Эвристические многокритериальные методы исследования систем автоматизации технологических процессов Коломыцев, Вячеслав Григорьевич

Введение к работе

Актуальность темы обусловлена проблемой повышения качества систем зтоматизации технологических процессов. Технологические критерии зчества разрабатываемых систем:

1. Точность (прецизионность) работы:

1. Точность работы системы в стационарном режиме;

2. Точность работы в динамическом режиме;

2. Быстродействие системы:

3. Производительность;

4. Износоустойчивость;

5. Энергоэкономичность,

івисят от показателей качества исходного объекта и законов управления
ункционированием автоматизированной системы. Существующие методы
іределения оптимальных законов управления не позволяют в полной мере
:шить эту проблему. Создание высокоточных и быстродействующих систем
ановится возможным благодаря разработке эвристических

яогокритериалькых и алгоритмизированных методов проектирования с пользованием моделей в информационных компьютерных средах при .больших объемах ш> дельно-экспериментальных исследований. Создание (ектронных моделей динамических систем управления с наглядным іедставлением имиджей объектов и связей между ними, возможность >статочно быстрого и простого варьирования параметров, изменения связей, мены звеньев систем без знания языков программирования является туальной задачей.

До настоящего времени не существует единого подхода к синтезу гтимальных законов управления сложными технологическими объектами в игу их существенной нелинейности, а также тому обстоятельству, что каждый

вид автоматизированных систем следует синтезировать с учетом все специфических особенностей, присущих данным системам; известные методь: эвристического многокритериального синтеза не полностью удовлетворяют запросам инженерной практики, ибо не разработаны до уровня, необходимогс для выполнения инженерных расчетов. Поэтому проведение исследований і области анализа динамики автоматизированных систем и синтеза оптимальны> законов управления технологическими объектами в многокритериальном \ эвристическом аспектах актуально и имеет важное практическое значение.

Цели и задачи работы. Обобщенная цель диссертационной работы разработка эвристических многокритериальных методов проектированю систем автоматизации технологических процессов с реализацией предельные динамических возможностей исходных систем путем построения і исследования линейных моделей в инструментальных компьютерных среда) при активном использовании интеллектуального потенциала в форме структурь предпочтений конструктора. Разработка точных методов расчета оптимальны) параметров систем управления объектами в инструментальных компьютерны) средах является основой повышения эффективности технологически) процессов обработки изделий путем повышения точности и быстродействие автоматизированных систем.

В соответствии с поставленной целью основными задачами являются:

1. Оптимизация параметров требуемой спектральной характеристик! разомкнутой линейной непрерывной автоматизированной системы;

2. Синтез структуры и расчет параметров стабилизирующей обратно! связи линейной автоматизированной системы модельно экспериментальным методом с определением необходимых ] достаточных условий реализации стабилизирующей обратной связі минимально-фазовыми звеньями;

3. Проектирование микропроцессорных систем с внутренним аналоговым
I контуром в инструментальных компьютерных средах;

4. Исследование точностных характеристик информационных
компьютерных сред.

Методы исследования. Математический аппарат, использованный при выполнении теоретических и экспериментальных исследований в тссертационнои работе, включает методы теории дифференциальных и шностных уравнений, непрерывного и дискретного преобразований Лапласа, еории автоматического регулирования и управления, цифрового юделирования, теории линейных векторных пространств, теории множеств, истемного анализа и теории выбора и принятия решений.

Научная новизна. Новые научные результаты следующие:

3. Разработана модельно-экспериментальная методика оптимизации параметров требуемой спектральной характеристики разомкнутой системы. Построена линейная модель автоматизированной системы с требуемыми динамическими свойствами для реализации цели оптимизации параметров требуемой спектральной . характеристики разомкнутой системы. Линейная модель требуемой системы позволяет вести проектирование систем с неединичной инерционной отрицательной обратной связью и систем с чистым запаздыванием.

4. Сформулировано и доказано утверждение о необходимом и достаточном условиях реализации стабилизирующих обратных связей минимально-фазовыми звеньями. Разработана модель для синтеза точных спектральных характеристик встречно-параллельных стабилизирующих устройств. Разработана методика синтеза структуры и расчета параметров встречно-параллельных стабилизирующих устройств,

5. Сформулировано утверждение об эквивалентности структурных схем, в котором доказано, что структурная схема замкнутой стабилизированной

непрерывной линейной системы эквивалентна структурной схеме, составленной из последовательно соединенных минимально-фазовых звеньев. Разработаны в форме алгоритма методика проектирования и модель многоконтурной системы. 4. Разработан метод исследования точностных характеристик

информационных сред.
Практическая ценность работы состоит в том, что с целью повышения
методической точности и алгоритмизации расчетов в информационных
компьютерных средах на основе теоретических и экспериментальных
исследований разработаны модель системы с требуемыми показателями
качества, метод предельных переходов для расчета стационарных режимов
работы систем, концепция и механизм выбора оптимальной альтернативы,
эвристический алгоритм автоматизированного поиска оптимальных параметров
спектральной характеристики системы, доказано утверждение о необходимом и
достаточном условиях реализации стабилизирующей обратной связи
минимально-фазовыми звеньями, разработана модель синтеза точных
спектральных характеристик встречно-параллельных стабилизирующих
устройств, разработаны модули эвристической и автоматической
аппроксимации точных спектральных характеристик и методика синтеза
стабилизирующей обратной связи, модель микропроцессорной системы и
методика расчета и исследования моделей микропроцессорных систем с
внутренним аналоговым контуром, эвристический метод исследования
точностных характеристик информационных сред, приведены результаты
исследования метрологических характеристик компьютерной

инструментальной среды STRATUM COMPUTER.

Реализация работы и внедрение результатов исследований. Полученные
в диссертации результаты реализованы в разработанную на кафедре ВТА5*
ПГТУ информационно-методическую систему «Альтернатива»

предназначенную для проектирования автоматизированных систем в инструментальных компьютерных средах. Система «Альтернатива» внедрена в учебный процесс Пермского государственного технического университета (г. Пермь), принята к использованию Научно-исследовательским институтом управляющих машин и систем (г. Пермь), внедрена в конструкторский отдел НПО АО «Такт» (г. Пермь) и в исследовательские и проектные подразделения Уральского научно-производственного комплекса Ленинградского отраслевого научно-исследовательского института связи (НІЖ Урал ЛОН) (г. Пермь).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всероссийской научно-методической конференции «Тренажеры и компьютеризация профессиональцой подготовки» (г. Москва, 1994 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Научно-технические проблемы конверсии промышленности Западного Урала» (г. Пермь, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ в центральной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 256 страницах машинописного текста (общий объем текста), иллюстрируется 54 рисунками и 9 таблицами на 56 страницах и состоит из введения, пяти глав, включения, библиографического списка из 175 наименований и одного трюгожения на 10 страницах.