Введение к работе
Актуальность работы. Характерными особенностями большинства процессов химической технологии как объектов управления являются многомерность, наличие перекрёстного влияния между входными и выходными параметрами и нестационарное поведение с течением времени работы технологических установок. Управление такими объектами при использовании традиционных методов и средств сопряжено с рядом трудностей и не всегда позволяет добиться положительных результатов.
Повышение качества управления объектами с сильными внутренними связями возможно путем синтеза многосвязных систем, основы проектирования которых заложены в работах П.И. Чинаева, М.В. Меерова, Р.Т. Янушевского и др. Однако в условиях нестационарности динамических характеристик требуется применение адаптивных систем, что в свою очередь вызывает необходимость использования рекуррентных методов идентификации, а это не всегда выполнимо для связных объектов управления. Поэтому особый интерес представляет применение робастного управления, позволяющее обеспечить не только достаточно высокое качество регулирования параметров процессов, но и учитывать запас устойчивости системы при вариации параметров динамики каналов объекта. Роба-стным системам посвящены работы Б.Т. Поляка, П.С. Щербакова, S.P. Bhattacharyya, Н. Chapellat, L.H. Keel и др.
Анализ исследований посвященных данной проблеме показал, что большинство решений связано с приведением многосвязных систем к одноконтурным сепаратным подсистемам на основе принципов автономно-инвариантного управления. Однако обеспечить автономность системы в условиях нестационарности практически невозможно и любое отклонение приводит к существенному ухудшению показателей качества и возможной потере устойчивости.
В настоящее время для моделирования и синтеза алгоритмов управления технологическими объектами широко применяются цифровые системы, теоретические основы которых заложены в работах отечественных и зарубежных ученых Я. 3. Цыпкина, Р. Изермана, Б. Куо, Б. Виттенмарка и др. Это направление получило дальнейшее развитие на кафедре информационных и управляющих систем ВГУИТ.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка эффективных подходов и алгоритмов синтеза цифровой роба-стной системы управления многосвязными нестационарными объектами на основе комплексного критерия, учитывающего качество управления и запас устойчивости.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
-
разработка алгоритма получения характеристических полиномов при наличии различных транспортных запаздываний каналов объекта на основе модели многосвязной цифровой системы управления;
-
оценка запаса устойчивости системы при наличии перекрестных связей и транспортного запаздывания в объекте;
-
разработка, исследование и анализ различных критериев синтеза системы и выбор оптимального;
-
синтез и моделирование цифровой робастной системы управления на примере процессов химической технологии;
-
исследование синтезированных систем при вариации параметров моделей объекта и различном соотношении качества и запаса устойчивости.
Методы исследования. При выполнении диссертационной работы применялись теория автоматического управления аналоговых и цифровых систем, линейных многосвязных систем, методы математического моделирования, структурного синтеза. Общей методологической основой является системный подход.
Научная новизна.
-
Алгоритм оценки запаса устойчивости системы цифрового управления многомерным объектом на основе нахождения собственных значений матрицы в переменных состояния многосвязной системы;
-
Способ оценки запаса устойчивости системы управления несимметричным объектом при наличии транспортного запаздывания на основе критерия Зубова, позволяющий существенно сократить вычислительные затраты по сравнению с полиномиальным методом;
-
Комплексный критерий синтеза робастной цифровой системы управления многосвязным нестационарным объектом, позволяющий учитывать различные соотношения показателей качества и запаса устойчивости системы;
-
Комплекс прикладных программных средств синтеза и моделирования робастной цифровой системы управления для различных вариаций параметров моделей каналов симметричных и несимметричных многосвязных объектов.
Практическая значимость. На основе разработанных подходов и алгоритмов создан пакет прикладных программ, позволяющий осуществить оценку запаса устойчивости и синтез управляющей части цифровой робастной системы управления многосвязным нестационарным объектом, обеспечивающей достаточно высокое качество управления и устойчивость системы при изменении параметров объекта.
Основные результаты работы: алгоритмы и программное обеспечение прошли апробацию при выполнении отдельных этапов проектирования АСУ технологическими процессами ООО «Нефтехимпроект КНГ» г. Воронеж и внедрены в учебный процесс кафедры информационных и
управляющих систем Воронежского государственного университета инженерных технологий.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы доложены на международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-24, 25, 26», в 2011-2013 годах (г. Саратов), «Современные проблемы прикладной математики, теории управления и математического моделирования (ПМТУММ-2011)» в 2011 году (г. Воронеж), а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГУИТ, в 2011-2013 годах.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 статьи (из них 3 статьи в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ при защите кандидатских и докторских диссертаций) и 3 свидетельства о регистрации программ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, библиографического списка и приложения. Материал изложен на 135 страницах, содержит 51 рисунок и 47 таблиц. Библиографический список включает 164 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
