Интегрированный комплекс компьютерно-имитационного моделирования систем управления в виртуально-физической среде

• Автор: Прошина, Раиса Дмитриевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 209 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1. КОМПЬЮТЕРНОИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ИНТЕГРИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА СЕТЕВЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЛАБОРАТОРИЙ.
1.1. Математическое и физическое моделирование в интегрированном комплексе сетевых автоматизированных лабораторий.

1.2. Структура интегрированного комплекса компьютерноимитационного моделирования

1.3. Объекты и задачи хматематического моделирования.

1.3.1. Примеры объектов математического моделирования

1.3.2. Структуры систем управления.

1.3.3. Задачи моделирования систем управления

1.4. Математические модели Вход выход

1.5. Систематизация математических моделей Вход выход дифференциальные уравнения.

1.6. Систематизация .матехматических моделей, задаваемых передаточными функциями

1.7. Математическое моделирование систем в пространстве состояний
1.8. Систематизация методов моделирования систем управления
в пространстве состояний
1.9. Нормирование в моделях пространства состояний.
1 Системная организация математического моделирования
в интегрированном комплексе сетевых автоматизированных лабораторий.
1 Выводы по первому разделу
2. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В НОРМАЛЬНОЙ И КАНОНИЧЕСКОЙ ФОРМАХ ПРОСТРАНСТВА СОСТОЯНИЙ
2.1. Алгоритм построения математических моделей в нормальной форме пространства состояний
2.2. Математические модели в нормальной форме
пространства состояний
2.3. Алгоритм формирования математических моделей в нормальной форме пространства состояний первой модификации.
2.4. Алгоритм формирования математических моделей в нормальной форме пространства состояний второй модификации.
2.5. Алгоритм формирования математических моделей в нормальной форме пространства состояний третьей модификации
2.6. Алгоритм формирования математических моделей в нормальной форме пространства состояний четвртой модификации.
2.7. Взаимосвязь математических моделей в нормальной форме пространства состояний
2.8. Формирование математических моделей в канонической форме пространства состояний
2.9. Построение математических моделей в канонической форме пространства состояний по передаточным функциям
с кратными полюсами.
2 Математическое моделирование дискретных систем в нормальной форме пространства состояний
2 Выводы по второму разделу
3. МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ФОРМЕ ПРОСТЫХ МНОЖИТЕЛЕЙ
И КОМБИНИРОВАННЫХ ФОРМАХ
ПРОСТРАНСТВА СОСТОЯНИЙ
3.1. Математическое описание систем управления в форме простых множителей пространства состояний.
3.2. Алгоритм формирования моделей систем в форме простых множителей пространства состояний первой модификации
3.3. Алгоритм формирования моделей систем в форме простых множителей пространства состояний второй модификации
3.4. Вычисление коэффициентов модели в форме простых множителей пространства состояний.
3.5. Математическое моделирование дискретных систем в форме простых множителей пространства состояний
3.6. Математическое описание систем управления в пространстве состояний комбинированные формы представления моделей
3.7. Выводы по третьему разделу.
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
4.1. Обобщнный объект моделирования
4.2. Алгоритм и методика исследования математических моделей непрерывных систем управления в пространстве состояний
4.3. Исследование обобщенного объекта моделирования
4.4. Алгоритм и методика исследования математических моделей дискретных систем управления в пространстве состояний
4.5. Математическое моделирование систем управления
в комбинированных формах пространства состояний
4.6. Математическое моделирование электропривода
постоянного тока.
4.7. Математическое моделирование электродинамического вибростенда
4.8. Математическое моделирование гидропривода.
4.9. Математическое моделирование парового котла.
4 Выводы по четвртому разделу.
5. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ, МЕТОДИК И АЛГОРИТМОВ МОДЕЛИРОВАИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ВИРТУАЛЬНФИЗИЧЕСКОЙ СРЕДЕ.
5.1. Структура обеспечения интегрированного комплекса сетевых
автоматизированных лабораторий
5.2. Программная платформа интегрированного комплекса сетевых
автоматизированных лабораторий
5.3. Обобщнная структура многофункционального
объекта исследования
5.4. Методический комплекс проведения научных и учебных
исследований в ИКС АЛ.
5.5. Методика параллельного исследования единственного объекта со смещением моментов получения информации
для каждого исследователя.
5.6. Методика последовательного исследования единственного
