Сравнительное исследование алгоритмов максимального быстродействия с учетом особенностей реальных систем регулирования

Сравнительное исследование алгоритмов максимального быстродействия с учетом особенностей реальных систем регулирования

Автор: Кочаровский, Дмитрий Николаевич

Шифр специальности: 05.13.06

Научная степень: Кандидатская

Год защиты: 2010

Место защиты: Москва

Количество страниц: 177 с.

Артикул: 4882279

Автор: Кочаровский, Дмитрий Николаевич

Стоимость: 250 руб.

Сравнительное исследование алгоритмов максимального быстродействия с учетом особенностей реальных систем регулирования  Сравнительное исследование алгоритмов максимального быстродействия с учетом особенностей реальных систем регулирования 

ОГЛАВЛЕНИЕ
Аннотация.
Введение
Глава 1. Методы, применяемые для решения задач оптимального
управления.
Выводы
Глава 2. Разработка алгоритмов максимального быстродействия.
2.1. Постановка задачи построения оптимальной по быстродействию системы регулирования
2.2. Учт ограничения на скорость исполнительного механизма при синтезе системы регулирования
2.3. Учт возмущающих воздействий.
2.4. Выбор переменных состояний.
2.5. Учт запаздывания объекта в системах максимального быстродействия.
2.6. Синтез алгоритма максимального быстродействия для эквивалентного объекта второго порядка с запаздыванием.
2.7. Синтез алгоритма максимального быстродействия для эквивалентного объекта третьего порядка и объекта с экстремумом с запаздываниями.
Выводы
Глава 3. Описание программного комплекса для моделирования систем регулирования
3.1. Описания программы моделирования системы с алгоритмом максимального быстродействия МВ.
3.2. Описания программы моделирования системы с типовым
регулятором Р1РГО
3.3 Вспомогательные программы ПКМСР.
Глава 4. Моделирование систем максимального быстродействия для объектов с запаздыванием
4.1 Проверка правильности решения и эффективности работы алгоритма максимального быстродействия в замкнутом контуре регулирования
4.1.1 Проверка алгоритмов в свободном движении системы
4.1.2 Проверка работоспособности алгоритмов при ступенчатых воздействиях.
4.1.3 Проверка работоспособности алгоритмов при регулировании
объекта с запаздыванием.
4.2. Исследование работы алгоритма максимального быстродействия
в системе с объектом с экстремальной переходной характеристикой.
4.2.1 Проверка правильности алгоритма.
4.2.2 Исследование эффективности системы с запаздыванием и физическими переменными состояния
4.3 Анализ возможности упрощения моделей, используемых в алгоритме максимального быстродействия.
4.3.1 Исследование системы регулирования с упрощенной моделью оценивания.
4.3.2 Исследование системы регулирования при несовпадении моделей синтеза и объекта управления.
4.4 Исследование алгоритма при действии на объект случайных возмущений.
Выводы.
Глава 5. Сравнение эффективности алгоритмов максимального быстродействия и типовых линейных алгоритмов.
5.1 Объект и структурная схема системы ре1улирования
5.2 Сравнение эффективности оптимальных по времени и типовых регуляторов
Выводы.
Заключение.
Библиографический список
АННОТАЦИЯ
В диссертационной работе изложены методологические и теоретические основы построения системы регулирования с алгоритмом максимального быстродействия с различными типами переменных состояния для моделей объектов регулирования третьего и меньших порядков. Основное внимание уделено разработке программного комплекса моделирования систем регулирования и проведению на его основе всесторонних сравнительных исследований эффективности работы оптимальных и типовых регуляторов. Предложен и исследован новый, обладающий рядом преимуществ, тип физических переменных состояния. Осуществлена проверка правильности синтеза алгоритма максимального быстродействия на примере работы в системе с исполнительным механизмом постоянной скорости, объектами первого и второго порядков без запаздывания при свободном движении на ненулевые начальные условия. Рассмотрена работа алгоритма в вынужденном движении при измеримых ступенчатых воздействиях, приложенных к выходу или входу объекта управления. Установлена возможность работы регулятора максимального быстродействия в системах с запаздыванием. Исследуется влияние эффективности прогноза переменных состояния для компенсации запаздывания. Показывается возможность работы алгоритма в системе с объектом, имеющим экстремальную переходную характеристику с запаздыванием. Анализируется влияние упрощение моделей оценивания приведения и синтеза на качество процессов регулирования при детерминированных воздействиях. Моделируется работа алгоритмов при действии стохастического возмущающего воздействия приложенного к входу или выходу объектов управления. Подробно рассматривается влияние интервала усреднения и алгоритма прогнозирования на качество.
регулирования. Оценивается влияние ширины зоны нечувствительности на критерии наджности системы регулирования. Выполнены сравнительные исследования по определению чувствительности АСР к вариации параметров объекта регулирования.
Для расчетов использованы экспериментальные и теоретические модели конвективных пароперегревателей котла ГГМП4А.
