автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительные лазерные системы управления уровнем стохастических поверхностей

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ШЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИИ ИНСТИТУТ им.Г.В.КАРПЕНКО

На правах рукописи

С И К о'р А Любомир Степанович

УДК 621.375.826:681.518.3

ШВДРШЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ СТОХАСТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность: 05.11.16 - информационно-измерительные

системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Львов - 1991

Fatíoia выполнена в Физико-механическом институте им. Г.Б.Карпенко АН Уг.раины

Научный руководитель - доктор &излко-ма те.'.сатическкх наук, старший научный сотрудник Я.П.ДРАГАН

Научный консультант кандидат технических наук, старший научный сотрудник Р.Ф.ЙЭДЖШ.

Официальные оппоненты: доктор ¡¡.¡1з;:ко-г/.ате:,ат;,ческих наук И.Н. ЯВОРСКИЙ /ЕМ АН Украины/

доктор физ;:ко-.ч:атеУ£тн че ских наук Ю.П.Кунчекко /Черкасский политехнический институт/

Бедучая организация - НПО "Систем", г.Львов.

Защита состоится " \. Д//^¿¿Ц. Д33£г. в . J,часов на заседании специализированного совета К.016.42.02 по присущ дению ученой степени кандидата технических наук в Оизико-механаче скон институте им. Г.Б.Карпенко АН Украины /290GQI, Львов, ГСП, ул.Научная, 5/. N

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-механического института i:.v.. Г.Б.Карпенко AIJ Украины.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

» Jj~fп

специализированного соЕета -

кандидат технических наукс.н.с.

В.Л.П0ЕРЕШНЙК

■ !

-..! ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

I !

.. .::-: Актуальность. Научно-технический прогресс на современном этапе, особенно в области контроля и управления технологическими провесами и совершенствования промышленного производства, немыслим 5ез широкого использования в науке и технике контрольно-измеритель-шх и управляющих систем, обеспечивающих прием и выявление на фоте шумов сигналов о состоянии процесса и их обработку с целью вы -селения информации, необходимой для принятия решений на управление.

В этих условиях важное значение для обоснования алгоритмов [змерения и управления приобретает разработка конструктивной модели, тражащей существенные, с точки зрения решаемой задачи, свойства сследуемого обьекта и создание системных средств информационно-змерительной техники для оценки динамического состояния техноло-ических процессов и объектов управления со стохастической струк-урой.

К такому классу объектов относятся технологические, в том асле металлургические, химическое, в частности и стекловаренное роизводство. Навдый из них представляем собой стохастическую ди-амическую систему. Параметром состояния такой системы является эовень поверхности, характеризующий динамику обмена ресурсами в »хнологической среде. Структура поверхности, описываемая моделью виде случайного поля, формируется под воздействием возмущающих, жгоров внутри системы /термодинамические источники,созданные в >оцессе горения топлива/ и при внешнем влиянии флтатуацкй средо- , ¡разущих параметров /температуры и давления окружающей среды/, :ределяемых динамикой климата.

Новые требования к средствам измерения связаны с изучением использованием результатов не отдельных измерений, а непрерыв-го контроля траектории параметра состояния системы, обработка торых позволяет сформировать траектории оценок параметра состоял, тенденции его изменения и вероятностных характеристик, опре-щдадах образ динамической ситуации на интервале наблюдения.

Отбор измерительной информации о параметре состояния в таких :темах осуществлялся с помощью контактных /поплавковые и электро-иактные уровнемеры/ и бесконтактных методов /радиоизотопные' фотоэлектрические уровнемер^. Недостатком таких систем являет-их негативное влияние на технологический процесс и обслуживаю-

щж персонал, низкая наде-нэсть и точность.

Применение используемого в работе лазерного дистанционного зондирования для отбора информации о состоянии технологического процесса позволяет уступить недостатки, при суда е контактнш и изотопным методам, но при этом возникает задача коррекции возмущений сигнала об уровне за'счет размытости лазерного луча, вызванной стохастических характером поверхности, т.е. обеспечением робастности информационно-измерительной системы,

ото определяет актуальность исследования стохастических динамических сьстем, пространство состояний которых образуется статистическими характерастиками случайного поля, создание информационно-измерительных систем контроля их состояния и получения информации для управленля.

