Принципы, методы и алгоритмы построения систем управления технологическими процессами со структурной неопределенностью

• Автор: Сергин, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 305 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава I СОСТОЯНИЕ ВОПРОСОВ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ.
1.1 Краткий обзор современных проблем построения систем управления технологическими процессами

1.1.1 Проблема выбора математической модели технологического процесса.

1.1.2 Проблема учета факторов неопределенности .

1.1.3 Проблема получения информации и учета динамических

свойств измерительной подсистемы.

1.1.4 Проблема нахождения управляющего воздействия в условиях неопределенности.

1.2 Постановка цели и задач исследования

Глава 2 МЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МОДЕЛИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ИДЕНТИФИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.
2.1 Введение.
2.2 Метод выбора оптимальной структуры модели технологического процесса с учетом изменений по состояниям функционирования
2.2.1 Формирование множества структур моделей технологического процесса
2.2.2 Постановка задачи выбора оптимальной структуры модели технологического процесса на множестве состояний функционирования
2.2.3 Алгоритм выбора оптимальной структуры модели технологического процесса
2.3 Метод идентификации состояния функционирования технологического процесса при нечеткой исходной информации
2.3.1 Постановка задачи на идентификацию.
2.3.2 Алгоритм идентификации состояния функционирования технологического процесса
2.4 Выводы.
Глава 3 МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА НАБЛЮДЕНИЯ ПРИ НАЛИЧИИ СТРУКТУРНОЙ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
3.1 Введение.
3.2 Метод выбора оптимальной структуры модели наблюдения с
учетом изменений по состояниям функционирования
3.2.1 Постановка задачи выбора оптимального состава измерителей
3.2.2 Алгоритм выбора оптимального состава измерителей на
основе относительных приоритетов
3.3 Методы определения структуры оптимального фильтра, учитывающие изменения состояния функционирования.
3.3.1 Метод определения структуры линейного оптимального
фильтра.
3.3.1.1 Обоснование метода
3.3.1.2 Постановка задачи определения структуры линейного фильтра, обобщенного на состояния функционирования .
3.3.1.3 Выбор структуры линейного оптимального фильтра
3.3.2 Метод определения структуры нелинейного оптимального фильтра
3.3.2.1 Обоснование метода
3.3.2.2 Постановка задачи определения структуры нелинейного фильтра, обобщенного на состояния функционирования
3.3.2.3 Выбор структуры нелинейного оптимального фильтра.
3.4 Выводы
Глава 4 МЕТОДОЛОГИЯ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ФУНКЦИОНАЛА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИЯХ СОСТОЯНИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ.
4.1 Введение
4.2 Метод выбора оптимальной структуры функционала с учетом изменений по состояниям функционирования.
4.2.1 Формирование множества структур функционалов на экстремум
4.2.2 Постановка задачи выбора оптимальной структуры функционала на множестве состояний функционирования
4.2.3 Алгоритм выбора оптимальной структуры функционала на
основе принципа гладкой обновляемой перестановки.
4.3 Методы определения оптимальной стратегии управления, учитывающие изменения состояния функционирования
4.3.1 Обобщение метода определения оптимальной стратегии управления, основанного на принципе максимума.
4.3.2 Обобщение метода динамического программирования для определения оптимальной стратегии управления .
4.4 Выводы.
Глава 5 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ СО СТРУКТУРНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬЮ.
5.1 Введение
5.2 Задача выбора оптимальной структуры модели технологического процесса
5.2.1 Постановка задачи
5.2.2 Алгоритм решения задачи.
5.3 Задача идентификации состояния функционирования технологического процесса.
5.3.1 Постановка задачи.
5.3.2 Алгоритм решения задачи.
5.4 Задача выбора оптимальной структуры модели наблюдения
5.4.1 Постановка задачи
5.4.2 Алгоритм решения задачи.
5.5 Задача определения структуры оптимального фильтра при изменениях состояния функционирования.
5.5.1 Определение структуры линейного оптимального фильтра
5.5.1.1 Постановка задачи.
5.5.1.2 Алгоритм решения задачи.
5.5.2 Определения структуры нелинейного оптимального фильтра .
5.5.2.1 Постановка задачи.
5.5. Алгоритм решения задачи.
5.6 Задача выбора оптимальной структуры функционала с учетом изменений по состояниям функционирования
5.6.1 Постановка задачи.
5.6.2 Алгоритм решения задачи
5.7 Задача определения оптимальной стратегии управления при изменениях состояния функционирования.
5.7.1 Постановка и алгоритм решения задачи при использовании принципа максимума.
5.7.2 Постановка и алгоритм решения задачи при использовании метода динамического программирования .
5.8 Выводы
Глава 6 ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВУЛКАНИЗАЦИИ ПРИ МЕСТНОМ РЕМОНТЕ ШИН НА ОСНОВЕ
РАЗРАБОТАННОГО ПОДХОДА.
6.1 Введение.
6.2 Краткое описание технологического процесса.
6.3 Обзор состояний функционирования и факторов неопределенности.
6.4 Выбор оптимальной структуры модели процесса.