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, двух приложений и библиографического списка использованной литературы из наименований. Она изложена на 5 страницах основного машинописного текста, включает рисунков и 5 таблиц.
Работа выполнялась в период г.г. на кафедре
Автоматизированных систем управления тепловыми процессами Московского Энергетического Института Технического Университета.
ВВЕДЕНИЕ
В последние время нарастает тенденция по повышению эффективности старых и возникновению новых, более совершенных технологических процессов. Такая ситуация послужила мощным толчком к развитию современных средств передачи и обработки информации. Стремление управлять при минимальном участии человека всеми режимами работы оборудования, начиная от пусковых и заканчивая нештатными, выдвигает повышенные требования как к техническим средствам управления, так и к реализованным в них алгоритмам управления. С самого начала внедрения цифровых устройств в управление технологическими процессами е годы прошлого века предложено множество новых алгоритмов регулирования в дополнение к классическим. В число предложенных алгоритмов входят компенсационные, апериодические конечное время регулирования, линейные, модельные корни, фаззи и т.п. Особую группу образуют оптимальные алгоритмы, минимизирующие некоторый критерий качества. Наибольшее распространение в зарубежной теории и практике управления получили квадратичные оптимальные алгоритмы типа МРС. Однако алгоритмы такого типа чрезмерно сложны, требуют неординарной математической подготовки персонала, не всегда обеспечивают устойчивые решения и характеризуются наличием статических ошибок. Вместе с тем, по мнению многих отечественных и зарубежных авторов, минимальное значение дисперсии регулируемой величины дают алгоритмы максимального быстродействия, а не алгоритмы с квадратичным критерием.
В зарубежной научной литературе максимальное по быстродействию управление известно под названиями i i , iii или . Первое упоминание о подобном принципе управления относят к работе Хейзена года. В патенте Долла г.
получено решение минимального по времени управления для линейного объекта второго порядка при ограничении на амплитуду управления.
Впервые доказательство проблемы Долла было получено Бушау и в близкой по идеологии к принципу максимума Понтрягина работе Хейзена . Однако, по мнению ученых мира, действительно полное и строгое доказательство необходимых условий оптимальности дано лишь в работах научной группы Понтрягина г
Начиная с г. наблюдается интенсивный поток публикаций, связанных с различными численными методами решения задачи максимального быстродействия, достаточно полно отраженных в обзорах Пайевонского , и Атанса . Публикаций, содержащих аналитические методы синтеза для систем выше второго порядка, не обнаружено.
Среди многообразных численных методов синтеза можно выделить два основных направления. Первое направление состоит в получении на стадии проектирования множества точек поверхности переключения с последующей ее аппроксимацией в форме, пригодной для практической реализации в алгоритме регулятора , , , , , , , , . Множество точек гиперповерхности переключения получается в результате итерационных расчетов системы дифференциальных уравнений необходимых условий минимума времени управления для различных начальных значений переменных состояния. Расчеты подтвердили ранее доказанную Фельдбаумом А. теорему о количестве переключений, а также выявили проблемы практической реализации численных алгоритмов в случае объектов высокого порядка. В результате успешными были признаны лишь аппроксимации поверхностей переключения для третьего и четвертого порядков объекта с вещественными корнями , . И, тем не менее, несмотря на
многочисленные разработки сложных алгоритмов, наибольшее внимание зарубежных исследователей и практиков попрежнему привлекают алгоритмы второго порядка , , , , .
Второе направление в разработке численных алгоритмов представлено работами Ли и Смита . В противоположность вычислению поверхности переключения авторы предложили вычислять моменты переключений в темпе с реальным процессом управления. При таком подходе также необходимо организовать итерационную процедуру вычисления системы уравнений необходимых условий оптимальности. Хотя объем вычислений в данном случае существенно меньше расчет выполняется только для одного вектора начальных значений переменных состояния, но эти вычисления необходимо выполнять в темпе с процессом, что, как отмечают авторы, выдвигает жесткие требования к быстродействию используемых технических средств управления. В целях сокращения объема расчетов предлагается преобразовать переменные состояния к каноническому виду.
Заметное количество публикаций связано с приложениями принципа максимума Понтрягина и теории оптимального по времени управления. В обзоре приведена выборка из ми приложений к задачам управления в экономике и бизнесе. Задачам быстродействующего и экономичного управления энергосистем посвящены работы , , . Оптимальные управления посадкой лунохода, подвижными объектами, полетом снарядов и т.п. рассмотрены в 6, 8, , , , , .
Актуальность


