Введение к работе
Создание и эксплуатация современных сложных производств неразрывно связаны с процессом автоматизации функций управления на базе современных вычислительных средств. Задача автоматизации требует решения ряда проблем, среди которых одной из основных является разработка математического обеспечения.
Эффективность .математического обеспечения современных систем автоматического управления во многом определяет качество выпускаемая продукции. Непрерывное повышение требований к соблюдению технологических норм производства обуславливает необходимость совершенствования математического обеспечения систем управления.
Задачи цифрового управления и регулирования являются неотъемлемой частью любой современной автоматизированной системы управления технологическими процессами. В последние годы существенно . возросло число работ, посвященных этой проблеме. Появление нового' класса технических средств, а именно микропроцессорной техники обусловило новый этап и в развитии теоретических основ управления.
Распределение в пространстве технических средств управления привело к развитию децентрализованных методов упраг.ления, среди которых особое место занимают методы, которые используется в системах замкнутого управления.
Несмотря на то, что системы замкнутого управления
4 '
откосятся к первому самому низкому уровню автоматизированной системы управления производством, метода . их децентрализации разработаны недостаточно. Получилось так, что в первую очередь внимание исследователей привлекли .иерархические системы в области оперативного управления производством, задачи экономического характера и оптимального управления. Я лишь б последнее время все более широкое внимание уделяется проблеме децентрализованного регулирования параметров объекта управления.
Существенный вклад в решение этой проблемы внесли авторы: Цурков В.И.,Миркин В.М.Дльм С.Ю. .Anderason 0.,lkeda H.,Lee J., Radovic N.. Mahmoud H., Fetrovski D.'.Tolvonen H. .WlUennark B.', Pearson J., Aoki M., Vassilaki M. и другие.
Современные системы управления* как правило, используют локальные регуляторы, основанные на стандартных законах регулирования. Однако в- сложных взаимосвязанных объектах управления такие -системы обеспечивают нормальный ре asm регулирования лишь в узком интервале изменения регулируемых параметров, так как не учитывают взаимного влияния отдельных подсистем. . Синтез децентрализованных законов управления, учитывающих взаимосвязи подсистем связан с -рядом трудностей. Во-первых, не решен ряд теоретических проблем, не создана инженерная методика проектирования регуляторов, не решены задачи адаптации такого рода систем,- оценки взаимодействии и другие вопросы. Именно этим можно объяснить тот факт, что несмотря на большое число теоретических работ, которые появились в последнее время, практические применения встречаются редко.
Целью'работы является разработка методов синтеза децентрализованных оптимальных регуляторов 'для, взаимосвязанных технологических комплексов, обеспечивающих эффективное регулирование параметров при широком изменении нагрузки.
- Для достижения указанной цели осуществляется:
1. Разработка теоретических основ децентрализованного
регулирования параметров взаимосвязанных процессов,
2. Разработка алгоритмов децентрализованного регулирования,
комплекса прикладных программ.
-
Исследование свойств разработанных алгоритмов, в частности, анализ устойчивости, точности и качества управления.
-
Внедрение полученного инструментария в практику адаптивного управления, -обеспечивающего элективное управление в условиях непрерывного изменения свойств объекта управления.
Научная новизна и вклад исследования в разработку проблемы состоит в том, что в результате выполнения данной работы осуществлено теоретическое обобщение и решена крупная научная проблема синтеза децентрализованных регуляторов для взаимосвязанных комплексов, имеющая важное значение . для>народного хозяйства.
В . работе предложена единая ' методика синтеза децентрализованных алгоритмов регулирования параметров многосвязных технологических комплексов. ' Получены в аналитической форме законы регулирования, обладающие децентрализованной структурой, оптимальные в сшсле различных критериев эффективности. В частности, сформулирована задача синтеза закона регулирования переменных состояния сложных взаимосвязанных процессов по критерию минимума ' средне-
квадратичного отклонения переменных на интервале управления.
Исследованы вопросы устойчивости децентрализованных замкнутых систем управления. Доказана теорема, позволяющая сформулировать условия устойчивости системы на основании анализа параметров отдельных подсистем. Поставлена проблема синтеза децентрализованного регулятора в условиях действия ограничения на управляющие воздействия и переменные состояния в форме равенств и неравенств. Получены алгоритмы синтеза субоптимального децентрализованного регулятора при наличии ограничений в форме равенств и неравенств.
Синтезированы многошаговые децентрализованные законы управления, оптимальные в смысле локального критерия эффективности и обладающие высокой эффективностью б системах реального времени.
