Введение к работе
Актуальность темы. Характерной тенденцией современной стадии развития теории и практики систем автоматического управления технологическими процессами является нарастание сложности управляемых объектов, связанное как с внедрением новых технологий, так и с развитием методов автоматизации.
Как известно, при проектировании сложных систем приходится сталкиваться с неопределенностью аналитического описания, а также со сложностью структур управления и выполняемых функций. Фактически рядовой стала задача построения системы управления объектами, функционирующими в условиях неточных математических моделей, параметрического дрейфа, отсутствия полных сведений о внешних воздействиях. При разработке подобного рода систем обычно используются методы адаптивного или робастного управления, обеспечивающие их высокую эффективность, как правило, с помощью достаточно сложных алгоритмов управления, реализуемых аппаратно-программными средствами цифровой вычислительной техники.
В практике проектирования адаптивных систем управления приходится сталкиваться с ситуацией, когда элементы вектора состояния объекта недоступны измерению или доступны, но не полностью. Часто это приводит к тому, что относительный порядок моделей управляемых объектов оказывается больше единицы и, как следствие, решение задач синтеза алгоритмов требует применения схем адаптивного управления с расширенной ошибкой.
Кроме априорной неопределенности, при создании систем управления
технологическими объектами возникают и дополнительные трудности, - на
пример, связанные с наличием запаздывания, которое необходимо учитывать
k при формировании законов управления. Примеры таких объеетов широко из-
вестны в химической и нефтяной промышленности, авиации, ирригации, металлургии, теплоэнергетике и т.п. Наличие временного запаздывания в основном контуре управления обычно приводит к ухудшению качества функционирования системы и даже к потере ее работоспособности.
К основополагающим в этих разделах теории управления относятся работы ЯЗ. Цыпкина, ВА. Якубовича, В.М. Попова, АЛ. Фрадкоиа, И.Д. Ландау, А.А. Воронова, AM. Цыкунова - по методам построения систем управления в условиях априорной неопределенности; Р.В. Монополи, К.С. Нарендры - по схемам адаптивного управления с расширенной ошиокой; О.И.М. Смита, М.В. Меерова, В.Б. Колмановского, Е.Л. Еремина - по структурам систем управления с запаздыванием.
Таким образом, задача проектирования адаптивных систем управления динамическими объектами с различными типами запаздываний, функционирующими в условиях априорной неопределенности, р ешение которой связано с разработкой сравнительно простых управляющих структур и алгоритмов, обеспечивающих желаемое качество процессов управления при неполном измере-
У5Ж|
нии элементов вектора состояний, обоснованно позволяет считать развиваемое в работе направление актуальным.
Цель работы состоит в разработке упрощенных структур и алгоритмов адаптивных систем управления априорно неопределенными объектами с запаздыванием по управлению с использованием схем расширения ошибки и принципа компенсации запаздываний.
Задачи исследования. Поставленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных задач диссертационной работы, заключающихся:
в разработке способа упрощения структур систем управления на основе применения явно-неявной эталонной модели;
в построении алгоритмов адаптации для систем управления с расширенной ошибкой и использованием прогнозирующего устройства или блока упреждения;
в синтезе законов управления для систем с неявной эталонной моделью и стабилизирующим устройством;
в применении получгнных теоретических результатов при решении практических задач.
Методы жследовагий. Основными методами исследований являются теория гиперустойчивости и концепция положительности динамических систем, общие методы теории автоматического управления, теория адаптивного и робастного управления, теория матриц, теория дифференциальньж уравнений с отклоняющимся аргументом, а также метод непрерывных моделей.
Научная новизна работы.
Разработаны базоные структуры построения основного и дополнительных контуров адаптивных систем управления динамическими объектами с запаздывающим аргументом в схемах с расширенной ошибкой и способ их упрощения.
Развит метод синтеза адаптивных систем управления с прогнозирующим устройством для объектов с различными типами запаздываний и применением явно-неявной эталонной модели.
Предложена методика синтеза адаптивных систем управления с блоком упреждения для объектов с запаздываниями по состоянию, управлению и нейтрального типа.
Разработаны способы синтеза алгоритмов адаптивных систем для объектов с запаздыванием пс управлению, использующих стабилизирующее устройство и/или блок упреждения.
