Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Во многих технических объектах, технологических процессах в химической промышленности, металлургии, нефтехимии и других имеет место явление запаздывания. Будучи в общем случае постоянной, переменной или случайной величиной, запаздывание является одним из факторов, снижающих динамические показатели систем управления. Наиболее ярко эффект запаздывания проявляется в силовых, энергетических, тепло- и массообменных установках (паровые и газовые турбины, ЖРД, ядерные энергетические установки, химические реакторы и другие), а также при управлении самолетами, ракетами, космическими аппаратами и другими объектами. К системам с запаздыванием относятся также системы "человек-машина".
Наиболее полно системы с запаздыванием описываются дифференциальными уравнениями с запаздывающим аргументом и дифференциальными уравнениями в частных производных с пространственными координатами (моделями с распределенными параметрами). В объектах, описываемых звеньями с распределенными параметрами, запаздывание часто имеет переменный характер, так как контроль и управление точечные. Наиболее удобной для решения задач управления является операторная форма представления модели с запаздыванием в непрерывной и дискретной областях. Модели, описывающие технологические объекты, как правило, имеют высокий порядок, поэтому их аппроксимируют моделями пониженного порядка с эквивалентным запаздыванием. При изменении параметров объекта происходит изменение и величины эквивалентного запаздывания.
Для параметрической идентификации дискретных систем управления (ЦСУ) в реальном масштабе времени (текущая идентификация) применяются рекуррентные методы оценивания.
2 Хорошо изучен ставший классическим рекуррентный метод наименьшие квадратов (РМНК). Известны и его недостатки, в частности необходимо, чтобы порядок передаточной функции (ПФ) и величина запаздывания d в модели были заранее известны и неизменны. В дискретной модели запаздывание непрерывной части (НЧ] представляется в виде целого количества тактов квантования. При этом дробная часть запаздывания в модели не выделяется, а учитывается в числителе ПФ ДСУ.
В диссертационной работе поставлена задача разработать алгоритм текущей идентификации объектов управления с переменным запаздыванием, допускающий классическое представление запаздывания иПФ.
ОБЪЕКТОМ исследования в работе являются линейные дискретные детерминированные квазистационарные динамические объекты управления, описываемые дробно-рациональной ПФ с запаздыванием в Z-области, которые могут быть представлены последовательным соединением идеального импульсного элемента, экстраполятора, непрерывной части (описываемой в ^-области дробно-рациональной ПФ с запаздыванием)' и идеального импульсного элемента.
ЦЕЛЬЮ диссертационной работы является разработка модифицированного алгоритма РМНК, позволяющего повысить качество управления за счет снятия ограничения на идентифицируемую модель, накладьшаемого вычислительной схемой РМНК (запаздывание должно быть известно и неизменно).
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и решены следующие специальные задачи:
разработана и теоретически обоснована методика определения запаздывания НЧ ДСУ. Запаздывание ДСУ і есть целая часть от деления запаздывания НЧ г на интервал квантования То, d=[z/To]+l. Параметр смещения (Г, определяемый как остаток от деления т/То, в ДСУ не используется и «скрыт» в числителе ПФ ДСУ. Предполагается, что остальные параметры ПФ ДСУ также могут быть определены в той же вычислительной схеме;
разработана и теоретически обоснована методика коррекции вычислительной схемы текущей идентификации при увеличении и уменьшении целой части запаздывания. Выделение этой задачи в самостоятельную обусловлено тем, что вычислительная схема жестко привязана к величине запаздывания rf, так как накапливает измерения вход-выход со сдвигом на эту величину. При изменении запаздывания d модели матрица ковариаций вычислительной схемы РМНК, с учетом фактора забывания, подстроится под новое запаздывание, однако на время подстройки возможна потеря качества управления и даже устойчивости модели. Поэтому при изменении параметра d необходимо сразу перестраивать вычислительную схему;
исследована работоспособность разработанного алгоритма текущей идентификации в разомкнутых и замкнутых системах управления.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Решение основных задач, поставленных в диссертационной работе, основано на использовании математического аппарата теории линейных цифровых систем управления, рекуррентных методов параметрической идентификации,
4 теории вероятности, численных методов анализа. Кроме этого, широко используются методы имитационного моделирования, а также современные методы создания прикладных программных средств.
НАУЧНУЮ НОВИЗНУ выполненного исследования составляют следующие результаты:
разработан алгоритм вычисления параметра смещения при обратном модифицированном Z-преобразовании, позволяющий совместно с известным d определить полное запаздывание в НЧ системы;
сформулирован критерий, позволяющий определить изменение запаздывания ДСУ d\
разработана методика отслеживания изменения запаздывания ДСУ 4
разработана методика пересчета параметров вычислительной схемы РМНК при изменении величины запаздывания.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Результаты проведенных научных исследований и разработок были использованы при создании пакета прикладных программ в среде MatLab - C++, позволяющего в режиме реального времени оценивать параметры ТЇФ ДСУ с переменным запаздыванием, а также проектировать адаптивные системы управления (конструировать адаптивные регуляторы и цифровые фильтры). Пакет позволяет конвертировать разработанные приложения из MatLab в C++' для микропроцессорных систем.
Диссертация является частью работ, выполненных в соответствии с планом госбюджетной темы ИФ-АС-56-96-03 и научно-исследовательскими темами УГАТУ ИФ-АС-07-94-ГР, ИФ-АС- 14-95-ГР.
Основные результаты диссертационной работы рекомендованы к использованию на АО "Уфанефтехим" и УНПП "Молния".
5 НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ следующие положения диссертации:
методика оценки параметра смещения при обратном модифицированном Z-преобразовании;
схема коррекции параметров рекуррентной вычислительной схемы РМНК при увеличении величины запаздывания на один такт квантования;
схема коррекции параметров рекуррентной вычислительной схемы РМНК при уменьшении величины запаздызания на один такт квантования.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции "Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов" (г. Москва, 1996), Всероссийской научно-технической конференции "Управлеггне и контроль технологических процессов изготовления деталей в машиностроении" (г. Уфа, 1997), Всероссийской молодежной научно-технической конференции "Технологии и оборудование современного машиностроения" (г. Уфа, 1994), Всероссийской молодежной научно-технической конференции "Проблемыэнергомашиностроения" (г.Уфа, 1996).
ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 работах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, изложенных на 127 страницах машинописного текста, заключения, списка использованных литературных источников из 118 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность канд. техн. наук Ахметсафину Р.Д. за помощь, оказанную при работе над диссертацией.