Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время вследствие широкого использования средств вычислительной техники для управления технологическими процессами в различных областях: электротехнике, энергетике, радиотехнике, металлургии и т.д. значительно возрос интерес к импульсным системам автоматического управления (САУ). Основные достоинства импульсных САУ перед непрерывными системами состоят в возможности многоточечного управления, многократного использования линий связи, а также в повышенной помехозащищенности. Большой вклад в изучение теоретических вопросов импульсных систем внесли Джури Э., ЯЗ. Цыпкин, П. Видаль, В.И. Кунцевич, А.Х. Гелиг, В.А. Якубович.
В промышленной практике одним из необходимых требований, предъявляемых к проектированию и эксплуатации САУ, является обеспечение оптимального её функционирования по выбранному критерию качества. В связи с этим требуется решение ряд задач, одной из которых является задача определения оптимальных, исходя из принятого критерия, значений настраиваемых параметров управляющего устройства, обеспечивающих приемлемое качество переходных процессов в САУ. При решении этой задачи, получившей название параметрической оптимизации, в последние годы успешно применяются алгоритмы автоматической параметрической оптимизации (АПО).
В качестве базы для формирования алгоритмов АПО в настоящей работе выбраны достаточно хорошо зарекомендовавшие себя методы теории чувствительности. Существенный вклад в развитие теории чувствительности сделан М.Л. Быховским, Р. Томовичом, М. Вукобратовичом, Е.Н. Розенвассером, P.M. Юсуповым, В.И. Костюк, Л.А. Широковым.
Импульсные САУ достаточно многообразны, что не позволяет все полученные результаты исследования для одного класса систем распространить на другие. В данной работе формирование и исследование алгоритмов АПО проводились для систем управления с амплиту дно -импульсной модуляцией (АИМ), получивших наиболее широкое применение на практике.
Целью диссертационной работы является повышение качества переходных процессов в промышленных САУ с АИМ за счет разработки алгоритмов АПО.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать импульсные САУ, обосновать выбор метода формирования алгоритмов АПО для систем управления с АИМ.
Построить анализаторы чувствительности, позволяющие вычислить функции чувствительности для систем управления с АИМ при заданной модуляционной характеристике.
Сформировать алгоритмы АПО для систем управления с АИМ и исследовать их.
Провести модификацию модуляционной характеристики АИМ-элемента и рассмотреть применение добавочных информационных каналов с целью повышения качества управления в автоматических системах с АИМ.
Исследовать алгоритм АПО на его работоспособность в условиях параметрического несоответствия.
Выполнить математическое моделирование сформированного алгоритма АПО при регулировании температуры перегретого пара в паровых котлах на тепловой электростанции.
Объект исследования. В качестве объекта исследования выбраны модели автоматических систем с АИМ, для которых сформированы алгоритмы АПО.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе применялись основные положения и методы теории автоматического управления, теории оптимизации, теории чувствительности, обобщенного дифференцирования, математического и численного моделирования технических систем. Для исследования алгоритмов АПО использована среда программирования Borland Delphi 7.0.
Научную новизну диссертации представляют следующие основные результаты, которые выносятся на защиту:
Алгоритм АПО для автоматических систем с АИМ.
Методика синтеза законов управления, обеспечивающая повышение качества протекания переходных процессов в автоматических системах с АИМ, за счет добавления в управляющее устройство переменных состояния.
Подход к обеспечению работоспособности алгоритма АПО в условиях параметрического несоответствия объекта управления и его модели.
Способ улучшения качества регулирования температуры перегретого пара в паровых котлах с помощью алгоритма АПО и АИМ-элемента.
Все перечисленные результаты диссертационной работы, представляющие научную новизну, получены впервые.
Личный вклад автора. Все результаты, включенные в диссертацию из совместных публикаций, являются неделимыми, из которых автору принадлежит от 70 до 80 %. Результаты диссертации, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.
Практическая значимость работы заключается в формировании алгоритмов АПО для систем управления с АИМ в различных областях промышленности. В частности, в теплоэнергетике сформированные алгоритмы АПО и применение АИМ-элемента могут повысить качество регулирования температуры перегретого пара в паровых котлах. Сформированные алгоритмы реализованы в виде программ «Автоматическая параметрическая оптимизация систем с амплитудно-импульсной модуляцией» и «Автоматическая параметрическая оптимизация двухконтурных систем с амплитудно-импульсными регуляторами». Программы зарегистрированы в «Реестре программ для ЭВМ». Свидетельства № 2010615251 и № 2010616517 о государственной регистрации программ для ЭВМ выданы Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
Научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертационной работе, используются в учебном процессе в рамках дисциплины «Теория оптимального управления», в курсовом и дипломном проектировании в Иркутском государственном техническом университете (ИрГТУ).
Апробация работы. Основные результаты по различным разделам диссертационной работы докладывались и обсуждались: на III Всероссийской научной конференции «Винеровские чтения» (Иркутск, 11-16 марта 2009г.); на IV Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов вузов РФ (Томск, 19-21 мая 2010г.).
Проводились обсуждения на семинарах, посвященных аттестации аспирантов, кафедры «Автоматизированные системы» факультета Кибернетики Иркутского государственного технического университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 7 статей, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Из общего числа публикаций 2 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение, список источников, приложение. Работа представлена на 146 страницах машинописного текста, включает 58 рисунков, 3 таблицы. Библиографический список включает 110 наименований.
