Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

TO THE PROBLEM ON LIMIT CYCLE OF THE SELF-OSCILLATORY TYPE SYSTEM

Solodovnik N.V. 1 Polyanina A.S. 1
1 Kamyshin Technological Institute branch of Volgograd State Technical University
This article discusses the method for constructing of systems of nonlinear ordinary first-order differential equations with asymptotically stable integral curves. The approach to modeling such systems is reduced to using the Lyapunov’s function. In the phase space of the system isolated trajectories are observed. They are stable limit cycles. The necessary dynamic properties of the system are achieved by introducing into the structure of equations specific stabilizing functions of the system variables. Numerical modeling of typical modes of the system under various initial conditions is carried out. It is possible to estimate the exit time of the trajectory on the limit cycle. The obtained differential equations constitute the self-oscillatory type system and can be used as generators of program trajectories of movement of various control objects.
differential equations
control
stability
limit cycle

В настоящее время в связи с решением современных задач управляемых колебательных процессов особое место занимает активно развивающаяся теория многоканальных генераторов различной природы в управляемой динамике механических систем. Важной задачей является создание систем управления, обеспечивающих устойчивое движение объекта по траекториям различного вида. Построенная в работе система имеет инвариантное асимптотически устойчивое многообразие, являющееся поверхностью уровня некоторой функции [1]. Траектории системы не могут пересечь многообразие, что приводит к стабилизации движений системы в его окрестности. В таких системах возникают автоколебания. Работа представляет интерес для траекторных задач в робототехнике [4], при управлении автоколебательными мультивибраторами. В фазовом пространстве системы наблюдается образование устойчивых предельных циклов – траекторий движения точек стопы шагающего движителя [5]. Автоколебательные мультивибраторы относятся к генераторам релаксационного типа, у которых форма генерируемых колебаний резко отличается от синусоидальной.

Постановка задачи. Рассмотрим систему автоколебаний. Модель такого типа можно представить в следующем виде

sol1.wmf (1)

где sol2.wmf Построенная вектор-функция управления

sol3.wmf

должна обеспечить стабилизацию системы по четырем каналам в окрестности многообразия W, определяемого уравнением

sol5.wmf.

Требуемые управления с обратной связью ищутся в виде:

для каналов первой подсистемы

sol6.wmf

для каналов второй подсистемы

sol7.wmf

Далее задача сводится к нахождению управляющих параметров.

Метод решения. Применяя схему вывода [1], получим коэффициенты управления:

для первой подсистемы

sol8.wmf (2)

для второй подсистемы

sol9.wmf (3)

где sol10.wmf

Для этого использовалось следующее условие инвариантности многообразия ?:

sol11.wmf

sol12.wmf

где знаки sol13.wmf либо sol14.wmf берутся перед коэффициентами управляющих функций sol15.wmf, sol16.wmf, в зависимости от того sol17.wmf либо sol18.wmf стоят перед членами первой степени sol19.wmf, sol20.wmf, sol21.wmf, управления.

Таким образом, при выполнении соотношений (2), (3) на управляемые параметры, поверхность W будет являться инвариантным многообразием системы (1).

В частности, управления

sol23.wmf

при sol24.wmf, будут стабилизировать траектории движения в окрестности многообразия W.

Следовательно, поверхность ? является инвариантным асимптотически устойчивым многообразием [3] системы управления (1).

Численное моделирование. В работе рассмотрен ряд таких моделей автоколебательного типа посредствам изменения значений коэффициентов функций управления. Каждый из случаев был проиллюстрирован при различных начальных условиях:

sol26.wmf

Например, при начальных условиях sol27.wmf, sol28.wmf, интегральные трубки в подпространстве первой подсистемы приведены на рис. 1, второй подсистемы – на рис. 2.

По фрагментам численного моделирования, отвечающим различным начальным условиям, в каждой из рассмотренных задач можно оценить время стабилизации траекторий движения. Устойчивые предельные циклы, принадлежащие этим поверхностям, представляют собой замкнутые гладкие кривые по форме, близкой к прямоугольной.

solod1.tiff

Рис. 1. Интегральные трубки в подпространстве sol29.wmf

solod2.tiff

Рис. 2. Интегральные трубки в подпространстве sol30.wmf

Заключение. Получены стабилизирующие управления для решения задач управления нелинейными системами. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании систем управления робототехническими комплексами, при проектировании детектирующих устройств переходных процессов движения по траекториям с участками близкими к прямолинейным [3, 4].