Введение к работе
Актуальность теми. В настоящее время широкое распростране-юе при управлений динашчзскими объектами получают ЦВМ, вклю-ганные в контур управления. Это объясняется как усложяэни.зм >бъектов управлэния, так и интенсивным развитием средств внчис-[іітельной техники, позволявдзП создавать гибкие и компактные (ифровые регуляторы. Однако применение в реальном времени су-іествувдих алгоритмов параметрического сингвза управляющих воз-СвйствиЗ объектами, глатемагичэскиз модели которых описываются шлейными нестационарннмп стохастическими системами большой раз-гарносгя, чаще всего' практичэски неосуществимо из-за высоких трэ~ іованнй к вычислительной производитэльности управляющих ЦВМ.
Ситуация ещз более осложняется» если модель объекта имеет геизвзотные параметра, что обуславливает нзобходимость исполь-юваши адаптивных систем управлатш, которые должны автоматичо-!ки приспосабливаться к непредвиденным изменениям свойств объекта и внешней среды. При этом приходится рзшать параллельно про->лемы идентификации параметров и оценивания состояния модели >бъекта, пропюзіїроваяая, формирования самих управляющих воздзй-:гвий, Реализация адаптивных систем автоматического управления арактеризуатся большой слохностьв, при этой формирование управ-сяющих воздействий доляно осуществляться за время, прэнебраяяю іалое в сравнении со скоростью изменения внешней среды и самого (бъэкта, что невозможно еща и потому, что ЦВМ, включенная в конур управления,обладает, как правило, ограничэннымя вычислитель-[ыми рэсурсами. В связи с этим актуальной является задача разработки таких алгоритмов и способов синтеза, которые обеспечи-іали бы требузмое качество функционирования объекта при сократили вкчислительних затрат, что позволяет формировать управля-щш воздействия за приемлемое .для практики время.
Эффективная разработка систем цифрового управления возмож-[а лишь при наличии развитого программного обеспечения, при «том все большее значение приобретают программные средства про-іктирования систем автоматического управления (САУ), которые юзволяют выбирать структуру и параметры разрабатываемой САУ аким образом, чтобы ее фушедионирование удовлетворяло заданным ребованяям. Автоматизированный синтез в реальных условиях функ-ціоїшрования объэкта при ограничэнных вычислительных ресурсах
управляющих ЦВМ предъявляет дополнительные требования к его программной рзализации, среда которых особой значимостью выделяются алгоритмы и способы, позволяющие уменьшать вычислительную задержку, вызванную затратами времени на формирование управлений, без значительного увеличения ресурсов машинной памяти.;:
Дельи работы является разработка алгоритмов совмещенного синтеза прямого цифрового адаптивного управления динамическими объектами, математические модзли которых в пространогва состояниі описываются системами нестационарных стохастических уравнений с неопределенными параметрами. Для параметрического синтеза законов управления на основе оптимизации квадратичного критерия с дискретной стохастической обратной связью предложены следующие пути сокращения вычислительных затрат, позволяющие осуществлять управление в реальном времени движения объекта:
уменьшение длины скользящего интервала оптимизации до величины периода квантования, что позволяет формировать управляющие воздействия при оптимизации локального критерия;
использование критерия обобщенной работы при описании поведения объекта на скользящем интервала оптимизации прогнозирующей моделью с фиксированным положением органов управления и постоянным внешним возмущением; ' " .\
агрегирование прогнозирующей модели объекта;
синтез управляющих воздействий с прогнозирующей моделью пониженного порядка;
увеличение периодов оценивания состояния и идентификации параметров фильтрами Калиана. '';--.'
Методы исследования. При выполнении диссертационной рабогн применялись методы теории автоматического управления, существенно использовались методы оптимизации, матричной алгебры, вычислительной математики и имитационного моделирования.
Научная, новизна полученных результатов заключается в следующем.