Диссертация связана с планам основных научных работ института: "Исследование статистических характеристик мн$ормацаокко-слабых сигналов и разработка методов и средств их измерений" -/РБ £1/233, - "Разработка методов определения уровня стекла в стекловаренных печах с возмущенной поверхностью"/*ХД ^ 1199, Л 18£( 1985-1990 г.

Обьект исследования; свойства поверхности технологической среды, сигналы о ее состоянии, их модели, алгоритмы обработки сигналы и структура информационно-измерительной системы управления уровнем стохастической поверхности.

Цель работы: разработка и обоснование методов получения измерительной информации о динамике технологического процесса с использованием лазерного дистанционного зондирования, пространство состояния которого определяется характеристиками уровня возмущенной поверхности, и синтез информационно-измерительной системы контроля и стабилизации уровня.

Задачи исследования:

- построение модели поверхностного поля вязкой жидкости, исходя из информационно-ресурсной концепции объекта управления;

- построение модели сигнала о дикалмческих свойствах стохастической системы, обоснование алгоритмов обработки и обеспечение их робастности;

- построение физической и информационной модели технологического процесса, состояние которого контролируется путем лазерного зондирования, разработка методов синтеза лазерных информационно-измер! тельных систем для решения задач контроля и управления технологическими процессами;

- создание инфор!йгционно-изкерительной к управляющей системы стабилизации уровня вязко?, жидкости с возмуценной поверхностью для контроля и управления непрерывным технологическим процессом.

Методы исследования. При резешш постаьло-п-нх задач кспольео-ваны элементы теории информационно-измерительных систем, методы теории случайных процессов и полей, статистической теории приема и оценки сигналов, а также терка статистических реаений для задач управления'технологическими процесса!®.

Экспериментальные исследования выполнялись с помо'ць» физического и математического моделирования, а производственные ислытаиия проводились ПО "Искра" город Львов, ПО Гостомельский стеклозавод, Еучанский стеклозавод Киевской области.

Научная новизна и положения выносимые на за:.;ти?у:

- разработана информационно-ресурсная модель исследуемого объекта, пространство состояния которой определяется характеристикам! уровня возмущенной поверхности;

- предлояена и обоснована стохастическая модель информационного сигнала, адекватная задача отбора информация о траектории уровня поверхности методом дистанционного лазерного зондирования;

- исследованы источники возмущений и каналы их распространения, построены модели, изучены статистические характеристик!! , определена степень их влияния на метрологические характеристики лазерной КИС и системы управления;

- разработана имитационная модель информационно-измерительной лазерной системы контроля и стабилизации уровня входного потока материальных ресурсов относительно задаваемых статистических свойств выходного, ее программное обеспечение.

Личный вклад:

Основная часть теоретических'и практических результатов получена диссертантом самостоятельно, показана эффективность й'С 13 [иннормаг^тонно-измерительных систем лазерного зондирования).

Обоснована модель лазерного сигнала для задачи измерения уровня поверхности, создана информационно-ресурсная модель формирования траектории уровня, проведен синтез методов принятия решений на управление.

Разработаны конструктивные алгоритмы обработки измерительной информации и исследованы их качество, робасткэсть, синтез структуры ¡•КС—ЛЗ и экспериментальные исследования выполнены самостоятельно. Разработка аппаратуры и ее внедрение осуществлялось при непосредственном участии диссертанта.

Обоснованность и достоверность результатов. Разработанная методика анализа и синтеза информационно-измерительных систем с лазерным зондированием подводила научно обоснованно синтезиро:-,•. вать структуру и выполнить параметрический синтез ИИС 13.

Создание моделей поверхностных полей и сигналов о юс параметрах и статистических характеристиках, разработка методов анализа и синтеза ШС13 для стабилизации уровня ресурсов в технологической системе выполнены на основе апробированных методов теории случайных процессов и статистической радиофизики, адекватных структуре технологического процесса и решаемой задаче.