объекта физического моделирования.
5.7. Методика комплексного проведения исследований
с использованием физических и математических моделей
5.8. Методика комплексного проведения исследований нескольких объектов с использованием физических
и математических моделей
5.9. Методика комплексных исследований с использованием синтезированных и накопленных экспериментальных
данных, трендов.
5 Многофункциональный объект исследования Синхронный генератор распределнная электрическая сеть
5 Математическая модель обобщнной электрической машины
5 Многофункциональный объект исследования с машиной постоянного тока
5 Многофункциональный объект исследования технологических
процессов
5 Математическое моделирование гидромеханических процессов
5 Разработка практических рекомендаций по применению разработанных методов, алгоритмов и комплекса программ
5 Выводы по пятому разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены при анализе и синтезе систем управления для АСУТП ОАО НПФ КРУГ, а также при выполнении НИР по АВЦП 2. ФЦП ПС . Комплекс программ и методики моделирования внедрены при обучении студентов по направлению Автоматизация технологических процессов и производств в рамках интегрированного комплекса сетевых автоматизированных лабораторий. Достоверность результатов работы. Достоверность полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями, внедрением на промышленных предприятиях, апробацией на всероссийских и международных научных конференциях. Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на международной научнопрактической конференции Инновационная экономика и промышленная политика региона Экопром С. Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании Пенза, , XI Международной научнотехнической конференции Кибернетика и высокие технологии XXI века Воронеж, , II Международной заочной научнометодической конференции Современные образовательные технологии Пермь, , II Всероссийской научной конференции с международным участием Научное творчество XXI века Красноярск, , XI Международной научнотехнической конференции Проблемы информатики в образовании, управлении, экономике и технике Пенза, . Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, включая 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, два отчта по НИР. Объм и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованных источников и приложения. Содержит 9 страниц машинописного текста, в том числе рисунков и таблиц. Библиография включает 8 наименований. Во введении отражена актуальность рассматриваемой проблемы, формулируются цель, представлены задачи, научная новизна и практическая ценность исследований, основные положения, выносимые на защиту. В первом разделе дан анализ объектов и задач моделирования в ИКСАЛ, проведено обобщение методов моделирования технических объектов управления. Выделены методы моделирования систем управления в пространстве Вход выход и Вход состояние выход, проведена систематизация математических моделей в виде дифференциальных уравнений и передаточных функций. Введены модели Вход выход в канонической и стандартнофакторизованной форме, исключающие ошибки, упрощающие анализ и построение математических моделей в ПС на основе дифференциальных уравнений и передаточных функций п го порядка. ИКСАЛ. Второй раздел направлен на разработку методов математического моделирования и алгоритмов синтеза математических моделей в нормальной и канонической форме ПС. Основной результат второго раздела комплекс методов и алгоритмов построения математических моделей в нормальной и канонической формах пространства состояний, обеспечивающий синтез восьми модификаций моделей нормальной формы и позволяющий повысить эффективность математического моделирования непрерывных и дискретных систем управления с различной структурой. Установлена взаимосвязь методов математического моделирования в нормальной форме пространства состояний. Показано, что базовыми при построении функциональнополной системы методов математического моделирования технических объектов в пространстве состояний являются математические модели первой и второй модификации. На основе процедур реверсирования р порядка следования переменных состояния и нахождения сопряжнных с систем построен алгоритм преобразования базовых моделей первой и второй модификаций к моделям соответственно четвртой, пятой, восьмой и третьей, шестой и седьмой модификаций. В третьем разделе разрабатываются методы и алгоритмы синтеза математических моделей непрерывных и дискретных систем в форме простых множителей и комбинированных формах ПС. Формирование на основе предложенных в первом разделе методов математического моделирования моделей в форме простых множителей пространства состояний приводит к системе математических моделей из восьми модификаций.