-
На основе оптимизации локального квадратичного критерия получены алгоритмы синтеза управляющих воздействий .идя стабилизации в нелинейных нестационарных системах по измерению части компонент вектора состояния и для слежения в линейных системах.
-
Доказано, что описание движения объекта прогнозирующей моделью "свободного" .движения оптимально для критерия обобщен-
ой работы.
-
Для решэния задачи слекэнпя на основе оптсглизацил интег-ального критерия обобщенной работы разработаны маиинно-рэали-уемые алгоритма управления пра использовании дроглозирувдэй одели с фиксированным положением органов управления и постоялим внешним возмущением.
-
Разработаны алгоритмы агрэгиравания линейных даскрэтных тохастических систем с постояннь'М входным сигналом.
-
Предложены способы понижения порядка прогнозирующая мо-ели объекта при кусочно-постоянно;! настройке ее параметров.
Б. Предложэны алгоритмы синтеза адаптивного управлзшш по ритерию обобщенной работы с прогнозярувдзй модель» поникзнного орядка.
Практическая ценность полученных результатов состоит в;
разработке структуры программного обеспечения САУ, позво-яющеіі снижать требования к вычислительной производительности праалящпх ЦВМ;
разработке алгоритмического и программного обеспечения роекпфования САУ, позволящего осуцесгпзть синтоз цифрового цаптивного управления дпначичзскши объэкта'.ш за приемлемое ля практики время;
создании пакета прикладных програш для ЕС ЭЗУ и диалого-ога программного комплекса SfACP для ЭВМ СМ-4;
разработке рекомендаций по сокращению вычислитальнюс зат-ат при синтеза цифрового адаптивного управления для моделей еальчнх объектов.
Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение мо
ет бить использовано при проектировании систем цифрового управ-
ения подвижными объектами я технологическими процассаш, магз-
атическое. описание которых аналогично применяемому в настоящей
adore, >
Реализация результатов работы. Работа выполнялась в соот-етствии с планом госбвдзтатноЛ НИР (гос.регистрация Й018280в5465) хоздоговорных НИР J* 23-82 or 10,11.82 я Л 23-83 от 28.11.83 в кбирском физико-твхничэскоия'отитуте. Результаты диссертационной айоти использованы в Псковском институте электромеханики и авто-атики.
Кромэ того, разработанное алгоритмическое и программное 5оспечеіио задач спнтоэа цифрового адаптивного управления с
1986 г. используется в учебном процесое на кпфедре прикладной математики факультета прикладной математики и Кибернетики Томского государственного университета.
Созданное программйоэ обеспечение задач автоматического ун равления принято в ГОСФАП СССР.
Публикаций. Но теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, основные из которых приведены в конца автореферата.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы й отдельные за разделы докладывались на: Всесоюзном совещании "Адаптация я оптимизация АСУ ТП на основе принципа мяними зацин обобщенной работы" (Фрунзе, 1985 г.), на Республиканском симпозиуме "Изгоды и программное обеспечение обработки информации и прикладного статистического анализа данных на ЭВМ" (Мино» 1985 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов" (Новосибирск. 1987 г.), на региональной конференция "Измерение характеристик случайных сигналов с применением микромаишнных средств" (Новосибирск, 1988 г.), ва Республиканской школе-оеми-наре "Автоматизация проектирования научного 8Капершевтаи (Сєве стопоЛь, 1989 г.), на П Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматики" (Новосибирск,1990 г. на II Всесоюзной научной школе "Автоматизация создания математического обеспечения и архитектуры систем реального времени" (Иркутск, 1990 Г.).
Структура а обьем работы. Работа состоит из введения, четь рёх глав, заключения, списка цитируемой литературы в 125 найме* ваний в трех приложений, куда вынесены, соответственно, описані математических моделей реальных объектов, алгоритмы моделироваї движения управляемого объекта и документы о внедрении и исаоль-еованил результатов дшзоертации. Основная часть работы наложена на 177 ограницах машинописного текста, включает 6 таблиц я 17 рисунков. Общчй объем диссертации 203 страницы.
