В.М. Морозов, М.А. Салмина//Прикладная математика и механика. -1989. -Т. 53, № 5. -С. 707-713.
  • Калман, Р., Очерки по математической теории ситем/Р. Калман, П. Фалб, М. Арбиб. -М.: УРСС, 2010.
  • Габасов, Р., Качественная теория оптимальных процессов/Р. Габасов, Ф.М. Кириллова. -М.: Наука, 1971. -508 с.
Еще
Статья научная