Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время импульсные системы автоматического управления (САУ) применяются в электротехнике, энергетике, радиотехнике, металлургии и других отраслях промышленности. Основные достоинства импульсных САУ перед непрерывными системами состоят в возможности многоточечного управления, многократного использования линий связи, в более высокой точности и надёжности, а также в повышенной помехозащищенности. Большой вклад в изучение таких систем внесли ЯЗ. Цыпкин, Ю.С. Попков, В.М. Кунцевич, Е.Н. Розенвас-сер, P.M. Юсупов, А.Х. Гелиг, Н.Н. Слепов, Б.В. Дроздов, Э. Джури и др.
При проектировании и эксплуатации САУ важным является обеспечение оптимального её функционирования по выбранному критерию качества. В промышленной практике обеспечение повышенных требований к характеристикам САУ может быть достигнуто, в том числе, и за счет так называемых обобщенных интегральных критериев. Однако их применение сопряжено со значительными трудностями, что не позволяет полностью использовать их преимущество. В импульсных САУ, в частности амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), помимо этого на пути применения обобщенных интегральных критериев при решении задачи вычисления оптимальных настраиваемых параметров дополнительные трудности создает наличие дискретности. При решении этой задачи, получившей название параметрической оптимизации, в последние годы успешно применяются алгоритмы автоматической параметрической оптимизации (АПО), базирующиеся на достаточно хорошо зарекомендовавших себя методах теории чувствительности. Существенный вклад в развитие теории чувствительности сделан М.Л. Быховским, Р. Томовичем, М. Вукобратовичем, П.В. Кокотовичем, Е.Н. Розенвассером, P.M. Юсуповым, В.И. Костюком, Л.А. Широковым и др.
Исходя из вышесказанного следует, что формирование с последующим исследованием алгоритмов АПО для решения проблемы применения обобщенных интегральных критериев для автоматических систем с АИМ представляется актуальна.
Целью диссертационной работы является повышение качества переходных процессов в промышленных САУ путем применения обобщенных интегральных критериев при решении задачи параметрической оптимизации систем с АИМ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Проанализировать применение обобщенных интегральных критериев при решении задачи параметрической оптимизации систем с АИМ.
-
Разработать методику формирования и исследования алгоритмов АПО для систем управления с АИМ при применении обобщенных интегральных критериев.
-
Сформировать и исследовать алгоритм АПО для систем управления с АИМ при векторном критерии.
-
Исследовать возможность расширения класса обобщенных интегральных критериев при параметрической оптимизации систем с АИМ.
-
Сформировать алгоритм АПО для систем управления с АИМ по эталонным моделям и исследовать их.
-
Выполнить математическое и компьютерное моделирование сформированных алгоритмов АПО при регулировании температуры перегретого пара в паровых котлах на тепловой электростанции при применении обобщенных интегральных критериев.
Объектом исследования являются автоматические системы с АИМ, для которых сформированы алгоритмы АПО.
Предмет исследования. Алгоритмы автоматической параметрической оптимизации.
Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы положения и методы теории автоматического управления, теории чувствительности, математического и численного моделирования технических систем, обобщенного дифференцирования. Численная реализация математических моделей и выводы графиков осуществлялись с помощью разработанного программного комплекса.
Научную новизну диссертации представляют следующие основные результаты, которые выносятся на защиту:
-
Применение метода сопряженного градиента Флетчера - Ривса для решения задачи параметрической оптимизации систем с АИМ.
-
Алгоритм АПО для автоматических систем с АИМ при векторном критерии.
-
Расширенный класс обобщенных интегральных критериев для параметрической оптимизации систем с АИМ.
-
Алгоритм АПО для автоматических систем с АИМ по эталонным моделям.
-
Способ улучшения качества регулирования температуры перегретого пара в паровых котлах с помощью алгоритмов АПО и АИМ-элемента при применении обобщенных интегральных критериев.
Достоверность результатов подтверждена общепринятым математическим аппаратом вывода формул, соответствием результатов, полученных при проведении компьютерных экспериментов на кафедре «Автоматизированные системы» Иркутского государственного технического университета (ИрГТУ), и результатами теоретических исследований.
Личный вклад автора в диссертации и совместных публикациях состоит в решении рассматриваемых задач, в формулировании и обосновании теоретических положений, разработке алгоритмов и программного обеспечения, проведении численных экспериментов. Научному руководителю д.т.н., профессору Н.Н. Куцему принадлежат постановки задач и об-
щая схема исследований. Все результаты диссертации, составляющие научную новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.
Практическая значимость работы заключается в формировании алгоритмов АПО при применении обобщенных интегральных критериев 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 «Применение эталонных моделей при автоматической параметрической оптимизации систем с амплитудно-импульсной модуляцией» и «Автоматическая параметрическая оптимизация систем с амплитудно-импульсной модуляцией при векторном критерии». Программы зарегистрированы в «Реестре программ для ЭВМ». Свидетельства № 2013612502 и № 2013612563 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), имеется соответствующий документ.
Апробация работы. Основные результаты по различным разделам диссертационной работы докладывались и обсуждались: на IV Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов вузов РФ (Томск, 19-21 мая 2010 г.); на V Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов вузов РФ (Томск, 24-26 мая 2011 г.); на XVII Байкальской Всероссийской конференции с международным участием «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск-Байкал, 30 июня - 9 июля 2012 г.); на VI Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов вузов РФ (Томск, 25-27 апреля 2012г.); на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Малые Винеровские чтения» (Иркутск, 21-23 марта 2013 г.); на IV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы транспорта Восточной Сибири» (Иркутск, 25 -26 апреля 2013 г.); на VII Всероссийском смотре научных и творческих работ иностранных студентов и аспирантов вузов РФ (Томск, 24-26 апреля 2013 г.).
Проводились обсуждения на семинарах, посвященных аттестации аспирантов, кафедры «Автоматизированные системы» факультета Кибернетики Иркутского государственного технического университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 10 статей, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. Из общего числа публикаций 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертационная работа включает в себя введение, пять глав, заключение, список источников, приложение. Работа представлена на 135 страницах машинописного текста, из них 132 страниц основного текста, 45 рисунков, 4 таблицы. Библиографический список включает 127 наименований.
