Введение к работе
Актуальность. В настоящее время существуют задачи повышения производительности различного рода технологических процессов при заданных ресурсах. Причем технический прогресс в развитии промышленности, вычислительной техники, микроэлектроники поставил задачу создания все более совершенных систем и устройств.
Повышение быстродействия в комплексе с другими показателями увеличивает производительность технических процессов при ограниченных ресурсах. Эти ограничения связанны с конечной мощностью источников энергии, условиями работы, физическими и другими естественными ограничениями. К тому же большинство элементов систем обладают изменениями физических свойств, которые могут меняться под воздействием окружающей среды, естественного старения, износа и других причин. Поэтому к системам управления предъявляются дополнительные требования - требования самоподстройки или адаптации к этим изменениям.
При создании следящих систем, приводов различных манипуляторов, приводов прокатных станков, автоматических и технологических процессов, а также ряда других технических устройств и энергетических установок возникают задачи создания оптимальных по быстродействию регуляторов.
Работы по созданию оптимальных по быстродействию систем рассматриваются уже большой период времени, начинающий свой отсчет с основополагающих трудов А.А. Фельдбаума, который в пятидесятых годах прошлого века ввел понятие оптимальных по быстродействию процессов, Л. С. Понтрягина и других выдающихся ученых: Р.Е. Калмана, Н.Н. Красовского, А.А. Красовского, А.М. Летова и т.д.
В работах этих и других ученых были сформированы основные принципы построения оптимальных систем, в том числе и быстродействующих. Но в основном рассматривались вопросы, касающиеся синтеза систем первого и второго порядков. В последующих работах А.А. Павлова, М.В. Меерова внимание уделялось построению оптимальных систем более высокого порядка.
Существующие подходы и методы построения быстродействующих систем обладают следующими недостатками: сложностью практической реализации алгоритмов управления, необходимостью серьезных упрощений промежуточных или конечных уравнений с соответствующей потерей точности вычислений, узкой областью сходимости при использовании степенных рядов, ограниченностью применения и т.д.
Целью работы является разработка численного метода синтеза оптимальных быстродействующих регуляторов, который упрощает техническую реализуемость управляющих устройств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– разработать метод синтеза оптимальных по быстродействию регуляторов на основе анализа пересечения траектории движения и проекции изображающей точки объекта управления в фазовом пространстве и поверхности переключения;
– разработать метод представления фазовых траекторий описывающих движение изображающей точки объекта управления в фазовом пространстве с применением в основе аппроксимирующего устройства нейронных сетей;
– продемонстрировать практическую применимость разработанного метода на примере системы привода постоянного тока.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием методов теории автоматического управления, принципов нечеткой логики и нейронных сетей. Моделирования проводилось с использованием математического программного пакета Maple, математического программного пакета Matlab с приложением Simulink.
Научная новизна работы состоит в разработке нового метода синтеза (метод проекций) оптимальных быстродействующих регуляторов, который позволяет упростить их практическую реализацию.
Предложен метод конструирования оптимальных быстродействующих регуляторов на основе анализа пересечения траектории движения и проекции изображающей точки объекта управления в фазовом пространстве и поверхности переключения. Метод обеспечивает программно-аналитический подход, при котором отсутствует необходимость определения промежуточных и конечных аналитических уравнений для функции управления.
Предложен метод применения нейронных сетей в структуре регулятора как универсального аппроксимирующего устройства, что позволяет использовать единую структурную схему для различных объектов управления, производить настройку на одном блоке управления без изменения его конструкции.
Решена задача структурной реализации оптимальных по быстродействию релейных законов управления для электромеханических систем в рамках предложенного метода, обеспечивающая техническую реализуемость управляющих устройств на современной аппаратной и программной базе компонентов.
Основные положения, выносимые на защиту:
– метод синтеза оптимальных по быстродействию регуляторов на основе анализа пересечения траектории движения и проекции изображающей точки объекта управления в фазовом пространстве и поверхности переключения;
– синтез оптимального по быстродействию привода постоянного тока предложенным методом;
– результаты исследований по синтезу оптимальных быстродействующих регуляторов.
Практическая ценность работы состоит в том, что предложен единый подход к синтезу оптимальных по быстродействию регуляторов, в том числе и с учетом ограничения фазовых координат.
Практическая значимость работы состоит в прикладной направленности разработанного метода. Для получения законов оптимального по быстродействию управления требуются небольшие затраты времени и объем аналитических выкладок.
Метод позволяет существенно упростить процедуру определения оптимальных быстродействий при достаточно скромной мощности вычислительной техники, и относительно невысокой стоимости элементной базы при построении оптимальных регуляторов.
Предложенная методика совместного применения программ для математических расчетов Maple и Matlab, включая использование редактора структурного моделирования MatLab Simulink, позволяет проводить моделирование оптимальных быстродействующих управлений в рамках предлагаемого метода.
Реализация результатов работы. Предложенные в диссертации методы моделирования, синтеза, схемотехническая, программная и аппаратная реализации оптимальных регуляторов используются в ряде технических систем и учебном процессе.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты докладывались и опубликованы в сборниках трудов четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами» в Туле, Международной научной конференция "Математические методы в технике и технологиях, ММТT-14 - 23" в Саратове.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в десяти печатных трудах, из них 5 опубликованы в журналах и изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Ее содержание изложено на 124 страницах машинописного текста, включает 67 рис., 2 табл. и 80 источников литературы.
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
