Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Высокий уровень современного технического и технологического вооружения требует непрерывного повышения качества и точности автоматических систем, сокращения стоимости и сроков их проектирования. Это определяет необходимость создания новых машинно-ориентированных методов проектирования автоматических систем. Предлагаемая работа посвящена разработке ряда математических методов и построенных на их основе алгоритмов, образующих алгоритмическую систему. Они предназначены как для оптимизации при помощи ЭВМ проектных решений, так и для идентификации систем автоматического управления (САУ) различных классов: линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных, скалярных и векторных.
Совместное рассмотрение вопросов связанных с синтезом и идентификацией объясняется следующими причинами.
Во-первых, ввод в эксплуатацию систем управления сложных технологических процессов, к которым относятся и систеїльї управления объектами ЯЭУ, как правило, занимают много времени, но регуляторы таких систем оказываются настроенными не оптимальным образом, что влечет за собой скрытые экономические потери. Одной из причин этого является неадекватность математических моделей объектов регулирования, которые учитывались в процессе проектирования регуляторов. Неадекватность порождается ,с одной стороны, трудностью решения задачи идентификации и учета в математической модели всех существенных, с точки зрения регулирования, факторов реальных объектов, и, с другой стороны, намеренным упрощением полученной модели из-за отсутствия эффективных методик расчета регуляторов.
Во-вторых, повышение требований к качеству современных систем управления, параметры которых меняются в процессе эксплуатации, а точность управления необходимо поддерживать на заданном уровне, приводит к тому, что достигнуть выполнения заданных требований к САУ невозможно без периодической поднастройки системы, т.е. без знания текущих параметров САУ.
В-третьих, задачи синтеза регуляторов и идентификации весьма близки в постановочном смысле, что позволяет для их решения использовать близкие подходы.
Обобщая вышеизложенное можно сказать, что методы и алгоритмы синтеза автоматических регуляторов и идентификации, являются методами повышения эффективности современных систем управления, в том числе и САУ объектами ЯЭУ, как на этапе проектирования, так и на этапе эксплуатации, что определяет актуальность проблемы их разработки.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью данной работы является разработка методов и алгоритмов:
оценки параметров объектов по данным как активного так и пассивного экспериментов;
синтеза регуляторов, корректирующих устройств и подбора оптимальных значений параметров, обеспечивающих заданные показатели качества работы линейных стационарных и нестационарных систем, нелинейных систем с одной аналитической нелинейностью.
Для достижения поставленной цели формулируются следующие задачи исследования.
1. Разработать методы оценки параметров по данным активного
эксперимента для :
-скалярных объектов в классе линейных стационарных и нестационарных систем;
скалярных объектов в классе нелинейных систем с одной нелинейностью;
оценки коэффициентов передаточной матрицы многомерных объектов;
оценки коэффициентов уравнения состояния для объектов с постоянным запаздыванием.
2. Разработать статистический метод оценки коэффициентов
дифференциального уравнения нестационарной модели объекта по данным
нормального функционирования.
3. Разработать метод синтеза аналоговых регуляторов для линейных
стационарных объектов и нелинейных стационарных объектов с одной
аналитической нелинейностью.
-
Разработать спектральный метод синтеза регулятора нестационарного объекта, действующего в условиях нестационарных случ айных в о змуще ний.
-
Разработать спектральный метод синтеза цифрового ПИД -регулятора, обеспечивающего заданное протекание процессов в дискретных и непрерывных системах.
4. На основе разработанных методов и алгоритмов решить задачу идентификации контура воспроизведения вибраций в системе управления вибрационными испытаниями и синтезировать регулятор уровня и давления в барабане-сепараторе энергоблока с реактором РБМК-1000. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что на основе спектрально-временного описания динамических систем и процессов, операционных матриц ортогональных базисов, аппарата интегральных уравнений 2-го рода, нового подхода, названного аппроксимационным и корреляционной теории разработаны методы:
- синтеза оптимальных, в смысле качества работы систем в
переходном и установившемся режимах, параметров, в том числе, оптимальной настройки параметров автоматических регуляторов и КУ;
- оценки параметров объектов по результатам наблюдений детерминированных и стохастических сигналов входа и выхода объектов, отличающихся тем, что определяются коэффициенты дифференциальных уравнений моделей, а не импульсная переходная функция объектов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И ВНЕДРЕНИЕ. Разработанные в диссертации методы и алгоритмы идентификации были использованы при создании в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э.Баумана многоцелевой автоматизированной системы управления вибрационными испытаниями. Она применялась для проведения вибрационных испытаний сложных изделий по заказу предприятий промышленности, что подтверждается актами о внедрении Калужского завода телеграфной аппаратуры и ГНПП «Регион» (Москва).
Методы и алгоритмы расчета регуляторов использовались для расчета регулятора уровня и давления в БС энергоблока с РЕМК -1000.
Материалы работы применяются в учебном процессе кафедры П5-КФ Калужского филиала МГТУ им. Н.Э.Баумана.
-
спектральные и аппроксимационные методы активной и пассивной идентификации стационарных, нестационарных, линейных, нелинейных объектов с одной нелинейностью, объектов с постоянным запаздыванием;
-
методы синтеза автоматических регуляторов и КУ для линейных стационарных объектов, нелинейных стационарных объектов с одной нелинейностью, нестационарных объектов, действующих в условиях нестационарных случайных возмущений, спектральный метод синтеза цифрового ПИД регулятора;
3. система виброиспытаний, построенная с применением
разработанных методов и алгоритмов;
4. регулятор уровня и давления в БС энергоблока с РБМК-1000.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы
были доложены и обсуждены на : 32-м Международном научном коллоквиуме, Ильменау, ГДР, 1987; Всесоюзных, Всероссийских и региональных научно-технических конференциях и совещаниях: Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов, Новосибирск, 1987; Электроника и информатика в гибких автоматизированных производствах (ГАП), Пермь, 1987; Прогрессивные технологии и конструкции, механизация и автоматизация производственных процессов в машино и приборостроении, Калуга, 1987; Автоматизация исследования, проектирования и испытаний сложных технических систем и технологических процессов, Калуга, 1989, 1991, 1993, 19 94/ Теоретические и прикладные проблемы создания систем управления технологическими процессами Челябинск, 1990; Вибрация и диагностика машин и механизмов, Челябинск, 1990; Прогрессивные материалы, технологии и конструкции в машино и приборостроении , Калуга,
1994; Социально-экономические проблемы управления производством, создание прогрессивных технологий, конструкций и систем в условиях рынка, Калуга, 1997.
По материалам диссертации опубликовано более 20 печатных работ, в том числе четыре статьи [8], [19], [23], [14] и отчеты по НИР [1], [18], [21].