Сформулирована задача оценки переменных состояния в децентрализованных системах управления.
Предложен ряд 'подходов к решению этой задачи.' Первый из них основан на использовании наблюдателя Люенбергера. В результате получен децентрализованный наблюдатель для подсистем' комплекса, связанных между собой переменными состояния, который обеспечивает -минимум дисперсии ошибки оценивания. Второй подход основан «з теории обратных задач. Сформулированы условия выбора параметров наблюдателя, обеспечивающие сходимость алгоритмов оценивания в смысле минимизации ошибки оценивания.
Предложена - процедура 'синтеза децентрализованного
стохастически- эквивалентного адаптивного регулятора, которая
включает в себя этап настройки параметров модели с -помощью
.рекуррентного метода наименьших квадратов. Введено понятие
псевдодуального управления, которое реализует компромисс между процессами идентификации и собственно управления. На осноьап/.п бикритериальноД целевой функции предложен п ^>.' (ит'"> л>' > і.:;; - Г: : :*.
реГуЛЯТОр ДЛЯ ОТОХ'аСтаЧіСКІІХ ОС'Ї.ЄКЇі.'В С НОЙЗиЄЄТЇІЖИ
параметрами, синтез которого осноьиьается на методике локальь"^: оптимизации и принцип-.' активного накопления ин^юрм-ндии. Учет погрешностей оценок параметров при синтезе уираБлений позволяет обеспечить более высокое качество управления по сравнению с регуляторами, основанными на принципе "разделения". Решена задача децентрализации псеьдодуального управления, в результате чего получены конечные соотношения для определения оптимального управления каждой подсистемой.
Практическая ценность
Диссертационная работа выполнена в- рамках важнейших НИР в соответствии с целевой комплексной . программой 0.80.03.26А "Автоматизация. научных исследований в - области проектирования радиоэлектронных устройств", госбюджетной НИР "Разработка адаптивных децентрализованных регуляторов в условиях неопределенности".
Разработанная в диссертации методика синтеза алгоритмов децентрализованного управления обладает общностью и может быть применена во многих прикладных областях. По результатам проведенных научных исследований разработан комплекс алгоритмов и программ, который может быть ' использован при синтезе различного рода адаптивных систем управления с децентрализованной структурой.
Реализация результатов работы
Научные положения, вывода и рекомендации, изложенные в диссертации, изобретениях и статьях ' автора использованы при подготовке и чтении курсов "Теория автоматического управления", "Программные и , технические средства, АСНИ", "Программные и технические средства .АСУ РВ",- "Математическое обеспечение АСУ РВ" . на кафедре '.. технической кибернетики Харьковского технического университета радиоэлектроники.
Научные и ' практические результаты, полученные в диссертационной работе, легли в основу учебного пособия "Оптимальне керування стохастичними об'єктами в умовах невизначеності" для студентов специальности , "Автоматизированные системы управления и обработки информации".
Разработанные, в диссертации децентрализованные методы управления .нашли широкое применение при- разработке математического обеспечения системы управления оборудованием машзала Запорожской, Южно-Украинской и- итналинской АЭС.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, обсуждались и были одобрены на Все сошном симпозиуме по алгоритмическому обеспечению систем управления производственными процессами-(Алма-Ата, 1974 г.),Ш Всесоюзной 'межвузовской научно-технической конференции "Достижения и перспективы развития технической кибернетики" (Киев, 1975 г.). Всесоюзном научно-техническом совещании "Опыт1 создания и внедрения автоматизированных и автоматических систем .управления" (Фрунзе, .1977 г.). Всесоюзной научно-технической
конференции "Математическое программирование и информационное обеспечение АСУ технологическими процессами" (Черновцы, 1977 г.), Научно-техническом семинаре "Автоматизация инженерных исследований и эксперимента" (Москва, 1977г.), Научно-техническом семинаре "Опыт разработки и внедрения АСУ в основной химии" (Москва, ЦИША, 1978 г.),- X Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание и внедрение автоматизированных и автоматических систем управления" (г. Алма-Ата, 1985 г.), Ш Всесоюзном научно-техническом семинаре "Опыт разработки и внедрения АСУ в основной химии" (Рига, 1986 г.)і П Всесоюной научно-технической конференции "Измерение параметров формы и спектра радиотехнических сигналов" (Харьков, 1989 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей" (Туапсе, 1989 г.).
Публикации. Основные научные положения диссертации опубликованы в научных статьях, учебном пособии и ряде отчетов по НИР.
Объем работы. Основной текст диссертации изложен на к.03 машинописных страницах. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов., списка использованной литературы и приложений.