Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одним из главных направлений научно-технического прогресса является автоматизация и управления техническими системами и технологическими процессами, направленная на повышение эффективности производственных объектов. Ключевую роль при этом играют системы автоматического управления (САУ), теоретической основой которых, являются классическая и современная теории автоматического управления и регулирования. Решение задачи управления сложными объектами связано с обеспечением ряда важных требований к качеству выпускаемой продукции, учета ограничений технического и технологического характера, что обуславливает необходимость регулярной модернизации систем управления и совершенствования методов их проектирования.
Теория автоматического управления располагает достаточно эффективными методами синтеза систем управления таких, как: аналитическое конструирование оптимальных регуляторов, модальное управление, методы теории Н, теория систем с переменной структурой, методов оптимизации управления, концепция обратной задачи динамики, частотные методы и др. В их разработке принимали активное участие такие выдающиеся ученые, как Л.С. Понтрягин, Р. Беллман, Н.Н. Красовский, В.В. Солодовников, Б.Н. Петров, А.А. Красовский, A.M. Летав, Р. Калман, Б. Портер, Е.П. Попов, СВ. Емельянов, В.Ф. Бирюков. В развитие теории управления в Кыргызстане существенный вклад внесли В.П. Живоглядов, Ж.Ш. Шаршеналиев, Т.Т. Оморов, Ж.И. Батырканов и P.O. Оморов.
Многие технические и технологические объекты относятся к классу многомерных, взаимосвязанных, нелинейных и нестационарных динамических систем. В общем случае гарантированное достижение основных целей управления на основе существующих методов затруднительно из-за сложности проблемы управления. Так, обеспечение требуемого уровня качества процессов управления и учет необходимых инженерных требований и технологических ограничений связаны с известными трудностями, в частности, с необходимостью многократного повторения процедур синтеза известных методов, решения краевых задач и выбора желаемого расположения полюсов проектируемой замкнутой системы. В основном, это вызвано тем, что при синтезе управляющих устройств часто используются обобщенные характеристики систем такие, как интегральные показатели, частотные и корневые критерии, которые дают не реальную, а косвенную оценку качества управления. Поэтому, для создания высококачественных и эффективных автоматических систем актуальной является проблема синтеза управляющих устройств (регуляторов) с использованием критериев, наиболее полно отражающих степень успешности достижения целей управления. Также можно отметить, что задача синтеза многомерных САУ является многокритериальной проблемой с векторными показателями качества, так как при этом необходимо
учитывать целый* ряд требований к проектируемым системам управления, основными из которых являются требования к устойчивости, точности и быстродействию. Формализация этих требований и решение соответствующих многокритериальных задач синтеза часто представляет собой чрезвычайно сложную проблему; Например, динамическое проектирование САУ на основе косвенных (интегральных^ частотных, корневых) показателей качества приводит к; многократному повторению процедур синтеза из-за отсутствия эффективных функциональных зависимостей между инженерными показателями и весовыми матрицами интегральных критериев качества (или корнями характеристического уравнения замкнутой системы). В связи с этим актуальной является проблема совершенствования существующих и разработки новых принципов, методов и алгоритмов синтеза регуляторов САУ технологическими объектами по инженерным критериям качества, ориентированных на использование современных цифровых технологий.
Связь темы диссертации с научными программами и научно-исследовательскими работами. Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ, проводимых в Национальной академии наук Кыргызской Республики (HAH КР) и Кыргызском государственном техническом университете (КГТУ) им. И. Раззакова.
.Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ динамического проектирования систем автоматизации управления техническими и технологическими объектами и создания на их основе новых методов синтеза регуляторов многомерных САУ с-учетом инженерных критериев качества и их практическое использование в отраслях экономики.
В соответствии с поставленной целью основные задачи диссертационной работы определены следующим образом:
получение критериальных условий, необходимых для синтеза регуляторов САУ многомерными техническими и технологическими объектами с учетом инженерных показателей качества;
разработка новых методов параметрического'и структурного синтеза САУ многомерными линейными и нелинейными непрерывными объектами по заданным критериальным ограничениям на качества' процессов управления при полной информации; .mj ; -". -н„ :,... .,
разработка методов синтеза- - р6бастных"г' и- ' адаптивных (самонастраивающихся) регуляторов САУ в-условиях параметрической неопределенности и неконтролируемых внешних Возмущений;
разработка алгоритмических процедур методов синтеза систем управления многомерными технологическими объектами; ' 'і1'
построение процедуры синтеза дискретных САУ по инженерным критериям качества; '"' Iі
построение математической модели технологических объектов (гидроагрегата, системы взаимосвязанных электроприводов);
практические расчеты регуляторов САУ для ряда реальных технических объектов (гидроагрегатов, промышленных электроприводов, группой синхронных машин);
компьютерное моделирование спроектированных систем автоматического управления техническими объектами с целью проверки их эффективности.
