Введение к работе
Актуальность проблемы. В истории развития теории и практики управления наблюдаются скачки, связанные в значительной степени с появлением новых технических средств. Важным направлением развития систем управления во всем мире в настоящее время являются микропроцессорные системы и локальные управляющие сети на базе микро-ЭВМ для управления сложными техническими системами. Усложнение объектов управления приводит к необходимости использования в системах управления методов, алгоритмов и технических средств идентификации и адаптации.
Применение микропроцессора, микро-ЭВМ, программируемых микроконтроллеров в качестве регуляторов, оптимизаторов, идентификаторов и устройств адаптации с использованием программ, заложенных в память микропроцессоров и микро-ЭВМ, в распределенных системах управления технологическими и техническими объектами позволяет достаточно просто и дешево реализовать алгоритмы любой сложности, что стимулирует и дальнейшие теоретические исследования.
Вместе с тем в теории и практике управления техническими системами имеется ряд проблем, не имеющих до сих пор устоявшегося решения. К таким проблемам, в частности, относятся:
- идентификация динамических объектов, находящихся
в замкнутом контуре регулирования и имеющих априори
неизвестную или/и существенно нестационарную динамику;
управление объектами содержащими элементы нестационарного запаздывания;
- управление объектами в условиях неопределенности
их характеристик при жестких ограничениях структурного
(невозможности размыкания контуров регулирования) и
временного ( ограничения на время идентификации объекта
и настройки систем управления) типов.
Объекты управления, имеющие априори неизвестную и/или нестационарную динамику, элементы нестационарного запаздывания, ограничения структурного и временного типов, отсутствие априорной информации о структуре
математической модели объекта и другие особенности, осложняющие синтез и реализацию систем управления, широко распространены среди технических систем и обычно относятся к сложным объектам управления. Работа выполнена в рамках работ по заданным проблемам 2.2.1 (САПР) КП НТП СЭВ 1985-1990 гг. по темам Государственных научно-технических программ СРВ 1986-1990 гг., и по темам N9,11 международного сотрудничества между Российской Академией Наук (РАН) и Вьетнамским Национальным Центром Наук и Технологии (НЦНТ) 1991-1995 гг. и 1996-2000 it. "Компьютерные технологии обучения, управления производством, проведения исследований на математических моделях".
Цель работы заключается в разработке методов, алгоритмов и инструментальных программных средств для решения задач управления сложными в указанным выше смысле техническими системами. В атои связи основными задачами данной работы являются:
а) Разработка методов и алгоритмов идентификации дина
мики объектов, находящихся в замкнутом контуре упра
вления.
б) Исследование возможности реализации разработанных
методов идентификации на микропроцессорах и микро-
ЭВМ с учетом их работы в системе управления с иден
тификатором .
в) Разработка адаптивных методов управления техничес
кими системами с изменяющимися запаздываниями.
г) Разработка вычислительных процедур идентификации,
моделирования и управления и соответствующего пакета
прикладных программ для микропроцессоров и мнкро-
Э15М.
д) Разработка и исследование инструментальных средств на
базе микропроцессоров и микро-ЭВМ для целей иссле
дования, моделирования и управления сложными техни
ческими системами.
е) Практическая апробация разработанного комплекса мето
дов, алгоритмов, программ и инструментальных средств
при решении ряда прикладных задач управления
техническими объектами промышленного и сельскохозяй-
ственного производства.
Методы исследования, использованные в диссертации, базируются на использовании аппарата математического программирования, методов аналитического конструирования и функционалов Ляпунова-Красовского, методов аппроксимации.
Научная новизна работы
-
Впервые разработаны методы и алгоритмы идентификации динамических характеристик каналов управления и контролируемого возмущения на базе ортогональных разложений для сложного объекта, находящегося в замкнутом контуре управления, содержащем типовые регуляторы.
-
Получены аналитическая оценка времени идентификации и другие основные оценки (точности, объема оперативной памяти), необходимые для построения адаптивных систем управления с идентификатором.
