Частотный метод синтеза распределенных управлений тепловыми объектами

• Автор: Карабашев, Абрек Казимович
• Шифр специальности: 05.13.06, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Кисловодск
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИ ТЕПЛОВЫХ

ОБЪЕКТОВ.

1.1. Основные проблемы распределенного управления тепловыми объектами

1.2. Передаточные функции тепловых объектов управления.

1.3. Частотные модели тепловых объектов

1.4. Пространственноинвариантные объекты и системы

1.5. Основные результаты и выводы по главе.

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ И

КАЧЕСТВА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМ.

2.1. Исследование устойчивости пространственноинвариантных распреде
ленных систем
2.2. Оценка длительности переходных процессов пространственноинвариантных систем управления.
2.3. Исследование устойчивости пространственно не инвариантных систем управления..
2.4. Критерий диагональной доминантности в задаче исследования
устойчивости распределенных систем.
2.5. Основные результаты и выводы по главе.
ГЛАВА 3. СИНТЕЗ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ УПРАВЛЕНИЙ НА ОСНОВЕ
СВОЙСТВ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНВАРИАНТНОСТИ И ДИАГОНАЛЬНОЙ ДОМИНАНТНОСТИ.
3.1. Задача синтеза распределенных управлений тепловыми объектам и.
3.2. Фазосопряженная коррекция в задаче синтеза пространственноинвариантных управлений тепловыми объектами
3.3. Синтез астатических управлений на основе частотных характеристик распределенного расширенного объекта.
3.4. Декомпозиционное распределенное управление пространственно не инвариантными тепловыми объектами.
3.5. Основные результаты и выводы по главе
ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
УПРАВЛЕНИЙ
4.1. Корректирующие пространственноинвариантные звенья и их реализация.
4.2. Программная реализация распределенного ПИД регулятора.
4.3. Реализация профильнокорректирующего звена
4.4. Синтез распределенного управления цилиндрической
печью обжига
4.5. Основные результаты и выводы по главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


К тепловым объектам управления относятся различного рода устройства, в которых протекает управляемый процесс, связанный с нагревом или охлаждением нагретых заготовок, деталей, изделий. Нагрев или охлаждение всегда сопровождается теплопередачей или теплопереносом, т. Процессы распространения тепловой энергии всегда происходят в некотором объеме однородного или неоднородного материала, находящемся в нагревательной печи или нагревательной камере. Поэтому тепловые объекты относятся к распределенным объектам, т. Наиболее характерными тепловыми производственными объектами являются нагревательные печи, в которых процесс нагрева протекает в рабочей камере прямоугольной или круглой формы. Чаще всего по условиям проведения технологического процесса температура камеры должна изменяться вдоль длины камеры по определенному закону. Для примера, на рис. Качество изделий в первую очередь зависит от точности поддержания требуемого закона изменения температуры вдоль длины камеры. В ряде случаев температура в начале возрастает по линейному закону, затем остается постоянной, а затем уменьшается также по линейному закону, но с другим коэффициентом наклона. Рабочая камера обычно является теплоизолированной, в ней имеются тепловыделяющие поверхности, нагреваемый объект и датчики температуры. К таким объектам относятся, например, печи для вытяжки. В других случаях различные зоны камеры заполнены разным веществом. Рис. В данной работе рассматриваются лишь тепловые объекты с нагревательными камерами прямоугольной или круглой формы, как наиболее распространенные. Тепловой поток, поступающий в камеру от нагревателей, является входным управляющим воздействием, а температура в том или ином сечении камеры её выходной величиной. В соответствии с определением [] объектом, системой или звеном с распределенными параметрами называется устройство любой природы, в котором некоторый процесс протекает в пространстве и во времени, и выделены входы и выходы. Таким образом, тепловые объекты относятся к объектам с распределенными параметрами. В ряде работ такие объекты, звенья или системы называются распределенными. Основной формой описания объектов или систем управления с распределенными параметрами являются их модели в виде дифференциальных уравнений в частных производных. На основе этих моделей обычно определяются также передаточные функции, частотные и другие характеристики. В общем случае модели объектов с распределенными параметрами являются нелинейными дифференциальными уравнениями в частных производных [, , , , , ]. Однако чаще всего применяются линейные модели. Как показано выше, управляемые процессы в тепловых объектах протекают в некотором объеме У рабочей камеры. Этот объем ограничен некоторой поверхностью Я- боковыми стенками камеры. Состояние теплового объекта определяется изменением во времени температуры в каждой точке камеры, т. Т(х,у,г,т). Здесьх,у,г-координаты точки, а т-время. ЦТ(х, у, 7, т)) = /О, У, 2,1), х,у,геУ, 0 < т < со, (1. Ь - линейный дифференциальный оператор общего вида, /(х,уу2,т. Граничные и начальные условия для уравнения (1. Г(Г(х, д г, т)) = ? N(T(xyy>z,0)) = T0(x,y,z), х,у,геУ, т = 0, (1. Г, N - линейные, в общем случае, дифференциальные операторы, g(x,y9zi¦z) - функция, описывающая распределение температуры по границе ? Уу Т0(х,у,г)- функция, описывающая начальное при т = 0 распределение температуры в области У. Совокупность уравнений (1. В тепловых объектах управления источники тепла внутри рабочей камеры, как правило, отсутствуют. Поэтому в дальнейшем будем полагать /(*,>>,г,т)=0. Функция &(дг,. Конкретный вид операторов в уравнениях (1. Если форма камеры является прямоугольной (рис. Ьху 0 <у <Ьу, 0 <г<Ь2> а- коэффициент температуропроводности материала. Ось х обычно направлена вдоль продольной оси камеры, ось у - поперек, а ось 2 вверх. Рис. Начальные условия задаются выражением (1. Т(х,у,0,х) = г{. T(x,Ly,z,x) = g|y(x,z,т), T(,x,y,L,x) = g,(x,y,x). Функции в правых частях этих выражений описывают температуру на боковых поверхностях нагревательной камеры тепловых объектов. Обычно на теплоизолированных поверхностях температура принимается постоянной.