Научная новизна результатов работы заключается в развитии теории систем управления с гарантируемой динамикой и разработке на её і основе новых методов и алгоритмов структурного и параметрического ..синтеза регуляторов САУ для широкого класса стационарных, нестационарных, нелинейных и линейных многомерных. j; объектов, обеспечивающих гарантированное выполнение заданных инженерных показателей качества.
Практическая значимость полученных результатов. Разработанные в
диссертации методы и алгоритмы позволяют выполнить динамическое
проектирование САУ техническими объектами и технологическими
процессами в различных отраслях экономики, в том числе высокоточные
автоматические системы стабилизации, слежения и программного управления.
В работе приведены результаты практического применения разработанных
методов и алгоритмов для расчета регуляторов систем автоматического
управления для ряда технических объектов (гидроагрегатов, промышленных
электроприводов, группой синхронных машин). ''"'"'' л*"'";;
Основные положения диссертации, выносимые на защиту: "''' н~
математические условия, выполнение которых гарантированным 'образом обеспечивает достижение цели автоматического управления; " '
методы структурного и параметрического синтеза регуляторов САУ линейными и нелинейными многомерными непрерывными ^объектами в условиях полной информации с учётом инженерных показателей качества;
алгоритмы синтеза релейно-знакового регулятора для многомерной стационарной системы управления по заданным требованиям к качеству управления;
методы и алгоритмы синтеза робастных многомерных САУ многомерными объектами с учетом инженерных критериев качества;*" " и "'
методика построения контуров адаптации лйцейных: многомерных САУ в условиях неопределенности; -.'' !і!:- !
алгоритм синтеза линейных дискретных многомерных САУ по инженерным критериям качества;
математические модели технологических объектов (гидроагрегата, системы взаимосвязанных электроприводов);
результаты динамического проектирования регуляторов САУ для р^яда реальных технических объектов (гидроагрегатов, промышленных электроприводов, группой синхронных машин).
Личный вклад соискателя. Все основные результаты, изложенные в диссертационной работе, получены автором под руководством научного консультанта.
Апробация результатов исследований. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих международных, всероссийских и региональных научных конференциях:
VI Всероссийская научно-техн. конф. по электроэнергетике, Благовещенск, 2011;
межд. научно-практ. конф. «Информ. технологии в образовании: состояние, проблемы и перспективы», Бишкек, 2011;
межд. научно-практ. семинар «Наука и технологии индустриально-инновационного развития Казахстана», Астана; 2010;
III межд. конф. «Асимптотические, топологические и компьютерные методы в математике», Бишкек, 2010;
межд. научно-техн. конф. «Проблемы управления и информ. технологий», Бишкек, 2010;
межд. научно-техн. конф. «Проблемы устойчивости, управления и прочности» Алма-Ата, 2009;
межд. научно-техн. конф. (поев. 55-летию КГТУ-ФПИ), Бишкек, 2009;
научн. конф. «Информационные технологии и управление», Бишкек. 2008;
П-я межд. конф. «Проблемы управления и информатики», - Бишкек, 2007;
IV Конгресс математиков Тюркских стран (Congress of the Turkic World Mathematical Society), Баку, 2011;
54-я научно-техн. конф. молодых учёных и студентов «Наука — основы инновации», Бишкек, 2012.
Результаты диссертационной работы обсуждались на заседаниях научных лабораторий HAH КР, а также кафедры «Автоматическое управление» КГТУ им. И. Раззакова.
Полнота отражения результатов диссертации в публикациях. Всего по теме диссертации опубликовано 42 работы, в том числе одна монография.
Структура и объём работы: Диссертационная работа изложена на 363 стр., состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы из 259 наименований, содержит 10 таблиц, 127 рисунков и 2 приложения.
Похожие диссертации на Управление технологическими системами с учетом инженерных критериев качества
