Программные и аппаратные средства адаптивного высокоточного выравнивания температуры трехмерных объектов

• Автор: Сергеев, Максим Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 223 с. : ил

Содержание

Глава 1. Введение

Глава 2. Существующие методы

2.1. Теплофизика

2.2. Термометрия

2.3. Теория управления

2.4. Экспериментальные установки

2.4.1. Одноканальные установки и алгоритмы

2.4.2. Многоканальные установки и алгоритмы

2.4.3. Устройства сопряжения

2.5. Выводы
2.6. Цели и задачи диссертационной работы
Глава 3. Постановка задачи
3.1. Теплофизическое описание распределенного объекта (тепловое поле)..
3.2. Физическая модель объекта
Глава 4. Адаптивные алгоритмы
4.1. Адаптивный алгоритм для объекта управления первого порядка
4.1.1. Физическая модель объекта управления первого порядка
4.1.2. Синтез адаптивного управления
4.1.3. Компьютерное моделирование
4.1.4. Эксперимент
4.1.4.1. Описание одноканальной экспериментальной установки
4.1.4.2. Сравнение экспериментальных данных с результатами компьютерного моделирования
4.1.4.3. Результаты обработки данных эксперимента
4.2. Адаптивный алгоритм для объекта управления второго порядка.
Теория и компьютерное моделирование
4.2.1. Физическая модель объекта управления второго порядка
4.2.2. Синтез адаптивного управления
4.2.3. Компьютерное моделирование
4.2.4. Результаты компьютерного моделирования
Глава 5. Аппаратно-программный комплекс для отладки алгоритмов управления тепловыми полями распределенных объектов
5.1. Аппаратная часть
5.1.1. Параметры - технические характеристики
5.1.2. Датчики температуры
5.1.3. Нагреватели
5.1.4. Конструкция электронных блоков
5.1.5. Конструкция объектов управления
5.1.6. Схемотехника комплекса

5.2. Программное обеспечение
5.2.1. Структура ПО
5.2.2. Вспомогательное ПО
5.3. Заключение
Глава 6. Экспериментальные исследования
6.1 Идентифицируемые параметры
6.1.1. Определение температурных мод и описание теплового макета
6.1.2. Связь температурных мод с показаниями датчиков (термопар)
6.2. Идентификация температурных мод
6.2.1. Цель идентификации
6.2.2. Методы регрессионного дисперсионного анализа
6.2.2.1. Матричный метод наименьших квадратов
6.2.2.2. Метод наименьших квадратов с использованием процесса ортогонализации Грамма-Шми дта
6.2.2.3. Метод вращения (геометрический метод)
6.2.3. Зависимость параметров идентификации от Т£
6.2.4. Математическое моделирование
6.3. Реализация процесса идентификации для экспериментального макета
6.3.1. Процесс получения исходных данных для идентификации
6.3.2. Компьютерная обработка экспериментальных данных
6.4. Идентификация: теоретическая и экспериментальная
6.4.1. Теоретическая идентификация
6.4.2. Экспериментальная идентификация
6.4.3. Эксперимент
6.5. Идентификация трехмерного объекта
6.5.1. Теоретическая идентификация трехмерного объекта
6.5.2. Экспериментальная идентификация трехмерного объекта
6.5.3. Эксперимент
Заключение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б

Эксперимент является безжалостным и суровым судьей работы теоретиков. Этот судья никогда не говорит о теории ДА, в лучшем случае говорит МОЖЕТ БЫТЬ, а наиболее часто заявляет НЕТ. Если эксперимент согласуется с теорией, то для последней это означает МОЖЕТ БЫТЬ; если согласие отсутствует, то это означает НЕТ.
Альберт Эйнштейн. “Эволюция физики ”.
1. Введение
В данной работе описаны гибкие аппаратно-программные средства для исследования алгоритмов управления тепловыми полями распределенных объектов. Распределенный объект в данном случае — это протяженное трехмерное твердое тело (рис. 1.1), ограниченное поверхностью 5’. Далее в тексте под аппаратно-программными средствами следует понимать совокупность приборов и программ, позволяющую автоматизировать физические эксперименты и обрабатывать полученные в этих экспериментах данные.
Неуправляемый объект
Тепловое поле Т
Воздействие
д(г~м)
(тепловое)
Б(поверхность)
(внутренние источники тепла)
Рис. 1.1. Тепловое поле распределённого объекта

В работе использованы два метода параметрической идентификации: один проводится перед процессом управления (предварительная), второй работает непосредственно в процессе управления и адаптирует модель к изменениям, происходящим с реальным объектом.
Адаптируемость - свойство двухконтурных САУ. Удобно рассматривать работу таких САУ как процесс взаимодействия трех подсистем [66]:
- объекта;
- настраиваемого регулятора основного контура (ОК) (собственно регулятора действующего на основании эталонной модели (ЭМ));
- блока адаптации (“адаптера”).
Последние два блока образуют адаптивное УУ. Термин адаптируемость можно пояснить следующим образом - способность двухконтурной САУ перевести себя из некоторого начального рассогласованного состояния параметров операторов ОК и ЭМ в нулевое, что означает выполнение условий управляемости. Существование и единственность вектора “идеальных” настроек по отношению к произвольному вектору параметров объекта называется свойством адаптируремости САУ. Адаптируемость выражает возможность САУ компенсировать влияние параметрических возмущений на ее динамические характеристики.
Идеи создания адаптивных САУ зародились в шестидесятые годы [67] [68]. К настоящему времени этот раздел науки управления является хорошо изученным с теоретической точки зрения. Существуют различные подходы и методы для построения адаптивных САУ [69]-[71], изучены вопросы устойчивости [72]. Теория адаптивных систем продолжает развиваться и находит свое применение в технике и технологии [73]-[78].
Работа посвящена адаптивному управлению тепловыми полями распределенных объектов. Распределенный объект, как уже отмечалось, это протяженное трехмерное тело. Размерность ОУ определяет метод синтеза его модели (см. пункт 2.1). Теоретически задача управления распределенными