Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема построения моделей объектов управ-ения является одной из основных в теории и практике управления. Сложность гой задачи быстро возрастает по мере перехода к более сложным технологиче-ким объектам управления и целым производственным комплексам. При этом риходится иметь дело с объектами; математическое описание которых, как пра-ило, отсутствует. В настоящее время в теории идентификации и управления оминирует методология решения задач моделирования в "узком" смысле, кото-ая предполагает наличие двух основных этапов: первый этап состоит в выборе ласса модели и ее структуры с точностью до набора параметров, а второй - в оследующей оценке этих параметров по наблюдениям со случайными помеха-га входных выходных величин процесса. Наименее разработанной является тео-ия идентификации в «широком» смысле, содержание которой состоит в том, то класс параметрических моделей не может быть определен из-за недостатка приорных сведении о параметризованной структуре модели. Часто на практике звестны сведения качественного характера, например, о линейности процесса ли нелинейности, однозначности либо неоднозначности, на основе которых ожет быть определен класс операторов, описывающих исследуемый процесс.
В настоящее время теория идентификации в «узком» смысле достаточно орошо развита, упомянем лишь фундаментальные монографии Льюнга Л., Эйк-оффа П., Райбмана Н.С., Цыпкина ЯЗ.
В настоящей работе рассматриваются некоторые задачи непараметрической дентификации и управления в «широком» смысле. Суть идентификации состо-т в непараметрическом оценивании весовой функции на основе реализаций вход-выход». Такая постановка задач рассматриваюсь в работах В.П. Живогля-ова, Ф.П. Тарасенко, А.И. Рубана, В.Я. Катковника, А.В. Медведева и др.
В настоящее время методы непараметрической идентификации в значи-гльной степени основаны на использовании переходных характеристик иссле-уемого объекта. Наиболее привлекательными являются методы пассивного экс-еримента (методы идентификации в режиме нормальной эксплуатации). В даном случае для построения непараметрической модели использует реализации вход-выход», полученные в процессе нормальной эксплуатации объекта. Син-гз непараметрических моделей в этом случае может быть осуществлен на осно-ании решения интегрального уравнения Винера-Хопфа.
На практике для регулирования линейными динамическими процессами асто используются П-. ПИ-законы регулирования и др. Основная задача в этом лучае сводится к настройке параметров соответствующих регуляторов, обеспе-ивающих удовлетворительное качество регулирования. В данной работе был сследован непара метрический регулятор, для функционирования которого дос-
таточно знание того, что объект управления является линейным и на этом объекте можно «снять» переходные характеристики.
В настоящее время на практике технологические аппараты, промышленные объекты оснащены аналоговыми средствами регулирования, которые функционируют в течение длительного времени. Поэтом} предлагается, не исключая имеющиеся средства регулирования, использовать непараметрический регулятор. В этом случае первый контур регулирования осуществляется аналоговым регулятором, второй контур - цифровой, в результате первый контур представляет собой объект регулирования для второго контура, то есть макрообъект. Такая постановка задачи возникла при разработке системы управления котлоагрегатом на Красноярской ГРЭС-2.
Линейный динамический объект в установившемся состоянии можно рассматривать как статический, отсюда возникает необходимость решения задачи управления статическим объектом. В работе рассматривается задача управления многомерным статическим объектом, при условии, что на вход объекта влияет неуправляемая, но контролируемая переменная.
Вышесказанное обуславливает актуальность диссертационной работы
Цель работы состоит в исследовании непараметрических алгоритмов идентификации и управления для линейных динамических систем и алгоритмов управления многомерными статическими объектами без памяти. На пути достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
разработать непараметрические алгоритмы идентификации линейных динамических систем в условиях нормальной эксплуатации объекта; доказать теоремы сходимости алгоритма управления с активным накоплением информации статическим многомерным объектом;
провести численное исследование непараметрических моделей и регуляторов линейных динамических систем;
создать программное обеспечение для системы управления процессом сжигания угля в котлоагрегате;
осуществить экспериментальную проверку компьютерной системы управления процессом сжигания угля в котельном агрегате энергоблока.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы использовались методы теории вероятностей, математической статистики, функционального анализа, теории автоматического управления, теории оптимизации и статистического моделирования.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем: 1. Разработаны непараметрические алгоритмы идентификации линейных динамических систем в условиях нормального функционирования объекта:
-
Получены модификации алгоритмов идентификации и управления лисиными динамическими системами:
-
Предложены модификации, алгоритмов управления многомерным старческим объектом;
-
Исследованы асимптотические свойства непараметрических алгоритмов правления многомерным статическим объектом;
-
Проведено численное исследование предложенных моделей и алгорит-ов управления.
