Введение к работе
Актуальность темы. Технологические процессы, в частности, металлургического производства отличаются значительными трудностями в осуществлении автоматического контроля их основных параметров, которые обусловлены невозможностью непрерывного измерения химического состава и ряда физических свойств материалов и продуктов. В настоящее время недостаточно разработаны методы синтеза систем управления при дискретном запаздывающем контроле (ДЗК) технологических параметров, который характерен для многих объектов металлургического производства. Другими особенностями этих объектов являются многосвязность и нелинейность. Решение многих вопросов для таких объектов возможно с помощью методов имитационного моделирования. Однако, большое теоретическое и практическое значение в настоящее время имеет развитие более простых приближенных методов расчета, позволяющих хотя бы в первом приближении оценить основные динамические качества проектируемой многосвязной автоматической системы с учетом нелинейности и дискретности запаздывающего контроля. Такая оценка позволяет разработать первоначальную структуру автоматической системы и определить область наивыгоднейших значений её параметров. Без указанного предварительного расчетного этапа применение имитационного моделирования часто оказывается непродуктивным.
Сказанное определяет актуальность данной диссертации, направленной на развитие прямых приближенных методов расчета многосвязанных систем регулирования с учетом дискретного запаздывающего контроля.
Цель работы. Разработка методов синтеза для проектирования систем управления с дискретным запаздывающим контролем. Разработка применения метода спектральных плотностей (СП) для объектов управления в условиях недостаточности технологического контроля. Разработка алгоритмов реализации метода спектральных плотностей для проектировании систем управления объектами металлургического производства.
Методы исследований. Работа проводилась теоретическими и экспериментальными методами. В исследованиях использованы методы теории случайных процессов, инвариантности систем управления, методы оптимального синтеза, математического моделирования и идентификации автоматических систем, прикладные программные пакеты MathLab v5.3., MathCad v7, Datafit v5.1 и др..
Научная новизна. Разработана методика прямого приближенного расчета многосвязанных систем управления с ДЗК методом спектральных плотностей. Исследована и определена зависимость величины эквивалентного запаздывания от параметров дискретного запаздывающего контроля в контуре обратной связи систем стабилизации. Разработана методика, позволяющая сравнить эффективность применения системы при непрерывном (относительно частом) управлении по оценке переменной состояния, получаемой с помощью сильно зашумленного косвенного измерения, по сравнению с управлением по относительно редким, но точным дискретным и запаздывающим измерениям.
Обоснованность научных положений базируется на применении известных положений теории автоматического управления, методов теории случайных процессов, инвариантности систем управления, методов оптимального синтеза, математического моделирования и идентификации автоматических систем.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом исследований, основанных на корректном использовании современных представлений о закономерностях, присущих системам управления и их математическому описанию, использованием современных математических методов параметрического оптимизационного синтеза, близкой сходимостью расчетных и опытных данных.
Практическая ценность результатов работы и их реализация. Результаты работы позволяют осуществлять синтез систем управления при ДЗК технологических процессов металлургического промышленности.
Полученные результаты диссертационной работы использованы для разработки технико-экономического обоснования АСУТП комплекса печи Ванюкова для переработки медно-никелевого сырья
на площадке пос. Никель ОАО "Кольская горно-металлургическая компания".
Положения, выносимые на защиту:
Приближенный прямой расчет многосвязанных систем управления с ДЗК может быть выполнен путем использования разработанной в диссертации методики применения для таких объектов метода спектральных плотностей, использующего зависимость величины эквивалентного запаздывания от параметров ДЗК в контуре обратной связи систем стабилизации.
Полученное в данной работе представление алгоритма субоптимального фильтра оценивания в виде передаточной функции позволяет прямым расчетом с применением метода спектральных плотностей сравнить качество стабилизации выходного параметра по обратной связи на основе непрерывного (относительно частого) сильно зашумленного косвенного измерения с качеством стабилизации при использовании точного, но относительно редкого запаздывающего измерения (ДЗК).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на ежегодной научной конференции "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, 1998, 1999), Третьей Санкт-Петербургской ассамблее молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1998).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано пять печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 142 страницах текста с 43 рисунками и 8 таблицами. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, списка литературы, включающего 124 наименования.