Введение к работе
Актуальность теми. Широкое внедрение САПР в практик» проектирования приСоров и систем управленая (ПСУ) предполагает дальнейшее совершенствование математического, лингвистического к программного обеспечения с целью создания языковых и программных средств, позволяющих инженерам, незнакомым с программированием, с наименьшими затратами решать широкий спектр проектных задач.
САПР ПСУ разрабатывается на кафедре САПР СПГААП под руководством Р.И.Сольницева. В настоякее время раэработады подсистемы вывода математических моделей (ММ), упрощение ММ. моделирование и анализ непрерывно - дискретных динамических систем и ряд других подсистем. Однако в САПР ПСУ отсутствовали средства синтеза управлений для многомерных систем.
Отличительной чертой проектирования систем автоматического управления (САУ) является наличие особенностей ММ объекта управления и большого количества критериев и ограничений, которым должна удовлетворять проектируемал система. Эти требования зачастую противоречивы и 'неформалиэованы.
Суаествует дьа основных подхода к анализу я синтезу многомерных линейных САУ. Один иэ них основан на описании ИМ обьекта управления во ЕременноЯ области матричными уравнения* ' в пространстве состояний, другой - на описании НИ в s-облас уравнениями типа "вход-выход". Широкое распространеа г-получили пакеты прикладных программ (ППП),. в которых реализованы методы пространства состояний. Однако известен ряд практически важных задач /Ларин В.Б.. Науыеихо К. И. /, для которых синтез в s-областн оказывается более продуктивным. Он позволяет учесть в алгоритмах синтеза особенности Ш обьекта управления и вида Функционала. Известные пакеты синтеза многомерных систем управления в s-области предполагают задание ММ обьекта управления и квадратичного Функционала в заранее определенней Форме, что в значительной степени ограничивает возможности их применения.
Поскольку эти подходы дополняют друг друга, то естественно реализовать оба подхода в одном пакете, что существенно расширит круг решаемых задач. Объединение столь
разных методов, каждый из которых базируется ва своем способе описания ММ объекта управления и на своих операциях над моделями, может быть эффективно осуществлено на основе использования средств аналитических вычисления (CAB) на ЭВМ.
Таким образом, разработка информационно связанной с ранее созданными подсистемами, подсистемы синтеза управлений САПР ПСУ, в которой, наряду с методами пространства состояний, реализованj методы анализа и синтеза многомерных непрерывных линейных систем в s - области является актуальной задачей.
Бель и задачу юаботм. Цель диссертации состоит в разработке математического, лингвистического и программного обеспечений подсистемы синтеза управления в САПР приборов и систем управления на основе средств аналитических вычислений Еа ЭВМ, позволяющей учитывать особенности математической модели объекта управления а многообразие критериев синтеза с целью повышения эффективности решения проектных задач.
В соответствии с поставленной целы) основными задачами работы являются:
разработка алгоритмов Формирования Фунхцноналов качества систем управления в символьном виде для решения задач параметрического синтеза систем управления;
анализ методов структурного синтеза управлений для объектов, заданных уравнениями в s-областа, и выделение Мнохест га операций над матричными дробно-рациональными функциями (ДРФ). позволяющих решать задачи синтеза с учетом особенностей и свойств ММ объекта управления и критериев синтеза;
анализ существующих и разработка новых алгоритмов операций над матричными ДРФ. а также разработка структуры представления данных и алгоритмов работы с символьными матрицами, числовыми матрицами и матричными Д&Ф;
создание удобного проблемно-ориентированного языка, позволяющего пользователю задавать алгоритм решения задачи на уровне описания матриц я операций над ними;
разработка пакета прикладных програш: синтеза управлений в САПР ПСУ.
Метопы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы линейной алгебры, теория функций комплексного аргумента. методи коїяьстерной алгебры и вычислительной математики, а такм методы яинекноЯ теории управления.
Научнэя новизна. В ходе выполнения работы получена следувнле новые научные результаты.
1. Алгоритм построения интегральных квадратичных
функционалов качества САУ в символьном виде, пеэволяходя
получать символьные выражения, заьисязде от варьируемых
параметров системы управления и весовых коэффициентов
Функционала.
2. Алгоритм построения параметризации множества
стабилизирувиих регуляторов на основе аяалтаа
стабилязир/емостя обьекта управтения; алгоритм Факторизации
нарагрмитовоя матричной ЯРФ. сводящий задачу факторизации к
решении уравнения Риккати. Форіяірованае которого
осуществляется на основе структуры Факторизуемого матричного
выражения.
-
Структура представления символьных матриц и ыатричных ДРФ. а такіе алгоритм вычисления матричных выражении, операндами которого могут быть символьные матрицы, матричные ДРФ и числовые матрицы.
-
Лингвистическое обеспечение, расширяющее пользовательские возможности САПР ПСУ.
-
Программное обеспечение педсастекы синтеза управлений САПР ПСУ.
-
Реализован ь райках САПР ПСУ алгоритм аостроения интегральных квадратичных Функционалов качества системы в символьном виде, позволяющий эффективно решать задача параметрического синтеза САУ.
-
Разработаны лингвистические и программные средства, позволявшие пользователю в удобной для него Форме решать задачи, алгоритмы которых могут быть представлены в виде последовательности описания матриц и матричных выражений.
3. Реализованы алгоритмы операций над матричними ДРФ, обеспечмвегзше возможность создания програма синтеза управлений, учитывающих особенности ММ обьекта управления и вида Функционала.
А. Практическое применение предложенного алгоритма Фахторнзацня делает более эффективным использование методов синтеза оптимального управления в s-области при синтезе управлений для оСіьектов. ММ которых обладает свойством хесткости.
Реатпаивя в промышленности. Теоретические и практические результаты диссертации внедрены п используется на промышленных предприятиях Санкт-Петербурга, что подтверждено актами о внедрении, приведенными в диссертации.
Апробзпкя о?.боти. Основные положения н результата диссертационной работы докладывались и обсувались на
XVII и XVIII Всесоюзных научно-технических конференциях памяти Н.К. Острякова (Ленинград 1S90. 1932);
Второй Всесосзной научной школе "Автоматизация создания математического обесдечения и архитектуры систем реального времени". (Иркутск 19Э0);
научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛИЛП (1933-1992). Разработанные программные сродства экспонировались на виставках "Интенсификация GO" (Ленинград 1939) и "САПР 91" (Москва 1991);
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит аз введения, четырех глав, списка литературы из 94 наименования, а такго приложений. Обакй обьеи диссертации - 132 страккаи машинописного текста.
