Введение к работе
Актуальность проблемы. При решении многих технических задач объектами управления являются не отдельные звенья, а более сложные комплексы со многими регулируемыми переменными и внутренними связями. Такие системы автоматического управления (САУ) с несколькими взаимосвязанными величинами в технической литературе называются многосвязными, взаимосвязанными, многоканальными, многомерными системами автоматического управления (МСАУ). К этому классу систем относятся технологические процессы нефтепереработки и нефтехимии, химическое производство, электроэнергетические системы, системы автоматического регулирования турбо- и гидродвигателей, системы автоматического управления (САУ) полетом летательных аппаратов, электроприводами в станах непрерывной прокатки холодного и горячего металла и многие другие САУ. Это обстоятельство привело к необходимости разработки методов анализа и синтеза многосвязных систем, бурное развитие которых началось в 60-е годы XX века.
На сегодняшний день отсутствуют методы синтеза, позволяющие с единых методологических и математических позиций решать задачу синтеза МСАУ широкого класса. Следовательно, проблема разработки эффективных и универсальных методов синтеза МСАУ, динамика которых описывается уравнениями произвольно высокого порядка, является актуальной.
Цель работы заключается в разработке эффективных и универсальных методов, имеющих общую математическую и методологическую основу для решения задачи параметрического синтеза линейных и нелинейных МСАУ (непрерывных и амплитудно-импульсных) высокого порядка.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка метода параметрического синтеза линейных и нелинейных непрерывных МСАУ высокого порядка, приближенно обеспечивающего требуемые показатели качества регулирования в переходном режиме;
разработка метода параметрического синтеза линейных и нелинейных
МСАУ высокого порядка с амплитудно-импульсными модуляторами (АИМ), приближенно обеспечивающего требуемые показатели качества регулирования в переходном режиме.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались фундаментальные положения теории автоматического управления, прямые методы решения вариационных задач, аппарат теории обобщенных функций, высшей алгебры, ряды Фурье, метод нелинейного программирования.
Научная новизна. В диссертационной работе новым является следующее:
предложен метод параметрического синтеза линейных и нелинейных непрерывных МСАУ по заданным показателям качества их работы в переходном режиме;
предложен метод параметрического синтеза линейных и нелинейных МСАУ с АИМ по заданным показателям качества их работы в переходном режиме.
На основе предложенных методов разработаны унифицированные алгоритмы синтеза линейных и нелинейных МСАУ, как непрерывных, так и импульсных, различной степени сложности, порядка и структуры. Общую математическую основу для предложенных методов составляет обращение одного из методов математической физики на решение поставленной. Достоинства предлагаемых методов по сравнению с традиционными заключаются в том, что они позволяют более полно учитывать специфические особенности динамики многосвязных систем управления (без применения принципов автономности), в том числе влияние амплитудно-импульсных модуляторов, а также элементов и устройств, имеющих нелинейные характеристики.
Практическая ценность и реализация в промышленности. Предложенные в работе методы параметрического синтеза линейных и нелинейных МСАУ высокого порядка, как непрерывных, так и содержащих АИМ, являются теоретической основой разработанных алгоритмов и программ синтеза многосвязных систем управления. Они могут быть использованы в качестве прикладного программного обеспечения при создании систем автоматизированного проек-
тирования МСАУ любой степени сложности произвольно высокого порядка.
Полученные результаты использованы в проектах «Исследование установившихся и переходных режимов автономной электроэнергетической установки со сверхпроводниковым оборудованием и системой криогенного обеспечения» аналитической ведомственной целевой программы Рособразования «Развитие научного потенциала высшей школы (2006 - 2008 гг)» (Код ГРНТИ РНП.2.1.2.9319), НИР Государственный контракт от 30.09.2009 г. № 02.516.11.6167 «Разработка и создание сверхпроводниковых устройств, предназначенных для повышения устойчивости и надежности энергетических систем и электроэнергетического оборудования» (2009-2010 гг), НИР Государственный контракт от 08.06.2009 г. № 02.518.11.7108 «Комплексные исследования физических процессов в энергосберегающих электроэнергетических устройствах из наноструктурированных материалов с использованием уникальных стендов» (2009-2010 гг), НИР Государственный контракт от 15.06.2009 г. № 02.740.11.0070 «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии» (2009-2011 гг), а также в учебном процессе в институте «Инновационных технологий в электромеханике и энергетике» Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП).
Положения диссертационной работы, выносимые на защиту:
алгоритм параметрического синтеза линейных и нелинейных непрерывных МСАУ по заданным показателям качества работы в переходном режиме;
алгоритм параметрического синтеза линейных и нелинейных МСАУ с АИМ по заданным показателям качества работы в переходном режиме;
результаты параметрического синтеза регуляторов в каналах регулирования напряжения и частоты автономной электроэнергетической установки (ЭЭУ) с применением предложенных алгоритмов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на II и III международном симпозиуме «Аэрокосмические при-
борные технологии» (АПТ'02; АПТ'04), (Санкт-Петербург, 2002, 2004); VI Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах», (Санкт-Петербург, 2002); VII и VIII Всероссийских научных конференциях «Нелинейные колебания механических систем», (Нижний Новгород, 2005, 2008); Всероссийской научной конференции «ЭЭПС-2005», (Казань, 2005); научная сессия государственного университета аэрокосмического приборостроения, (Санкт-Петербург, 2006); III Международной научно-технической конференции «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» EECCES-2007, (Екатеринбург, 2007), Международном форуме «Формирование современного информационного общества - проблемы, перспективы, инновационные подходы». Круглый стол «Инновационные технологии в электромеханике, энергетике и системах управления» (к 120-летию академика М.П. Костенко), (СанктОПетербург, 2010), Всероссийской научно-технической конференции «Управление и информатика в технических системах», (Красноярск, 2013), Научно-технической конференции «Завалишин-ские чтения» (Санкт-Петербург, 2007, 2008,2009,2010,2012).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 27 печатных работах, в том числе монографии (в соавторстве), 6-ти статьях в журналах из списка ВАК: «Известия Вузов «Приборостроение»»; «Известия Вузов «Проблемы энергетики»», «Информационно-управляющие системы» и отражены в 6-ти отчетах о научно-исследовательских работах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников. Работа без списка использованных источников и приложений изложена на 136 страницах текста, включая 76 рисунков, занимающих 55 страниц. Список использованных источников включает 102 наименования и занимает 10 страниц. Общий объем работы 146 страниц.