Практическая ценность результатов работы. Основные результаты диссертационно;! работы были получены автором в ходе исследований, выполнявшихся в 2001-2004 гг. в рамках НИР «Развитие нелинейных методов математического моделирования и эквивалентных преобразований в задачах устойчивости динамических систем и управления движением» (гос. per. № 01.20.0012498).
Получение результаты. могут быть использованы при решении задач
управления в условиях априорной неопределенности для достаточно широкого класса динамических объектов, основные характерные черты которых - наличие различных типов временных запаздываний и относительный порядок модели больше единицы.
Практическая значимость полученных алгоритмов адаптивного управления заключается в существенном упрощении их структуры, высокой универсальности и сохранении желаемого качества функционирования в условиях априорной неопределенности объектов, при наличии запаздываний и внешних неконтролируемых возмущений. При этом предлагаемые алгоритмы адаптации обладают достаточной гибкостью, допускающей их модификацию без изменения требований к объекту.
Новизна и значимость технических решений подтверждаются публикациями в научных изданиях.
ФАО «Благовещенская ТЭЦ» переданы информационные материалы по построению структур контуров управления дискретно-непрерывной системы, методу синтеза алгоритмов адаптации, проведению вычислительных экспериментов, что подтверждается актом об использовании результатов диссертационной работы.
Отдельные результаты исследований используются в учебном процессе Амурского государственного университета, в дисциплинах «Теоретические основы автоматизированного управления», «Методы анализа динамических систем», в курсовом и дипломном проектировании по специальности 220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управления».
Назащитувыносятсяследующиеположения.
Набор структур основного и дополнительного контуров управления для адаптивных систем с запаздываниями в схемах с расширенной ошибкой.
Методика разработки адаптивных систем с явно-неявном эталонной моделью и прогнозирующим устройством для динамических объектов с запаздывающим аргументом.
Процедуры синтеза адаптивных систем с явно-неявной эталонной моделью и блоком упреждения для объектов с запаздыванием по управлению, состоянию и нейтрального типа.
Способ построения адаптивных систем для объектов с запаздыванием по управлению с использованием блока упреждения и стабилизирующих устройств.
Апробация результатов работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на III, IV Всероссийских научных INTERNET-конференциях "Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках" (Тамбов, 2001, 2002), на международной молодежной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы управления и обработки информации» (Уфа, 2001), на X, XI Всероссийских семинарах «Нейроинформатика и ее прилохения» (Красноярск, 2002, 2003), на V, VI Всероссийских семинарах «Моделирование неравновесных сие-
тем» (Красноярск, 2002, 2003), на II, III международных научно-практических конференциях "Моделирование. Теория, методы и средства" (Новочеркасск, 2002, 2003), на II,.III Всесибирских конгрессах женщин-математиков (Красноярск, 2002, 2003), на XV, XVI, XVII международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Тамбов, 2002, Санкт-Петербург, 2003, Кострома, 2004), на III международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» (Новочеркасск, 2003), на IV, V региональных научно-практических конференциях "Молодежь XXI века: шаг в будущее" (Благовещенск, 2003, 2004), на международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные вопросы механики» (Хабаровск, 2003), на VIII международном семинаре «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления» (Москва, 2004). Работа в целом обсуждалась на научных семинарах ХГТУ, АмГУ.
На созданные в процессе диссертационного исследования программы имитационного моделирования адаптивных систем управления получены свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2003611956, 2003611951,2004511744,2304611745.
Публикации и личный вклад автора. Содержание диссертационной работы изложено в 31 публикации. Основные результаты отражены в 19 работах, в том числе в 8 статьях и 3 п етентах.
В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат следующие научные и практические результаты: [1, 7, 8] - постановка задачи, разработка алгоритмического обеспечения; [3 - 5] - доказательство утверждений, упрощение структур систем управления; [9 - 11] - синтез алгоритмов адаптации, разработка структурных схем; [12 - 15] - создание модулей текста программы; [16, 17, 19] - постановка задачи, разработка алгоритмического обеспечения и структурных схем. Основные результаты получены автором самостоятельно и опубликованы бе:: соавторства [2, 6,18].
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложений. Работа изложена на 116 страницах основного текста, содержит 52 рисунка, 136 наименований библиографических источников.