Практическая ценность работы и реализация полученных результа-
вв. Предложенные в диссертационной работе алгоритмы могут использоваться ля решения широкого круга практических задач в различных информационных ястемах обработки экспериментальных данных, моделирования и управления, частности, задачи управления процессом сжигания угля в котлоагрегате тепло-эй электростанции могут быть решены с помощью программного обеспечения, гализующего непараметрические алгоритмы управления. В работе рассматри-ается программное обеспечение компьютерной системы управления котлоагре-
1TOM.
Система управления процессом сжигания угля в котельном агрегате ПК-4-2 прошла предварительную экспериментальную проверку и позволит не толь-э оптимизировать технологический процесс, но и сократить в 5-6 раз потери от тережега" и "недожега" угля, что позволит получить значительный экономиче-шй эффект.
Разработанное алгоритмическое обеспечение и схемные решения при соз-ании интеллектуальной компьютерной системы управления энергоблоком мо-|'т широко использоваться на предприятиях энергетики, а также и в других от-аслях промышленности.
Практическая ценность результатов диссертационной работы нодтвер-дена актом о практическом использовании результатов исследования.
На защиту выносятся:
-
Непараметрические алгоритмы идентификации линейных динамиче-ких систем в условиях нормального функционирования объекта на основе урав-ения Винера-Хопфа;
-
Результаты аналитического исследования предложенных алгоритмов правления многомерным статическим объектом;
-
Результаты численного исследования непараметрических алгоритмов:
-
Модификации непараметрических алгоритмов управления статическим Зъектом с использованием различных вариантов активного накопления инфор-ации:
-
Рекомендации по настройке непараметрических алгоритмов.
Апробация работы. Основные, результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на II-IV Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов «Рсшетневские чтения», Красноярск 1998: 1999.2000 гг.;
на Межвузовской конференции «Молодежь и наука - третье тысячелетие» Красноярск, 1999 г.;
на Межвузовской конференции «Информатика и информационные технологии» Красноярск, 1999 г.;
на V-VI Всероссийских научно-практических конференциях «Проблемы информатизации региона ПИР», Красноярск, 1999,2000 гг.;
на Международной конференции «Математические модели и методы их исследования». Красноярск, 1999 г.;
на I Всесибирском конгрессе женщин - математиков, Красноярск, 2000 г.;
на Международной научной конференции «Интеллектуальные системы и информационные технологии управления IS&ITC-2000», Псков, 2000 г.;
на IV Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы INTELS1 2000»," Москва, 2О00 г.;
на Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии ИСГ2000», Новосибирск, 2000 г.;
на Международной научной конференции «Applied Informatics АГ2001», Инсбрук, 2001 г.;
на семинарах в Научно -исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий (1999-2001 гг.).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 30 статей и тезисов докладов, 18 основных из которых приводятся в списке работ. Личное участие автора диссертации заключается в разработке и исследовании алгоритмов идентификации и управления ЛДС в условиях непараметрической неопределенности, как по переходным характеристикам, так и в условиях нормального функционирования объекта на основе уравнения Винера-Хопфа. Проведено численное исследование предложенных алгоритмов, в том числе для объектов, описываемых дифференциальным уравнением седьмого порядка, а также алгоритмов идентификации и управления статическим объектом. Осуществлена экспериментальная проверка системы управления процессом сжигания угля в котлоагрегате.
Структура її объем работы. Диссертация состоит из введения, четыре? глав, заключения, списка используемой литературы, состоящей из 101 наимсно-
їй и приложения. Содержание работы изложено на 140 страницах текста. В >иложении приведен документ, свидетельствующий о практической реализа-га результатов исследований и разработок автора.