Использование результатов работы в учебном процессе будет способствовать повышению качества подготовки специалистов по автоматизации промышленных объектов. Достоверность и обоснованность результатов работы обусловлена строгостью применения математического аппарата, совпадением частных случаев разработанных оптимальных по времени алгоритмов с результатами других авторов, близостью полученных значений показателей точности для различных переменных состояния. Результаты работы докладывались на междугародных научнотехнических конференциях Сотго1 и СоЩго1 МЭИ, г. Москва, на одиннадцатой международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов в секции Радиоэлектроника, электротехника и энергетика МЭИ, г. Москва, г Материалы, связанные с анализом типовых и оптимальных алгоритмов вошли в учебное пособие Аракеляна Э. К., Пикиной Г. Л. Оптимизация и оптимальное управление, М. Издательский дом МЭИ, г. АСУ ТП МЭИ. Основное содержание выполненных исследований, теоретических и методологических разработок изложено в 8 публикациях, в том числе, 5 журначьных статьях, 3 тезисах и докладах на конференциях. ВАК. Никина Г. А., Комаровский Д. Н. Синтез максимального по быстродействию алгоритма регулирования вторичного перегрева котла ТГМП4 Вестник МЭИ, 3, М. Издво МЭИ, . Ликина Г. А., Комаровский Д. Н. Синтез системы максимального быстродействия для объектов с экстремальной переходной характеристикой Труды Международной научной конференции . М. Издво МЭИ, . Пикина Г. А., Комаровский Д. Н. К вопросу о выборе переменных состояния в системах максимального быстродействия Сборник тезисов и докладов. М. Издво МЭИ, . Пикина Г. А., Комаровский Д. Н. Синтез алгоритма максимального быстродействия для регулирования температуры перегретого пара котла ТГМП4 Вестник МЭИ, 4. М. Издво МЭИ, . Комаровский Д. Н. К вопросу о выборе переменных состояния в системах максимального быстродействия Сборник тезисов и докладов одиннадцатой ежегодной международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА МЭИ, г. Москва, г М. Издво МЭИ, . Пикина Г. А., Комаровский Д. Н. Исследование системы с прогностическим алгоритмом максимального быстродействия Теплоэнергетика, , . Пикина Г. А., Комаровский Д. Н. Сравнение эффективности прогностического алгоритма максимального быстродействия и ПИД алгоритма в замкнутой системе автоматического регулирования Теплоэнергетика, 1, . Комаровский Д. Н., Карандаев В. В. Об одном способе повышения качества реальных автоматических систем с типовыми регуляторами Электронный журнал Новое в российской электроэнергетике, 7, . ГЛАВА 1. Зарождение в начале х годов века теории оптимального управления , , , представляет собой яркий пример того, как запросы практики с неизбежностью порождают новые теории. Для новейшей техники и современного высокомеханизированного и автоматизированного производства характерно стремление выбирать наилучшую программу действий, наиболее рационально использовать имеющиеся ресурсы. Именно эти конкретные технические задачи стимулировали разработку теории оптимального управления, оказавшейся математически очень содержательной и позволившей решить многие задачи, к которым классические методы были неприменимы. Интенсивное развитие теории оптимального управления, в свою очередь, оказалось мощным фактором, способствующим успешному решению научнотехнических задач. В теории вариационного исчисления, задача оптимального управления представляет собой задачу условной динамической оптимизации
7 7x,x,, i, 1. Уравнение ЭйлераЛагранжа. Впервые, общий способ решения задачи оптимального управления с критериями, где на интервале оптимизации мера ошибки имеет экстремум, был сформулирован Лагранжем в г. Джоном для задач с неравенствами. Основная идея необходимых условий ЭйлераЛагранжа это трансформация необходимых условий экстремума функционала с ограничениями к необходимым условиям в более простой задаче безусловной оптимизации. Ях,х,и,л, х,х,и,л7, 1. Д неопределнные множители Лагранжа. Причм, воспользовавшись необходимым условием 1. Ах0 Ни 1.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.195, запросов: 244