Обработка регистрограмм наблюдений показывает, что ее ре -зультаты подтверждает соответствие методов анализа и синтеза ИИС ЯЗ, созданных моделей сигналов и полей реальным процессам в технологической системе.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем: - на основании построенных моделей поверхности лазерного сигнала разработана методика синтеза информационно-измерительной системы для обнаружения, измерения и оценки параметров лазерных сигналов, переносящих информацию о состоянии технологического процесса", ее принципиальная схема и метрологическое обеспечение г

- выявлен механизм возникновения и проведен анализ югрешнос-- тей лазерной. ИИС, определена степень влияния возмущений.на точность системы измерения и стабилизации уровня стекломасс, указаны пути их уменьшения;

- разработаны специализированные процессоры для стабилизации траектории уровня, в основу "^алгоритма работы которого положено распознавание технологической ситуации и принятие.решений по гипотезам о параметрах состояния;

- созданы и доведены до внедрения перспективные варианты технической реализации ИИС ЛЗ, обеспечивающие повышение точности контроля и стабилизации уровня -вязкой жидкости, что гарантирует стабильность протекания технологического режима и повышает срок службы технологической системы и качества продукции.

Реализация работы. Научные и практические результаты работ использованы душ разработки конструкции и принципиальной схемы лазерных уровнемеров УЛ-1, УЕ-2,. УЛ-ЗН в рамках бюджетных и хоз-

договорных работ по темам : РБ 31/233 и ХД № 1199/1985.... 90 гг., выполненных в Физико-механическом институте АН УССР /Отд.31/ при участии КСП ВШО "Союзавгоматстром". Опытным производством ФМИ АН УССР изготовлена партия лазерных уровнемеров в количестве 10 шт. и внедрены в НПО "Искра" Львов, ПО 'Тостомельский стеклозавод", ПО "Бучанский завод стеклоизделий" Киевской обл. Житомирский экспериментальный завод лабораторного стекла.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Лазерные средства измере -аия в науке и технике и перспективы их применения в ГА" /г.Киев, 1985 г./, "Статистические методы и теории передачи и преобразования информационных сигналов г. Киев, 1985 г.; г. Львов, [988 г./, "Автоматизация процессов производства строительных зтекпоматериалов" / г. Киев, 1986 г./, "Проблемы совершенство-зания радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов > г. Киев, 1989 г./* Всесоюзной школе-симпозиуме "Системология. {ездисциплинарныв исследования и проэктировнние слоеных систем" 'г. Львов, 1988...90 гг./. Республиканской научно-технической гонферевдии "Повышение эффективности, совершенствование процес-юв и аппаратов химических производств" / г. Львов, 1088 г./; ¡еминарах: ИИ АН УССР "Стохастические измерительные сигналы [ системы" / г. Львов,. 1985 г./, ИППЫ и М "Однородные вычисли-•ельные среды и структуры"/г. Львов, 1989 г./, Республиканско-•о дома Э и НШ "Автоматизация в стекольной промышленности" 'г. Киев, 1990 г./; Научного совета АН УССР "Применение матема-ическюс методов и ЭВМ в задачах - экологии по проблеме "Киберне-ика и Моделирование развивающихся систем с изменяющейся струк-урой" МРС-ХЗУ по проблеме ГШ СССР 0.69.07.02.04 /г. Львов, . Славское, Львовской обл., 1990 г;/"НаучвогосовеоаАН СССР по роблеме "Статистическая радиофизика", "Методы представления и бработки случайных процессов и полей" /г.Харьков,1990 г./; -ая международная конференция "Информационные технологии в нализе изображений и распознавании образов" П1АРК "90" Ньвов; 1990 г./; Международная конференция-выставка "Технологи программирования- 90 х" /Киев, 14....Г7.05.199Гг.ДМеяду-

ародная вдставка-сишозиум^СТЕМОПРОМ-'ЭГ1 /Киев.1.....4 июля

991 г./.

