Введение к работе
Актуальность темы Исследования. В современном наукоемком производстве имеет место тенденция расширения функциональных возможностей и Повышение качества систем автоматического управления за счет развития алгоритмического обеспечения. Так, использование оптимального 'энергосберегающего управления динамическими' режимами нагрева в электрических печах позволяет экономить до 10 % энергии. Сложность алгоритмов оптимального регулирования определяется необходимостью совмещенного > синтеза управляющих воздействий, реализаций многозадачной программы управления,' интеллектуальностью' задач выбора стратегии управления на множестве состояний функционирования объекта и др. Это требует разработки моделей и алгоритмов, которые рассматриваются с позиции их функционирования в простых микропроцессорных устройствах, определения концепции программно-технической реализации энергосберегающего регу- лятора (ЭР), решающего вышеперечисленные задачи.
Данная работа выполнялась в соответствии с научно-техническими программами "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" и "Интеллектуальная собственность высшей школы", темами госбюджетных и хоздоговорных НИР ТГТУ 1996 - 2000 гг. (1Г-96, 10Г-97, 4Г-98, 12-98, 9Г-99, 3-2000), договорами о международном сотрудничестве между ТГТУ и фирмой 2TLA Elektronik (Германия) от 15.08.96 и 4.1Т.97.
Цель диссертационной работы. Целью 'диссертационной работы является разработка оптимального регулятора, обеспечивающего совмещенный синтез управляющих воздействий Для режима пуска объекта и стабилизации регулируемой величины с минимумом-затрат энергии, а также выработку, управления в условиях, когда решение задачи оптимального управления не существует.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
-' сформулирована и решена задача аналитического конструирования
энергосберегающего регулятора на множестве состояний функционирова-
ния (МСФ); /
разработаны алгоритмы синтеза оптимального.управления в широком интервале изменения регулируемой величины для нелинейных объектов;
разработаны алгоритмы синтеза энергосберегающих воздействий, в. режиме стабилизации; '.,'
. - определены условия устойчивости применительно к замкнутым системам оптимального энергосберегающего управления;
- разработана система имитационного моделирования, предназначен
ная для синтеза алгоритмов .энергосберегающего управления и имитации их
работы в реальном масштабе времени. ,,jv і. . . ! > .
На защиту выносятся.., . ."_.'Ч.„,,\ ;..,-.. ''
-
Алгоритмы конструирования синтезирукдаик''.функций для оптимальных регуляторов, обеспечивающих минимум 'затрат энергий в режимах пуска и стабилизации применительно к процессамі^йаґреваї,'
-
Условия практической устойчивое^; ^'Шк^утьі'х3 систем оптимального управления на множестве состояний функционирования. '
-
Система имитационного моделирования для оперативного решения задач анализа и синтеза энергосберегающих регуляторов.
-
Программно-техническая реализация энергосберегающего регулятора. ,, , .. .
-
Результаты решения задач энергосберегающего регулирования тепловыми процессами в электрической печи(, г :>!<,-j
Методы исследования. В работе использованы методы современной теории автоматического управления, математического и имитационного моделирования, анализа и.синтеза сложных систем на множестве состояний функционирования, теорид программирования..
Обоснованность научных результатов. Достоверность и новизна научных положений и выводов подтверждена и обоснована с помощью классических методов анализа и синтеза оптимального управления, а также методов аналитического конструирования регуляторов (АКОР). Полученные теоретические результаты подтверждены ,в ходе: лабораторных и промышленных испытаний системы энергосберегающего регулирования тепловыми
процессами в электрических печах-;;!,,о- - '-!,
Практическая значимость работы состоит в создании программных модулей автоматизированной системы .имитационного моделирования оптимальных энергосберегающих, регуляторов для электрических печей. Модули входят в состав экспертной системы, предназначенной для разработки математического обеспечения энергосберегающих систем управления.
Реализация работы. Полученные, алгоритмы и программы (свидетель
ства РФ об официальной регистрации программ для ЭВМ № 950464 "Экс
пертная система "Энергосберегающее управление динамическими объекта
ми"" и № 2000610159 система "Термоанализатор") использованы при разра
ботке систем оптимального энергосберегающего регулирования тепловыми
процессами в электрических печах. Результаты внедрены на предприятиях
"ZILA-Elektronik" Германия* ОАО "Технооборудование" г. Тамбов, ОАО
"ЭЛТРА" г. Рассказово, использованы- в хоздоговорных и госбюджетных
НИР 1997 - 1999srr., проводимых по тематике энергосбережения, в учебном
процессе ТГТУ. ''
Апробация работы. Основные результаты исследований,,выполненных по теме диссертации, докладывались и обсуждались на следующих международных и российских конференциях: IV Всероссийская конференция по информационным технологиям, Тамбов, 1995 г.; Российская научная конференция "Системные методы теории чувствительности, надежности и математического моделирования в информационных технологиях электроники и связи", МоскваіСочи,>1996 г.; III научная конференция 'преподавателей и студентов .ТГТУ;'Тамбов, 1996 г.; V Всероссийская научно-техническая конференция "Повышение эффективности'.Методов и средств обработки информации", Тамбов, 1997 г.; VII Международная" научно-техническая конференция "Оптические, радиоволновые,;* тепловые методы ,й средства контроля природной среды, материалов и щрмышлсщых изделий", Череповец, 1997 г.; Третья"'Международная 'теплофиЗичещая/щкола,. Тамбов, 1998 г.; I Всероссийская научно-техническая конференция, .Нижний Новгород, 1999 г.; II Тамбовская межвузовская научная конференция, 1998 г.;
Международная научно-техническая конференция "Системные проблемы іадежности, математического моделирования и информационных техно-югий", Москва-Сочи, 1998 г.; VIII Международная конференция-выставка Информационные технологии в образовании", МИФИ, 1998; Второй На-'чно-практический семинар' "Новые информационные технологии", МГИЭМ, 1999 г.; Ill всероссийская научно-техническая конференция "Ди,-тмика нелинейных дискретных электротехнических и электронных сис-ем", Чебоксары, 1999.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех лав; заключения, списка литературы и приложений.