Алгоритмы и программный комплекс автоматизированного управления процессом проектирования систем управления сложными технологическими объектами

• Автор: Айрапетов, Давид Альбертович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Калининград
• Количество страниц: 216 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ АСПЕКТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
1.1. Задачи и принципы проектирования СУ сложными ТО
1.2. Формализация задачи проектирования СУ сложными ТО
1.3. Особенности и основные задачи автоматизации проектирования СУ сложными ТО
1.4. Основные выводы и постановка задачи исследования
Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНОГО АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУ СЛОЖНЫМИ ТО
2.1. Проектирование СУ сложными ТО, как объекта системного анализа
2.2. Методологические аспекты оптимального проектирования СУ сложными ТО с использованием эволюционной стратегии синтеза
2.3. Разработка методологии управления процессом проектирования СУ сложными ТО
2.4. Разработка специального алгоритмического обеспечения управления процессом проектирования
2.5. Анализ особенностей и реальных возможностей применения ВРМ-систсм для управления процессом проектирования СУ ТО в рамках САПР
2.6. Основные выводы по главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА УК-01 АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В РАМКАХ САПР СУ СЛОЖНЫМИ ТО
3.1. Формирование общих требований и выбор методологии разработки комплекса УК-01
3.2. Разработка общей структуры и архитектуры программного обеспечения
комплекса УК-
3.3. Основные решения по разработке информационного обеспечения, пользовательских интерфейсов и общего алгоритма функционирования комплекса УК-
3.4. Основные выводы по главе
Глава 4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА УК-
4.1. Оценка эффективности промышленного использования
4.2. Внедрения результатов исследования в промышленности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СТРУКТУРА ОСНОВНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
МАССИВОВ БД УК-
ПРИЛОЖЕНИЕ В. НЕКОТОРЫЕ ВЫХОДНЫЕ ФОРМЫ ПРОГРАММНОГО
КОМПЛЕКСА УК-
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ФРАГМЕНТЫ ИСХОДНОГО КОДА ГЛАВНОГО МОДУЛЯ
ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА УК-
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. ДОКУМЕНТЫ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ АПРОБИРОВАНИЕ И ПРИНЯТИЕ К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования и степень се разработанности
Наряду с возросшей в последнее время потребностью во все более сложных технических системах, удовлетворяемой по мере развития методов и средств как физической реализации систем, так и проектирования, появлением широкой номенклатуры приборов и средств автоматизации, быстродействующей вычислительной техники и совершенных математических методов переработки информации, в корне изменивших системы управления (СУ), определилась тенденция к быстрому обновлению систем. Сложность современных СУ сложными технологическими объектами (ТО) сегодня требует принципиально новых подходов и систем их проектирования, основанных на современных программно-технических средствах и развитых информационных технологиях.
Основной проблемой в области проектирования СУ сложными ТО является создание методов, рассчитанных на использование ЭВМ и принципов системного анализа. Системный подход в настоящее время становится одним из центральных моментов при проектировании сложных объектов и, в том числе СУ ТО, позволяющим выделять основные подсистемы исследуемого объекта; формализовать задачи, цели и функции этих подсистем и механизмы связей между ними; разрабатывать альтернативные структуры СУ и намечать последовательность действий! по выбору оптимальных вариантов, по реализации проектных решений и оценке результатов их использования.
Все это определяет необходимость использования новых принципов проектирования, позволяющих комплексно решать эту проблему, разработки и внедрения нового инструментария проектировщика - системы автоматизированного проектирования (САПР). При этом, естественно, возникают новые задачи, для решения которых нужны новые подходы, принципы, модели и широкое применение диалога проектировщика с ЭВМ.
Принято считать, что проектирование СУ сложными ТО можно представить в виде последовательной схемы получения решений, включающей основные этапы: выбор структуры и параметров ТО; синтез и анализ СУ, исходя из целей функционирования ТО и СУ. Так как процесс проектирования представляет собой получение, сбор, передачу и переработку информации для принятия решений, направленных на устранение отклонений от цели проектирования, то он может рассматриваться как процесс управления по замкнутому циклу.
Задачи проектирования СУ отличаются от задач проектирования технических устройств других видов большим удельным весом так называемых задач динамического расчета, связанных с выбором структуры и параметров, обеспечивающих заданное качество и точность управления или регулирования. Однако в системах проектирования СУ ТО помимо задач

моделирования и к изменениям параметров её элементов; возможности необходимой перестройки её без принципиальных изменений и снижения надежности; обеспечение надежности системы и её технической реализуемости; повышения экономической эффективности ТО и др.
«Внутреннее проектирование» нижнего уровня предполагает решение двух основных задач: 1) структурного и параметрического синтеза САР технологических параметров; 2) расчета и выбора технических средств автоматизации.
Структурный и параметрический синтез заключаются в выборе из ряда альтернативных структур и операторов управления САР, сформированных на предыдущем этапе, оптимальных, удовлетворяющих требованиям по качеству регулирования выходных параметров ТО (подсистемы ТО) при заданных локальных ограничениях на внутренние переходные процессы. В качестве критерия оптимальности, при этом, может служить оценка сложности проектируемой совокупности САР подсистемы в целом.
При синтезе САР параметров ТО возникает необходимость исследования переходных процессов в нижнем уровне СУ в целом. При этом, с точки зрения реализации процесса структурного и параметрического синтеза, наиболее важным является отработка стратегии внесения изменений в структуры и законы регулирования САР, определяющей эффективность поиска оптимального решения. Большую помощь проектировщику могут оказать специально разработанные эвристики.
Моделирование динамики сложных систем производится либо во временном пространстве интегрированием математических моделей процессов, либо по передаточным функциям соответствующих каналов распространения воздействий расчетом переходных процессов с использованием обратного преобразования Лапласа или известных зависимостей, между частотными и временными характеристиками [26].
Расчет и выбор стандартных технических средств и разработка (при необходимости) нестандартного оборудования для выбранных вариантов САР нижнего уровня СУ ТО проводится в соответствии с техническими требованиями к приборам и средствам автоматизации. От правильной постановки этих требований и от степени их удовлетворения во многом зависит успех автоматизации.
В заключение системного анализа проектирования СУ ТО необходимо отметить следующее. Эффективный путь решения проблемы повышения качества управления ТО, сегодня связывается с более широким использованием адаптивных и многосвязных СУ.
Значительное место в процессе проектирования СУ ТО занимает математическое моделирование, обеспечивающее анализ статических и динамических характеристик элементов ТО и их взаимосвязей, выбор структуры и параметров СУ, формирование критериев оптимальности и ограничений, оценку эффективности алгоритмов управления на всех уровнях системы и т.д.