-
Разработан новый метод синтеза адаптивных систем для управления многомерными объектами с изменяющимися запаздываниями на основе концепции беспоисковых самонастраивающих систем.
4. Разработан оригинальный метод синтеза адаптивных
систем для управления объектом с запаздываниями на
основе беспоисковой самонастраивающейся системы с
упредителем и неявной эталонной моделью.
-
Разработан ряд алгоритмических и программных модулей для пакета прикладных программ широкого класса на микро-ЭВМ.
-
Разработаны и реализованы пакеты прикладных программ для микро-ЭВМ и инструментальные средства на основе микропроцессором.
Практическая ценность. На базе предложенных методов и алгоритмов идентификации, управления и автоматизации настройки регуляторов разработаны и апробированы на практике специализированные инструментальные средства на основе микропроцессоров.
В связи с тем, что данная работа в прикладном аспекте была выполнена в значительном мере в рамках работ по
Постановлениям ГКНТ СССР и ГКНТ СРВ, проведенных в Московском энергетическом институте, Институте информатики и кибернетики Национального Центра Научных Исследований СРВ, Институте проблем управления РАН в 1981-1985, 1986-1990, 1991-1995, гг., нами разработан лично и в соавторстве комплекс алгоритмических и программных модулей идентификации, моделирования и управления сложными техническими системами, составляющий ядро и основные функциональные части пакета прикладных программ, реализуемых на рядах микро-ЭВМ в виде специализированных языков программирования, позволяющих исследователям и операторам систем управления работать в режиме диалога с ЭВМ. Ряд разработанных алгоритмов зарегистрирован и принят к внедрению на нескольких типах технологических процессов.
Реализация работы в промышленности. Результаты работы по идентификации канала управления, проведенные в 1983-1984 гг. в ПО МОСКАБЕЛЬ на процессах эмалирования при производстве медного эмалированного провода, были испольаошшы при создании иысококачес-твенных систем управления и дали большой экономический эффект.
Результаты работы по беспоисковой адаптации и идентификации объектов реализированы в виде микропроцессорных систем управления и внедрены в виде адаптивной системы с идентификатором в обратной связи на ряде предприятий СРВ (для технологических процессах производства цемента, фарфора и др.) с большим экономическим эффектом.
Разработанные лично и в соавторстве алгоритмы контроля, моделирования и управления, библиотека алгоритмических модулей и программные продукты вошли в математическое обеспечение ряда действующих АСУТП. Они позволили сократить трудоемкость и время исследования объекта, проектирования алгоритмического обеспечения, дали возможность проводить многовариантное построение, анализ и сравнение алгоритмов контроля и управления, существенно повысили качество работы программно-технических комплексов АСУТП.
Разработанные диалоговые системы используются на уровнях управления отраслью и предприятием для оперативного и долгосрочного планирования и позволили повысить степень обоснованности проектов и сроков реализации программ их разработки, выбирать наиболее рациональную их организацию, обеспечить взаимную увязку планов разработки и развития.
Суммарный экономический эффект от внедрения систем, устройств и алгоритмов, разработанных под руководством автора и при его участии, подтвержденный 28 хозяйственными договорами и договорами о сотрудничестве, а также актами промышленных предприятий, составляет более 6 млн. донгов в СРВ и более 30 тыс. руб. в СССР в ценах 90 г. Эффект от внедрения в промышленности указанной "Библиотеки алгоритмических модулей" при разработке АС УТИ только за счет сокращения сроков разработки и типизации проектных решений составляет от 10 до 50 млн. донгов на одну АСУТП.
Методы и результаты, полученные в работе, могут быть широко использованы при разработке автоматизированных систем управления в химии, нефтехимии, угольной, металлургической и других отраслях промышленности.
