Разработка методов структурно-параметрического синтеза, оптимизации и настройки систем автоматического управления технологическими объектами

• Автор: Анисимов, Анатолий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 283 с. : ил.

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АКОР - аналитическое конструирование оптимальных регуляторов
ИНС - искусственная нейронная сеть
КФН - каноническая форма наблюдаемости
КФУ - каноническая форма управляемости
ОС - обратная связь
ОСРВ - операционная система реального времени ОУ - объект управления П - пропорциональный (регулятор)
ПИ - пропорционально-интегральный (регулятор)
ПИД - пропорционально-интегрально-дифференциальный (регулятор)
ПР - полиномиальный регулятор
ПФ - передаточная функция
PC - регулятор состояния
САУ - система автоматического управления
СГК - среднегеометрический корень
ХП - характеристический полином
ЭМС - электромеханическая система

A, А, А
B,В,В
с, с, с

к,к,к

и, и, и
х,х,х

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- матрицы состояния математической модели объекта управления соответственно в системе реальных координат и в канонических формах управляемости и наблюдаемости
- матрицы входа объекта в тех же формах
- матрицы выхода объекта в тех же формах
- единичная матрица
- матрицы коэффициентов регулятора состояния в указанных выше формах
- матрица коэффициентов обратной связи по переменным состояния объекта или наблюдателя
- матрица коэффициентов обратной связи производным координат состояния объекта или наблюдателя
- матрица подстройки наблюдателя
-матрица преобразования из реальных координат объекта в каноническую форму управляемости
-матрица преобразования из реальных координат объекта в каноническую форму наблюдаемости
- матрицы управляемости объекта в указанных выше формах
- матрицы наблюдаемости объекта в указанных выше формах
- векторы переменных состояния объекта в указанных выше формах
- характеристический полином модели объекта
- полином воздействия модели объекта
- желаемый характеристический полином
- полином подстройки наблюдателя
- непрерывная передаточная функция системы

Ho(s) - передаточная функция модели объекта
h{t) - переходная характеристика
a, - коэффициенты полинома Л(з)
b, - коэффициенты полинома B(s)
d, - коэффициенты полинома D(s)
к, - элементы матрицы К
/, - элементы матрицы L
п - порядок модели объекта
s - переменная Лапласа
То - такт квантования
U - управляющее воздействие на объект
х, - переменные состояния объекта
y(s) - изображение выходного сигнала
y5(s) - изображение входного сигнала
Н, - нули передаточной функции объекта
Я, - полюсы передаточной функции объекта
Л, П0 - среднегеометрический корень полинома D(s)

параметров САУ. Вместе с тем, эти методы не предполагают выбора оптимальной структуры управляющего устройства в зависимости от свойств объекта управления и предъявляемых к системе требований.
В рамках методов модального и оптимального управления задача структурного синтеза САУ при заданной математической модели объекта сводится к выбору одного из возможных вариантов на базе безынерционного или динамического регулятора состояния (рис. 1.1). Критерием структурной оптимизация системы управления при этом служат параметрическая грубость и помехоустойчивость, а также удобство технической реализации.
Выбор структуры САУ из определенного множества возможных решений позволяет свести задачу синтеза к сравнительному анализу ограниченного числа вариантов. Однако процедура структурной оптимизации при этом носит итерационный характер, включая в себя моделирование различных вариантов САУ и сопоставление полученных результатов [118, 125, 175].
Таким образом, необходима разработка методики структурной оптимизации систем управления с РС, позволяющей на ранних этапах синтеза оценить перспективы различных вариантов реализации САУ. В качестве критериев оптимальности здесь целесообразно использовать прямые показатели качества управления, а также степень параметрической грубости как важнейшее условие работоспособности САУ.
Важную роль при разработке САУ технологическими объектами играет, наряду с рациональным выбором структуры, параметрический синтез регулятора состояния. Применяемые методы параметрического синтеза должны обеспечивать компромисс между требованиями к САУ -параметрической грубостью, быстродействием, статической точностью, а также амплитудой управляющих воздействий на объект.
Параметрический синтез систем управления с РС в рамках выбранной структуры осуществляется конкретными аналитическими или численными методами, которые чаще всего основаны на принципах модального или