Синтез цифровых автономных систем управления многосвязными нестационарными объектами на основе методов теории чувствительности

• Автор: Свиридов, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 133 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ И МЕТОДОВ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ОБЪЕКТАМИ

1.1. Анализ подходов к синтезу многосвязных систем управления технологическими процессами

1.2. Подходы к учету нестационарности многосвязных объектов управления

1.3. Методы синтеза систем управления низкой чувствительности..

1.4. Методы синтеза адаптивных систем управления

1.5. Методы текущей идентификации многосвязных объектов управления

1.6. Выводы
2. СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НИЗКОЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
2.1. Алгоритм функционирования автономной цифровой системы управления в условиях нестационарности
2.2. Этапы синтеза автономных цифровых систем управления низкой чувствительности
2.3. Разработка метода расчета контуров компенсации дополнительного движения многосвязного нестационарного объекта
2.4. Синтез автономных компенсаторов цифровой системы управления низкой чувствительности
2.5. Синтез цифровых регуляторов АвЦСУ низкой чувствительности.
2.6. Выводы
3. СИНТЕЗ АДАПТИВНЫХ АВТОНОМНЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ НИЗКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
3.1. Адаптация АвЦСУ низкой чувствительности

3.2. Алгоритм идентификации многосвязного объекта управления на основе теории чувствительности
3.3. Методика моделирования корректирующих звеньев адаптивной АвЦСУ низкой чувствительности
3.4. Моделирование автономных компенсаторов адаптивной АвЦСУ низкой чувствительности
3.5. Прикладное программное обеспечение расчета, моделирования и исследования адаптивной АвЦСУ низкой чувствительности
3.6. Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ АВТОНОМНОЙ ЦИФРОВОЙ САУ
НИЗКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ НЕСТАЦИОНАРНЫМ ПРОЦЕССОМ ЭКСТРАКТИВНОЙ РЕКТИФИКАЦИИ
4.1. Разработка математического описания АвЦСУ процесса экстрактивной ректификации бутилен-дивинильной фракции
4.2. Исследование влияния нестационарности объекта на переходные процессы АвЦСУ
4.3. Моделирование и исследование адаптивной АвЦСУ низкой чувствительности двумерным нестационарным объектом
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ. Копии актов об использовании результатов работы, копии свидетельств о регистрации программ
Актуальность темы.
Объекты пищевой и химической технологий характеризуются взаимосвязью технологических величин и нестационарпостыо динамических свойств. Применение традиционных систем, не учитывающих данных особенностей, не обеспечивает высокого качества управления и выполнение принципа автономности.
Решение данной задачи путем проведения адаптации связано со значительными трудностями: длительность и трудоемкость проведения текущей идентификации многосвязного объекта и перенастройки управляющей части, необходимость наличия значительных вычислительных мощностей, а также определение момента проведения данной процедуры. Перечисленные обстоятельства значительно снижают преимущества, получаемые от проведения адаптации.
Одним из эффективных методов решения является применение методов теории чувствительности, обеспечивающих заданное качество управления в условиях нестационарное, без проведения адаптации.
К настоящему времени известен целый ряд работ, таких ученых как Цыпкин Я.З., Красовский A.A., Изерман Р., Розенвассер Е.Н., Юсупов P.M., Ермаченко А.И. и других, заложивших теоретические основы анализа и синтеза дискретных систем управления низкой чувствительности и адаптивных систем. Однако существующие методы расчета в большей степени относятся к одноконтурным и простейшим связным системам.
Подходы к синтезу пизкочувствительных систем заключаются в изменении структуры управляющей части, при котором меняется чувствительность к вариациям параметров нестационарного объекта. Наиболее эффективный из них [25] заключается во введении дополнительных отрицательных обратных связей с корректирующими звеньями, охватывающих систему управления.
Использование данного подхода при расчете многосвязных систем низкой чувствительности приводит к выполнению значительного объема аналитических преобразований и громоздкости передаточных функций корректирующих звеньев, существенно затрудняя расчет, моделирование, реализацию и использование систем

В случае с некритической нестационарностыо ОУ управляющую часть АвЦСУ рассчитываем с помощью традиционных методов синтеза относительно номинальных параметров модели объекта. Такая традиционная АвЦСУ с обратными связями обладает некоторым запасом устойчивости, обеспечивающим компенсацию влияния небольших по величине аддитивных и параметрических возмущений.
Если нестационариость является докритической, то предлагается использование автономной системы управления низкой чувствительности. Такая система позволяет решать задачу получения требуемых динамических свойств многосвязной САУ при одновременном выполнении принципа автономности, что будет экспериментально подтверждено в п. 4.3.1. При этом используется один из наиболее эффективных способов компенсации действия вариаций параметров объекта, заключающийся в применении корректирующих контуров.
При критической нсстационарности используется адаптивная АвЦСУ, позволяющая в условиях значительных вариаций динамических свойств ОУ осуществить текущую идентификацию и перенастройку управляющей части системы, обеспечивающие не только сохранение устойчивости САУ, по и достижение наилучшего (оптимального) управления в сложившихся условиях, что будет подтверждено вычислительными экспериментами в п. 4.3.2.
Для определения степени влияния нестационарное по какому-либо выходу АвЦСУ и выбора того или иного типа системы предлагается использовать критерий суммы квадратов невязок (СКН) между текущим и номинальным переходными процессами. Поскольку рассматривается многосвязная система управления, то для оценки нестационарное по всем выходам воспользуемся критерием (2.1), представляющим собой свертку из СКН по каждому выходу:
Ч' = £аШ'Ч/Ш, (2.1)

где Т1'1 = ^ (у“аиь 1 -у"'скы)2 -значение СКНу-й выходной величины АвЦСУ; -

значения у-й выходной величины традиционной АвЦСУ при номинальных параметрах модели ОУ; у"ккЬ] - значенияу-го выхода АвЦСУ при нестационарных парамет-