Введение к работе
-3-
Актуальность темы. В работе рассмотрено программное управление по заданному закону приводом вращательного движения, входящего в состав иерархической системы управления. Решение данной задачи актуально для сложных устройств, содержащих механические узлы.
Наибольшие трудности вызывает автоматизация таких производственных процессов, в которых внешняя нагрузка, действующая на исполнительные органы оборудования, изменяется сложным непредсказуемым заранее образом. Такой характер иагружения является типичным при выполнении многих основных и вспомогательных операций на химических, биотехнологических и других производствах. Это взятие проб, доставка и загрузка сырья, съем готовой продукции и т.д.
Цифровые системы управления имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми, особенно - при управлении нестационарными процессами. Появление современных микроконтроллеров, обладающих значительной памятью и быстродействием, дает возможность строить на их основе адаптивные цифровые алгоритмы управления приводами, имеющие достаточно сложную математическую и программную структуру, учитывающую существенные стороны объекта и процесса управления. В том числе, появляется возможность практически реализовать для механических систем идеи управления с предсказанием.
Ряд компаний (Сименс, Омрон и др.) поставляют готовые закрытые СУ механическими узлами. Основные их недостатки: 1) высокая стоимость, 2) ограниченный стандартный набор алгоритмов управления. Они в значительной мере снимаются за счет использования контроллеров с открытой архитектурой, рассчитанных на массовое производство.
Цель работы. Разработка методов адаптивного цифрового управления перемещением привода по заданной траектории при неизвестном законе изменения внешней нагрузки.
Методы исследования. В исследованиях применены методы математического анализа, численных методов, геометрического моделирования, теории оптимизации. Программное обеспечения разработано в объектно-ориентированной среде программирования MS VC++.
Научная новизна диссертации заключается в следующем.
-
Разработан метод построения оптимальной опорной ломаной линии, равномерно приближающей траекторию перемещения с заданной точностью, дающий минимально возможное число узлов ломаной.
-
Предложен общий метод моделирования внешней нагрузки, приведенной к исполнительному органу, учитывающий раздельный учет силовых факторов, действующих на управляемое звено.
-
Разработан общий метод построения модели нагрузки заданного порядка. На его основе построены модели нулевого и первого порядков.
Для модели первого порядка исследована область адекватности, найден оптимальный метод усреднения коэффициентов.
4. Разработан алгоритм расчета управляющего воздействия при перемещении исполнительного органа по заданной траектории с необходимой точностью, предназначенный для реализации в двухуровневой иерархической системе управления.
Практическая значимость
-
Разработан опытный стенд для экспериментального исследования предложенных алгоритмов управления.
-
Создано программное обеспечение для практического применения алгоритмов, данных в работе.
-
Результаты исследования внедрены в учебный процесс МГУИЭ, а также в ОАО НПО "Химавтоматика", ООО "Брамтех".
Апробация работы. Результаты представлены на конференциях: VI МНПК "Экологические проблемы индустриальных мегаполисов" (Донецк, 2008), Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-22 (Псков,2009), Летней школе молодых ученых (Иваново, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, 1 из которых в журнале, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Текст диссертации содержит 136 страниц, 30 рисунков, 5 таблиц и 3 приложения.