6.5 Идентификация состояния функционирования
6.6 Выбор оптимальной структуры модели наблюдения.
6.7 Определение структуры оптимального фильтра
6.8 Выбор оптимальной структуры функционала.
6.9 Определение оптимальной стратегии упразения
6. Результаты исследования эффективности полученной системы управления.
6. Выводы
Глава 7 ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВОЗДУХООБМЕНА В ЗАМКНУТОМ ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОГО ПОДХОДА
7.1 Введение
7.2 Краткое описание технологического процесса
7.3 Обзор состояний функционирования и факторов неопределенности.
7.4 Выбор оптимальной структуры модели процесса.
7.5 Идентификация состояния функционирования
7.6 Выбор оптимальной структуры модели наблюдения.
7.7 Определение структуры оптимального фильтра
7.8 Выбор оптимальной структуры функционала.
7.9 Определение оптимальной стратегии управления
7. Результаты исследования эффективности полученной системы управления.
7. Выводы
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Шумовые возмущения, которые, как указано выше, не имеют значительной волнообразности в структуре, наилучшим образом могут быть охарактеризованы в терминах их статистических свойств, таких, как среднее значение, дисперсия, спектральная плотность и т. Таким образом, шумовые возмущения можно описывать математически посредством классической теории случайных процессов, использующей понятия белого шума , 9 1, цветного шума , 2 и т. Исследования в области стохастической устойчивости, управления и теории фильтрации почти всецело опираются на возмущения типа шума 3 5. У возмущений, обладающих волновой структурой, существуют различные волновые формы. Для моделирования таких возмущений прибегают к математическим представлениям в виде полудетерминированных аналитических выражений 7. Приложении А. Таким образом, волновое описание можно рассматривать как средство заполнить информационный пробел, оставленный традиционным статистическим подходом. Важность волнового представления состоит в том, что если можно уверенно представить неизвестные входные возмущения системы посредством волновых характеристик, то представляется возможным обойтись без статистических рассмотрений, теорий случайных процессов и т. Случайный характер процессов, происходящих в системах п. СУ ТП. Она состоит , 6 из измерителей выходных переменных объекта, управляющих и возмущающих воздействий, а также индикаторов, позволяющих отследить текущее СФ. В идеальном случае, когда состояние объекта наблюдается точно, измерители и индикаторы могут быть не связаны между собой. Во всяком случае, если такая связь существует, то она информационно избыточна. В реальных системах измеряется и индицируется лишь часть фазовых координат причем, как правило, небольшая часть в неявной форме и с ошибками. Взаимосвязь измерителей и индикаторов в таких системах повышает информативность наблюдения. Кроме того, характерной чертой современных СУ ТП является комплексирование и идентичных измерителей 7, 8. В сложной информационной обстановке функционирующего ТП перерывы информации, изменения помех в случайные моменты времени вследствие непреднамеренных и преднамеренных действий среды и внутренних превращений задача комплексирования различных измерителей реализуется с помощью смены структур блока наблюдения в СУ. При этом необходимо знать состав измерителей в комплексе, который наилучшим образом удовлетворяет данным условиям функционирования ТП. СУ см. Какихлибо универсальных методов решения данной задачи не разработано. Все отдается на откуп опыту и индивидуальным предпочтениям конкретного разработчика СУ ТП, поэтому в разрешении этой проблемы есть острая заинтересованность. Разработка метода выбора оптимального состава измерителей, учитывающего изменения СФ, будет способствовать повышению точности извлекаемой информации, более раннему выявлению так называемых частичных отказов 9, оценке нанесенного и прогнозирующего ущерба и, главное, восстановлению, в случае потери, работоспособности как измерительной подсистемы, так и СУ в целом. Наблюдения, выполненные при помощи измерителей и индикаторов, зачастую являются лишь косвенными признаками состояния системы и ее структуры. Они, как правило, искажены помехами, содержат инструментальные и методические ошибки. В такого рода системах без специальной, довольно тонкой и сложной обработки информации нельзя уверенно судить о состоянии системы и ее структуры в тот или иной момент времени. Так, часто возникает вопрос, связанный с определением недоступных непосредственному измерению компонентов вектора состояния, информация о которых должна быть извлечена из результатов наблюдения за измеряемыми выходными координатами ТП на фоне различного рода шумов и погрешностей измерений. Кроме того, требуется учитывать проявление нестабильности динамических свойств измерителей, характеризуемых действием внутренних шумов, дрейфом нулей усилителей, колебанием напряжений в устройствах измерительного тракта и др. Подобного рода вопросы составляют предмет теории оценивания , 0 6. Суть большинства задач этой теории состоит в получении наиболее правдоподобной оценки фильтрации полезного сигнала на фоне случайных возмущений.