Введение к работе
Актуальность темы. Рост интенсивности и сложности технологических процессов, повышенна требований к качеству ігремиилеіюсй продукции - все ото сегодня предълзляет высокие требования к сие-темой кзтсматйЧеского управления. Однако, несмотря па больше успехи в развитии теорта оптимальных и адаптивных систем управления, на производстве все еще Дозднкруют стандартные типовые - рзгулятори с ограниченными возможностями по качеству управления.
Значительное число технологических процессов1 имеет налитшДные статические характеристики, а такие существенное транспортное г:>-цэзднванче, что затрудняет синтез для них високоточних систем, украплення. Часто динамика таких процессов определяется н.-ч только самым сигналом утгрзпленч. но и скоростью его измекеїшя. Лля обеспечения оптимального по точности управления линейными объектами о запаздкваяизм необходимо мишшиаировать интегральный квадратичній критерий качества по перемошшм состояния и управления. Однако для нолинейшх. объектов с запаздыванием такая задача остается нереілн-пой в теоретическом.и прикладном плана.
Ностйционаряость и 'нелинейность многих технологических объектов делает весьма актуальной разработку новых и еовершенотговаггпо итпестгшх алгоритмов адаптивного управленім. Наиболее перспективных! классом адэггтпных регуляторов являются самонастраивающиеся регулятори с пробнім гармоническим сигналом, построенные по принципу частотного разделения каналов управления и самонастройки. Это разделение осуществляется путем включения точно настроенного цифрового зпгрэкцаидего фільтра в замкнутый контур системы. Тик, включение фильтр-э после регулятора позволяет построить алгоритм ядептании, обеспечивающий стабилизация заданных запасов устойчивости в системе. Использование принципа раздэленкя каналов даст возможность резко улучгить сходимость алгоритмов адаптации, повисить помехоустойчивость и надежность функционирования системи. Такси подход к., построению адаптивных систем позволяет-увеличить точ-кось настройки, обеспечить непрерывный режим подстройки-регуляторов под изменяющиеся динамические свойства объектов управления.
J^?iLbJ_P52I!lJ- является аналитически синтез алгоритмов роботі! оптимальних астатических регуляторов для нелинейных объектов, алгоритмов работы адаптивных и. адаптивно-оптимальных регуляторов, учитнвах«шх наличие зяпаздшзаїшя в упраялении и измерении. Рязра-
ботка т их осново ноинх аффективных структур и методов расчета опт.ч.ч-злышх и адаптиенах регуляторов для типовых динамических мо-«ЧЛ'.-Я промышленных объектов управления с запаздыванием и нелиней-ті-'Сї.-і.ми. Исследовать эти алгоритмы путем моделирования на ЭВМ и в рр«льном вромеии, дать рекомендации по их применению.
Достижение этой цели позволит решить важную народною- \ зяйственную задачу пи созданию оптимальных и адаптивных систем управления для широкого класса промышленных объектов.
Автор защищает;
методы расчета и алгоритмы работы оптимальных астатических регуляторов для нелинейных объектов с запаздг чнием в -управлении, подверженных действии детерминированных возмущений?
новые алгоритми адаптивных и адаптивно-оптимальных цифровых ІШ-реі'уляторов на основе метода частотного разделения каналов управления и самонастройки, метода' синхронного детектирования для объектов с запаздыванием;
программную реализацию оптимальных, адаптивных и адаптивно-оптимальных регуляторов в ггельном времени для ЭБМ;
рекомендации по практическому использованию разработанных алгогогг.чов. управления.
Методы исследования. В работе поставленные задачи решаются с использованием метода аналитического конструирования регуляторов, позволяющего ' получить алгоритмы управления, обеспечивающие наименьшее значение интегрального квадратичного критерия качества и нулевую статическую ошибку регулирования. Разработка адаптивных и адаптивно-оптимальных регуляторов, .предложенных в -работе, с-азмруется на методах цифровой и оптимальной фильтрации сигналов, методах синхронного детектировашш (демодуляции), на методах оітлиза частотных характеристик цифровых систем' управления. В работе использовались также методы теории модального управления, методы рекуррентного оценивания параметров объектов, методы теории матриц и методы решения матричных дифференциальных уравнений. -Эффективность алгоритмов проверялась методами цифрового моделирования систем как в ускоренном, так и в реальном времени.
Научная новизна работы состоит в разработке на основе методі -із аналитического конструирования регуляторов новых алгоритмов углубления нелинейными объектами с запаздыванием. Это позволило получить структуры оптимальных регуляторов, обеспечивающих высокое
-ъ-
кзчество управления в класса нелинейных систем. Для типових, наиболее распространенных динамических моделей первого, второго порядков с запаздыванием разработаны структуры и методы расчета параметров високоточних астатических регуляторов, чростыУ. и удоєних з применении. Предлскены новиз алгоритмы построения адаптивных н адаптивно-оптимальных законов управления, оениваншо на частотном разделении каналов управления и самонастройки. Алгоритмы адаптации обеспечивают заданные запасы ' устойчивости в замкнутой системо для стационарных и нестационарных объектов с ограниченной скоростью дрейфа параметров.
Практическая ценность работы состоит в том, что п ней яред-локзн ряд методик расчета практически реализуемых высокоэффективных оптимальных и _адапг.ганих регуляторов и систем управления объектами достаточно сложной произвольной структуры. / ~
І.'етоднки теоретически обоснованы и доведены до конкретных решения в виде алгоритмов реального времени, структур, алгоритмов расчета и применения оптимальных, адаптивных и'адаптивно-оптимальных регуляторов. Регуляторы обеспечивают качество работы выше ныне существующих, что доказано результатами их експериментальних исследований в лабораторних условиях.
Практическую ценность представляет таете пакет программ для исследования дднгыикн оптимальних и адаптивних систем и программ реального времени, реалгаукэдие оптимальные и адаптивные алгоритмы в реніме непоередствзішего цифрового управления на языках C++, Турбо-Бейсик п язика контроллера "Прбтар 110';.'
Рзализащи.- результатов работы. На основе предложенных в диссертационной работе методов построения и расчета оптимальних и адаптивних олгоритмоз "бали испытаны п лабораторных условиях следующие системы' управления:
цифровые адаптивные система управления електроприводом с упругой механическое свпзью и тешкзБВД. объекте!!. Здесь испытаны здаптивнна алгоритмы о настройками по заданному положению вектора АФХ.собственно объекта управления й по параметрам АФХ системы;
оптимальная по точности система управления экспериментальном макзтом обьокта о использоді'аіг.ієм серийно выпускаемого свободно їірогра&ймруенаї'О. контроллера ''Протер 110" і
Апробация работа. Основные положения диссертационной работы и отдельные ео разделы докладывались!
па состой Всероссийской научно-технической конференции "Математические методы в химия"-. (Тула, 1993);
па девятой и десятой Международных конференциях "Математические методы в химии и химической технологии".' (Тверь, 1995), (Тула, 1996);
на молодежной научной конференции "XXII Гагаринские чтения". (Москва, 1996);
на Международном семинаре "Автоматизация: проблемы, идеи, решения". (Тула, 1996);
на научно-технических конференциях Тульского государственного университета в 1988-1996 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти разделов, выводов по результатам работы, списка литературы из 65 наименований. Она изложена на 138 страницах мапкпописного текста, нмеет 43 рисунка, 5 таблиц и 4 приложения.