Синтез систем цифрового управления многосвязными нестационарными технологическими объектами : На примере процессов ректификации

• Автор: Кудряшов, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.01, 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 320 с. : ил.

1.1. Основные цели и задачи создания систем цифрового управления многосвязными объектами

1.2. Характеристика подходов к синтезу систем управления многомерными объектами

1.3. Дискретное описание систем

1.4. Влияние такта квантования сигналов на качество цифрового управления

1.5. Синтез многосвязпых систем

1.6. Анализ и характеристика подходов к синтезу адаптивных многомерных систем.

1.6.1. Классификация адаптивных систем управления

1.6.2. Подходы к синтезу самонастраивающихся систем управления.

1.6.3. Алгоритм синтеза самонастраивающихся систем.

1.6.4. Анализ методов текущей идентификации

1.6.5. Анализ подходов к адаптации управляющей части многомерной системы

1.7. Аспекты практической реализации цифровых систем управления
1.7.1. Характеристика применения адаптивных систем.
1.7.2. Анализ использования программных и технических средств
1.8. Выводы, постановка цели и задач работы
Глава 2. СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ДИСКРЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ МНОГОМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ.
2.1. Дискретное математическое описание каналов многомерных объектов
2.1.1. Топологии физических связей многомерных объектов
2.1.2. Структурнопараметрические модели.
2.1.3. Параметрическая идентификация объекта по каналам управления и возмущения
2.2. Разработка алгоритмов взаимосвязи структур и параметров непрерывных и дискретных моделей.
2.3. Исследование влияния длительности такта квантования непрерывного сигнала на качество идентификации и принятие решения по его выбору.
2.4. Выводы
Глава 3. СИНТЕЗ СВЯЗАННЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Выбор структуры цифровой системы управления и синтез цифровых регуляторов
3.1.1. Взаимосвязь цифровых и аналоговых алгоритмов.
3.1.2. Аналитический подход к расчету параметров цифрового регулятора.
3.2. Разработка алгоритмов синтеза связанных ЦСУ
3.2.1. Каскадные системы.
3.2.2. Комбинированные системы.
3.2.3. Системы с двумя взаимосвязанными параметрами
3.3. Исследование влияния длительности такта квантования сигналов
на качество цифрового управления и его оптимизация.
3.4. Выводы
Глава 4. СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ
ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.
4.1. Синтез цифровых компенсаторов перекрестных связей из условия автономности.
4.1.1. Разработка алгоритмов синтеза компенсаторов гмерной системы
4.1.2. Реализация алгоритма на примерах двух и трехмерной систем
4.2. Оптимизация цифровых регуляторов при выполнении условия автономности
4.2.1. Одновременная оптимизация всех регуляторов.
4.2.2. Оптимизация регуляторов сепаратных подсистем.
4.3. Синтез многосвязной системы при невыполнении условия автономности
4.4. Синтез многосвязаннокомбинированных систем
4.5. Выводы.
Глава 5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ
И АЛГОРИТМОВ КОНТУРА АДАПТАЦИИ
5.1. Исследование чувствительности систем управления к нестационарному поведению объектов
5.2. Алгоритм синтеза адаптивной многомерной системы
5.3. Выбор алгоритма текущей идентификации объекта управления.
5.3.1. Разработка математического описания рекуррентного алгоритма идентификации по производным критерия.
5.3.2. Алгоритм текущей идентификации РМПК
5.4. Синтез алгоритма адаптации автономных и инвариантных компенсаторов и эквивалентных объектов
5.4.1. Разработка математического описания адаптации автономных
и инвариантных компенсаторов и эквивалентных объектов.
5.4.2. Алгоритм адаптации цифровых компенсаторов
5.5. Адаптация временного такта квантования.
5.6. Выводы.
Глава 6. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСВЯЗНЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ РЕКТИФИКАЦИИ
6.1. Разработка и исследование системы управления процессом экстрактивной ректификации изопентанизоамилеиовой фракции
в производстве изопрена.
6.1.1. Анализ объекта управления и разработка структуры ЦСУ.
6.1.2. Синтез основных и корректирующих цифровых регуляторов
6.1.3. Расчет цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений
6.1.4. Выбор такта квантования и исследование чувствительности системы.
6.2. Синтез цифровой системы управления процессом ректификации этилбеизолстирольной фракции в производстве стирола
6.3. Синтез и исследование связнокомбинированной ЦСУ процессом ректификации бутилендивинильной фракции
6.3.1. Анализ многомерного объекта управления
6.3.2. Синтез автономной и автономноинвариантной систем управления
при первом и втором подходе.
6.3.3. Синтез и исследование адаптивной связнокомбинированной
системы управления
6.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕНИЕ


Это требует эффективных способов преобразования моделей 1. При построении дискретного описания объекта может потребоваться изменение временного такта Г0 для чего необходимо установить связь между параметрами дискретных моделей 1. При воспроизведении цифровых ре1уляторов операции интегрирования и получения производных высших порядков соответственно заменяются операциями суммирования и вычисления разностей с помощью дискретизации. При дискретизации с помощью правых разностей уравнение 1. Г0 т порядок цифрового регулятора т р 2 настройки. Если в алгоритм управления не входит интеграл от ошибки Г, ПД и т. Настройки 7 могут быть получены пересчетом по настройкам непрерывных регуляторов, но они как и параметры аЬ,с дискретных моделей существенно зависят от длительности такта Т0. Для соответствия цифровых регуляторов порядок т 3 типовым непрерывным регуляторам для настроек должны выполняться ограничения ,,0,7. Тю,настройки. Эти ограничения существенно сужают возможности получения максимального эффекта при управлении, поэтому определение оптимальных с необходимо осуществлять непосредственно и без учета соответствующих границ. Следует отметить, что зачастую при параметрической оптимизации цифровых регуляторов типовых структур численными методами полученные значения настроек, соответствующие оптимуму целевой функции, моуг лежать за пределами ограничений 1. При синтезе ЦСУ нет жестких ограничений на сами структуры порядки уравнений цифровых регуляторов, задаваемых программно и зашитых в памяти вычислительной машины 2. Мос1и х ф, И,е модуль, определяемый как функция от е и производных е,е КК2,К3 настройки регулятора. Автор отмечает, что качество управления при использовании ПИДрегулятора уступает реально достижимому качеству оптимального управления 1 Однако предложенный закон управления 1. ПИДрегулятором, т. Ы ПД и ПИ. Расширенные функциональные возможности цифровых управляющих алгоритмов позволяют значительно повысить качество управления 5 различными многомерными объектами по сравнению с аналоговым, но для этого необходима разработка адекватных дискретных динамических моделей объектов, по которым производится синтез управляющей части ЦСУ, грамотный выбор критериев оптимизации, отражающих цели управления, структур разрабатываемых схем управления и цифровых регуляторов. При реализации управляющего алгоритма на ЭВМ возникает погрешность, обусловленная следующими четырьмя факторами эффектом квантования информации по уровню, ее потерей при квантовании по времени, использованием численных методов при реализации алгоритмов управления и неидеальностыо процесса восстановления дискретных сигналов. При реализации численных алгоритмов могут возникать эффекты вычислительной неустойчивости. К таким погрешностям относятся ошибки, возникающие в конкретном алгоритме в результате, например, применяемых в нем аппроксимаций. Последние зависят не только от вида исходной непрерывной системы, но и от такта квантования по времени . Установлено, что качество управления зависит не только от свойств объектов, структуры и настроек цифровых регуляторов, но и от выбранного временного такта квантования сигналов . В работе исследовано влияние длительности такта Т0 в ЦСУ одномерными объектами на показатели качества время управления, динамическую ошибку, среднеквадратичные ошибку управления и отклонение управляющей переменной. Установленные зависимости позволили рекомендовать соотношение для выбора такта
где Г время установления управляемой переменной. Полученные по моделям объектов низких порядков рекомендации полезны при разработке одноконтурных систем, однако для синтеза оптимальных ЦСУ многомерными объектами единые рекомендации по выбору такта квантования отсутствуют. Г0Ч 1. Формула 1. Р ЭВМ. Величина временного такта Г0 существенно влияет на качество цифрового управления объектами. Установленные в источниках , зависимости выбранных критериев качества от Т0 имеют оптимум или форму показательной функции, при которой дальнейшее уменьшение такта с некоторого значения не приводит к значительному уменьшению критерия.