Введение к работе
Актуальность работы. Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии должна основываться на применении агрегатированных комплексов технических средств, использовании методов оптимального и адаптивного управления и диалоговых систем автоматизированного проектирования.
Созданная под руководством академика СВ. Емельянова теория бинарных систем автоматического управления позволяет получать эффективные алгоритмы управления при синтезе локальных систем управления. Несмотря на достигнутые результаты по разработке нелинейных законов управления в классе бинарных систем, непрерывно растущие требования к динамической точности САУ, задачи внедрения программируемых средств автоматики в АСУ ТП и разработки на их базе распределенных систем управления динамическими объектами и процессами строительного производства настоятельно требуют создания новых эффективных алгоритмов функционирования, совершенствования алгоритмической структуры программируемых средств автоматики .
Структурный и параметрический синтез алгоритмов бинарного управления, а также их анализ связаны с значительными трудозатратами на проведение имитационных экспериментов, так как аналитическое исследование данных систем при наличии запаздывания весьма затруднено. В связи с этим важной задачей является разработка программного проблемно-ориентированного комплекса для синтеза и анализа бинарных САУ, позволяющего автоматизировать разработку алгоритмического обеспечения и сократить затраты на исследования.
Бинарные САУ являются эффективным средством управления неста
ционарными динамическими процессами в условиях параметрической не
определенности, поэтому разработка на их основе алгоритмического и
программного обеспечения программируемых средств автоматики,повы
шение эффективности систем управления, расширение области их при
менения несомненно, является актуальной проблемой теории и практи
ки автоматического управления, позволяющей решить задЗчи увеличе
ния объема выпускаемой продукции и повышения ее качества на пред
приятиях строительной индустрии. -
Цель работы - решение научной проблема, имеющей важное народнохозяйственное значение, по разработке, теоретическому и экспериментальному исследованию комплекса новых методов и алгоритмов управления, основанных на принципах построения бинарных САУ, которые
-.-1-
образуют новую методологию в теории и практике автоматизации нестационарных динамических объектов с запаздыванием. Работа направлена на повышение эффективности функционирования и расширение области применения современных АСУ ТП в строительной промышленности. Поставленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных основных задач диссертационной работы, состоящих в следующем:
разработка теоретически и экспериментально обоснованной методологии построения бинарных систем автоматического управления нестационарными динамическими объектами с запаздыванием;
синтез параметрического семейства новых алгоритмов управления для динамических объектов с запаздыванием и оценка их эффективности функционирования при воздействии неизмеряемых координатных и параметрических возмущении;
- разработка методологии пострадения машинно-ориентированных методов исследования бинарных систем автоматического управления и реализация диалоговой системы синтеза имитационных моделей для автоматизации создания алгоритмического обеспечения программируемых средств автоматики, в том числе алгоритмов бинарного управления;
- разработка, обоснование и исследование методов адаптации в
классе бинарных САУ синтезированных алгоритмов управления к пара
метрическим возмущениям в объекте управления;
- разработка задач автоматизации параметрического синтеза и опти
мизации бинарных систем управления нестационарными технологически
ми объектами и методик параметрического синтеза и расчета параме
тров настройки алгоритмического обеспечения;
'- разработка и внедрение программного обеспечения бинарных систем управления для микропроцессорных средств автоматизации динамических объектов на предприятиях строительной индустрии.
Развиваемая в работе методология отличается комплексным подходом к решению поставленных задач: созданием диалоговых программных средств для синтеза имитационных моделей бинарных САУ, разработкой на ее основе параметрических семейств алгоритмов бинарного управления нестационарными динамическими объектами с запаздыванием; выполнением анализа и оптимизации динамических свойств систем управления с созданным алгоритмическим обеспечением, разработкой методов параметрического синтеза и инженерных методов расчета параметров настройки синтезированных алгоритмов; практической реализацией и внедрением алгоритмического и программного обеспечения на программируемых средствах автоматики для автоматизации технологи-
ческих процессов.
Методи исследования базируются на использовании аппарата теории бинарных систем автоматического управления, теории систем с переменной структурой, теории'оптимального управления, теории аналитического конструирования оптимальних регуляторов, методов имитационного моделирования и на натурных экспериментах.
Научная новизна работы заключается в создании теоретических основ разработки новых, направленных па повышение эффективности и расширение области применения АСУ ТП методов и алгоритмов управления динамическими объектами с запаздыванием, основанных на принципах построения бинарных систем управления, в условиях параметрических возмущении и при отсутствии полной априорной информации об объекте управления.