Разработанные программные инструментальные средства в виде пакета прикладных программ (ППП) "COTECSIM" (Complex Technical System Simulation) для имитационного моделирования сложных технических систем были представлены на выставке-ярмарке "Комплексная Программа Научно-Технического Прогресса стран-членов СЭВ в действии" (Москва, 24.10 - 06.11.1989), и на международной отраслевой выставке "Автоматизация-89" (Москва, 27.11 - 06.12.1989). ППП COTECSIM. 1 используется в ИПУ РАН для разработки систем управления ТП в НОГБ НПО "Вектор" г. Новосибирска (1991 г.).
ППП COTECSIM.3 используется в ИПУ РАН для имитационного моделирования в системах оперативно-диспетчерского управления химическим составом спека, анализа различных схем промывки шлама на Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗе) (1992-1995 гг.), и для моделирования нефтепереработки на Ярославком нефтепере-
рабатывающем заводе (1996 г.).
ППП COTECSIM продан ряду НПО СНГ и зарубежных фирм.
Реализация работы в учебном процесе. Результаты разработанного автором метода идентификации использовались на кафедре автоматики МЭИ с 1983 г. и лабораторном практикуме по автоматизированным системам управления технологическими прогрессами.
Результаты разработанных автором метода идентификации, алгоритма синтеза адаитииных систем уирпнлснми и пакет прикладных программ (COTLLCSIM и НИИ на ого базе) используются в вузах СНГ (на кафедре автоматики Ханойского политического института, Ханойского института транспорта, МЭИ и других), в лабораторном практикуме по курсу "Моделирование и тренажеры".
Предложенные алгоритмы и устройства описаны в учебном пособии автора "Применение техники информации для исследования сложных систем" и читаются автором в ХПИ, ХГУ с 1987 г. для специальностей "Автоматика", "Управление в технических системах" и "Информатика".
Разработанные программы имитации используются в процессе обучения также в вухах СРВ.
Апробация работы. Работа обсуждалась на кафедре Управления и Информатики МЭИ и лаборатории АСУТП Института проблем управления РАН. Отдельные фрагменты докладывались на семинарах по технической кибернетике в Институте информатики и кибернетики НЦНТ, на семинарах в ХПИ, ХГУ, Институте проблем управления РАН.
Результаты работы изложены в 49 публикациях и докладывались на конференциях: Международной конференции "Математическое и машинное моделирование в принятии решений", Берлин, 1983 г.; I Национальном симпозиуме "Техническая Кибернетика", Шамшон, 1984 г.; I, II Национальных конференциях "Техника и методы измерений", Ханой, 1985, 1990 гг.; III Национальной конференции "Математика", Ханой, 1985 г.; Международной конференции КНВВТ, Будапешт, 1986 г.; Международном симпозиуме ICOMIDC - Symposium on
Mathematics of Computation, HoChiMinh city Vungtau, 1988 г.; 1,11 Научных конференциях Национального Центра Научных Исследований Вьетнама "Анализ систем и применение", Ханой, 1987, 1989 гг.; Научных конференциях Института информатики и кибернетики, Ханой, 1984, 1980, 1987 п\; Научных конференциях Института электроники и информатики, Ханой, 1985, 1988 гг.; Научной конференции Министерства Обороны СРВ "Техника и измерения", Ханой, 1989 г.; VII Международной конференции IFAC - Control Applications of Nonlinear Programming and Optimization, Тбилиси, 1988 г.; Международной конференции IFAC/IMACC - Computer-aided Control Systems Design, Alma-Ata, 1989 г.; Международной конференции IFAC - On Evaluation of Adaptive Control Strategies in Industrial Applications, Тбилиси, 1989 г.; ХІ-Всемирном конгресе ИФАК, Таллин, 1990 г.; Международном симпозиуме "System-modelling Control", Закопане, 1990 г.; І Государственной конференции по автоматике СРВ, Ханой, 1994 г.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации содержатся в 49 работах, в том числе в одной монографии.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, шести глав, заключения, содержит 265 стр. основного текста, 50 рис., 2 таблицы, список литературы из 336 названий и приложения.
Похожие диссертации на Разработка методов управления сложными техническими системами с использованием инструментальных программных средств
