В статье предлагается численный алгоритм построения сплайн-функций Ляпунова для исследования абсолютной устойчивости нелинейных нестационарных систем. В случае асимптотической устойчивости системы выполнение алгоритма приведет к построению поверхности уровня функции Ляпунова в виде кусочно-гладкой (гладкой, при выполнении дополнительных условий) замкнутой поверхности размерности, равной размерности исходной системы. Показано, что данный алгоритм позволяет существенно улучшить оценки границы устойчивости, получаемые с помощью частотных методов. В отличие от алгоритма построения кусочно-линейных функций Ляпунова, время работы предлагаемого алгоритма построения сплайн-функций Ляпунова не стремится к бесконечности при приближении системы к границе устойчивости. Данное обстоятельство позволяет использовать модифицированный алгоритм для определения устойчивости систем, находящихся близко к границе устойчивости. Приведены оценки точности определения области устойчивости на примере конкретной системы 3-го порядка. Даны рекомендации по выбору начальных условий работы алгоритма. Ключевые слова: дифференциальные включения, нелинейные нестационарные системы, абсолютная устойчивость, функции Ляпунова, области устойчивости, сплайн Безье, полиномы Бернштейна.
The paper proposes a method for constructing guaranteed regions of stability of nonstationary nonlinear systems on the plane of parameters of a fuzzy PID controller. It is shown that this method allows to determine the full stability areas, which are significantly larger than the areas determined by classical methods (frequency circle criterion, quadratic Lyapunov functions). This improvement is achieved by using the algorithm for constructing spline Lyapunov functions. This type of Lyapunov functions is based on the necessary and sufficient conditions of stability, while the classical methods are only sufficient conditions of stability. In this regard, on the basis of the proposed method, it is possible to calculate the maximum sizes of the sectors in which the nonlinear characteristics in the channels of the fuzzy PID controller should be located. Examples of the synthesis of fuzzy P, PI, PID controllers for a nonstationary control object of the third order are given. Numerical experiments show that the expansion of the boundaries of nonlinear characteristics allows to improve the accuracy in the steady state, and also to almost double the speed of the automatic control system with a nonstationary object. The advantages over linear controllers are demonstrated. The proposed method guarantees the stability inside the calculated stability regions for any character of the change in the nonstationary parameter, as well as for any character of the change in the nonlinear characteristics in the corresponding sectors.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.