Автором разработана объектно-ориентированная диалоговая система синтеза имитационных моделей бинарных систем управления, предназначенная для автоматизированного синтеза моделей, проведения модельных экспериментов, оптимизации и интерпретации их результатов при синтезе функционально-алгоритмической структуры бинарных САУ, предложен способ автоматического синтеза моделирующих /оптимизирующих/ программ и алгоритм его реализации.
Разработана классификация бинарных алгоритмов управления динамическими объектами с запаздыванием, в основу которой положен вид управляющего воздействия на отдельных участках управления, позволяющая выявить связь синтезированных алгоритмов с линейными законами и обосновать автоматизацию выбора алгоритма из параметрического семейства в зависимости от типа объекта и динамической ситуации.
Исследованы и разработаны новые алгоритмы бинарного управления нестационарными динамическими объектами с запаздыванием и методики их параметрического синтеза, для ряда алгоритмов показана возможность управления структурно неопределенными объектами.
Предложена инженерная методика и получены номограммы расчета оптимальных параметров настройки для разработанного параметрического семейства алгоритмов бинарного управления.
Практическая ценность работы состоит прежде всего в том, что в ней предложена,' обоснована и доведена до конкретных решений методология построения и практического использования нового класса бинарных алгоритмов управления нестационарными динамическими объектами с запаздыванием, применение которых позволяет решить важную
народнохозяйственную задачу расширения области применения и внедрения программируемых контроллеров в АСУ ТП, в частности, на предприятиях строительной индустрии.
В диссертации разработаны новые типы законов управления, на основе которых автором созданы алгоритмическое и программное обеспечение управляющих комплексов и устроиства, защищенные авторскими свидетельствами, прошедшие испытания на ряде технологических процессов, что подтверждает возможность и целесообразность использования полученных результатов.
Под руководством автора разработана диалоговая система синтеза имитационных моделей (ШЮД), внедренная для создания бинарных систем управления нестационарными технологическими процессами в Институте проблем управления АН РФ, Институте кибернетики АН Украины, Киевском НПО "Киевский институт автоматики", Институте металлургии и обогащения АН Казахстана, Тверском специальном проект-но-конструкторском бюро средств управления, НПО "Центрпрограммсис-теы" г. Твери и других.
Документально подтверждении!! экономический эффект от внедрения результатов работы в ценах 90 г. составляет 970 тыс. руб.
Реализация в промышленности. Система СШОД внедрена в восьми научно-исследовательских и проектно-конструкторских организациях.сдана в отраслевой фонд программного обеспечения НПО Центрпрог-раммсистен (per. м 1343).
Внедрение алгоритмического и программного обеспечения бинарных алгоритмов управления для автоматизации технологических процессов на предприятиях стро.пельяои и других отраслей промышленности подтверждено 12 актами, в том числе:
в Тверском специальном проектно-конструкторском бирс средств управления ПТУ І1ПУ АН РФ «іпшірпОора в составе библиотеки программных средств, роализуиди:; алгоритми управления, сбора и первичной обработки інформанті АСУПІ нижнего уровня;
на Редкинсксм они шоп заводи в составе алгоритмического и программного обеспечения автоматизированной системы управления и обработки информации;
, - в Опытном проектно-конструкторском бюро автоматики /г: Тверь/ для специализированных комплексов автоматизации нижнего уровня распределенных АСУ ТП;
- в НПО "Иентрпрограчмгпетем" для
".-'еПНіНг'іГІїІ і; ./;vjf НИМ МІ И! о';іі" >іі чч;. і:; 1--1! і.-. :;[ ,'| і уг;;ч v її-
контроллерах для предприятии строительного и химического производств;
в Институте металлургии и обогащения АН Казахстана;
на Калининском предприятии вычислительной техники и информатики в составе алгоритмического и программного обеспечения микропроцессорных программируемых средств для автоматизации технологических процессов на предприятиях строительной индустрии.
Реализация работы в учебном процессе. Разработанная диалоговая система синтеза имитационных моделей внедрена для проведения лабораторного практикума по моделированию систем.
Структура и объем работы. Диссертация содержит: основной текст на 390 стр., включающий введение, 7 глав и заключение, список литературы /197 наименований/, 12 табл., 120 рис. и приложения.