Введение к работе
Актуальность работы. Как правило, автоматизируемые непрерывные технологические процессы и установки в энергетике, нефте-химической, химической, металлургической и многих других отраслях промышленности являются многомерными, многосвязными динамическими объектами управления, функционирующими в условиях постоянно действующих возмущений, системы управления которыми содержат, как обязательную часть, подсистемы автоматического регулирования.
Многомерная автоматическая система регулирования(АСР) может быть построена на основе принципов автономности, инвариантности или несвязанного регулирования. Наиболее полно разработана теория автономных систем. Принцип автономности формально позволяет упростить математическое описание системы и задачи ее параметрического синтеза, однако его реализация на практике затруднена. Принцип несвязанного регулирования приводит к необходимости итерационных процедур в оптимальном параметрическом синтезе АСР и необходимости исследования особенностей эквивалентного объекта.
При исследовании многомерных систем используется принцип декомпозиции, в соответствии с которым сложный объект управления подразделяется на подсистемы меньшей размерности с относительно слабыми взаимосвязями. Простейшим при декомпозиции сохраняющим все основные свойства многомерной системы является двумерный объект управления, имеющий также самостоятельное значение, так как многие технологические процессы и установки относятся именно к этому классу технологических объектов управления(ТОУ).
Разработка эффективных методов оптимального параметрического синтеза для многомерных систем несвязанного регулирования позволяет решить задачу сравнительного анализа возможных структур многомерной АСР и выбора оптимальной структуры по комплексу показателей, характеризующих ее качество.
Поставленные в диссертации задачи разработки методов исследования двумерных автоматических систем несвязанного регулирования, формулировки критерия оценки качества многомерной АСР, сравнительного анализа, качества автономных, частично-автономных и несвязанных АСР, методов априорной оценки оптимальной по принципу построения структуры АСР имеют как теоретическое, так и прикладное значение. Тема диссертации является актуальной.
Цель работы. Целью настоящей работы является разработка математического, методического и программного обеспечения для ала-
лиэа и синтеза двумерных АСР различной структуры, для решения задачи выбора оптимального принципа построения АСР.
Для достижения поставленной цели поставлены и решаются следующие задачи: 1) рассмотрение общих вопросов исследования многомерных систем автоматического регулирования; 2) сравнительное исследование вариантов структурных схем двумерных АСР; 3) разработка на основе изучения особенностей эквивалентного объекта регулирования методов оптимального параметрического синтеза для двумерной системы несвязанного регулирования и разработка соответствующего программного обеспечения.
Научная новизна: Разработан метод анализа влияния перекрестных связей двумерных объектов-на характеристики системы, позволяющий оценить степень взаимовлияния контуров и осуществить априорный выбор оптимального принципа регулирования; предложено использовать для оценки перекрестной передачи сигнала в двумерных АСР матрицу относительных коэффициентов, учитывающих статические и динамические свойства объектов; доказано, что при возмущениях, действующих на основной контур, предельная динамическая точность одинакова в автономной и несвязанной двумерной АСР; исследованы особенности частотных характеристик эквивалентного объекта в двумерной АСР, их зависимость от значений параметров настройки регуляторов и предложены методы их учета при решении задачи оптимального параметрического синтеза; предложен критерий заданного запаса устойчивости двумерной АСР, основанный на использовании расширенных частотных характеристик; исследованы особенности расчета переходных процессов в двумерных АСР в задачах сравнительного анализа и оценки качества АСР.
Степень достоверности: Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается корректным использованием аппарата теории автоматического управления и хорошо разработанных методов для одноконтурных систем регулирования. Практическая применимость разработанных методов подтверждается отсутствием противоречий между результатами расчетов предложенным методом, результатами натурных экспериментов и других методов.
Апробация работы и публикации. Опубликована одна статья.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на семинаре кафедры АСУ ТЕ МЭИ.
Практическая ценность работы. Предложенный способ анализа взаимосвязей позволяет при разработке двумерных систем регулирования на начальном этапе осуществить априорный выбор оптимального принципа построения АСР. Разработанный комплекс программ расчета двумерных систем регулирования, реализованный в виде программных модулей для IBM PC, теоретические результаты диссертации могут быть использованы для решения задач'исследования двумерных АСР в учебной и научной работе.
Личный вклад автора. Проведен анализ взагімосвязей переменных в двумерных автоматических системах регулирования. Разработан способ оценки степени влияния перекрестных связей в двумерных АСР для априорной оценки оптимального принципа построения АСР.
Выполнен методами вычислительного эксперимента сравнительный анализ возможных структур двумерных АСР. Показано, что предельная динамическая точность при возмущениях, действующих на основной канал, не зависит от структуры двумерной АСР.
Проведен анализ расширенных частотных характеристик эквивалентных объектов в двумерных АСР и исследованы их особенности.
Выяснены свойства переходных процессов в двумерных автоматических системах несвязанного регулирования и особенности их расчета в задачах сравнительного анализа качества АСР.
Разработана программа для расчета двумерных автоматических систем регулирования с оценкой качества АСР на основе нечеткого множественного критерия.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 225 страницах. Она включает 156 страниц машинописного текста, 69 иллюст-рациий и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы(127 именований) и приложения.