Публикации.По теме диссертации имеется 18 публикаций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе ния, четырех разделов, заключения, изложенных на 169 страницах машинописного текста, "списка литературы из 256 наименований, иллю стративного материала и приложений на 230 листах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы с точки зрения критериев диссертации и приведена краткая аннотация разделов.

В первой главе проведен обзор методов анализа и синтеза систем управления и наблюдения технологическими процессами. Форму лируется информационно-ресурсная концепция синтеза модели объекта управления в пространстве состояний, а также излагается методика наблюдения» контроля и измерения параметров состояния на основе лазерного дистанционного зондирования.

Робастная оценка уровня стекломассы и ее статистические текущие характеристики являются информационной базой принятия решения на управление ресурсами с целью стабилизации протекания технологического процесса. Синтез робастной стратегии управления проведен на основ'е целей управления и информационно-ресурсной модели объекта , управления с учетом граничных и аварийных режимов.

На основе анализа протекания технологического процесса сформулирована информационно-ресурсная модель объекта управления

В основу информационно-ресурсной /концепции синтеза систе мы управления положена модель объекта управления /07/, содержа -щая информационную и ресурсную подструктуры. Динамика ресурсов в описывается стохастическим дифференциальным уравнением баланса материальных и энергетических ресурсов. Траектория уровня поверхности определяется балансом во времени материальны* ресурсов, а ее пространственно-временная структура зависит от аэро-термодина-мических возмущений, действующих в технологической системе, которые формируют ее в виде случайного локально стационарного поля. Для синтеза ШС ЛЗ с использованием метода лазерного зондирова -ния установлена структура взаимосвязи и закономерности изменения характеристик технологического процесса. Разработана структурная схема измерительного канала для оценки уровня поверхности, а также модели зоны зондирования с учетом стохастической природы

поверхности, модели оптических сигналов и каналов распространения.

Исхода из концептуальной информационно-ресурсной модели объекта управления, разработан метод наблвдения траектории состояния, структурно выделены источники и потребители материальных и энергетических ресурсов, источники и каналы распространения возмущений. Для рассматриваемого класса систем одним из информативных параметров состояния является уровень ресурсов, определи- . . емый через вероятносные характеристики поверхностного стохастического поля. Показано необходимость использования: для построения 1ШС ЛЗ вероятностных характеристик поля /математическое ожидание, выбросы, функции плотности распределения, углы наклона/, определяющих пространственно-временную структуру отраженного лазерного сигнала, несущего информацию о траектории уровня, которая является достаточной для контроля и принятия решений на управление.

В отличие от классического подхода к синтезу структуры системы управления и предлагаемой методике разделяется процесс наблвдения и процесс принятия решений на управление. Исходя из выбранных целей, строится целевое пространство состояний с параметризацией рабочей, граничной и аварийной областей функционирования объекта управления.

Во второй главе излагаются результаты обоснования вероятностной модели поверхности в виде случайного поля и способ статистической оценки его характеристик, которые является индикатором ди-аамического состояния процесса, определяемого уровнем вязкой жид- • кости в технологической ванне, подверженной случайным возмущением.

Метод лазерного дистанционного зондирования позволяет полупив бесконтактным способом за счет изменения энергетической интенсивности луча сведения об уровне жидкости на фоне собствен -гого излучения объекта, при этом свойстве структуры поверхности I ее пространственно-временных вероятностных характеристик /нор-гального векторного поля, касательного пространства/ используется для обоснования алгоритмов обработки измерительного сигнала : для оценки метрологических характеристик лазерного измеритель-юго канала.

Характеристики поверхности определяются влиянием на систему :езонного и суточного хода параметров атмосферы, которая являет-:я внешней средой технологического процесса. Цикличность,ритмика

вносятся также процессом управления в технологической системе. На поверхность влияют и локальные сосредоточенные возмущения за счет потоков ресурсов, имеющие нерегулярный стохастический характер. Поэтому адекватной Моделью такой возмущенной поверхности в рассматриваемой системе в терминах современной теории случайных процессов и полей будет локально однородное в пространстве и ритмическое во времени случайное поле. Для разработки аппарата его анализа применены обобщения результатов Я.П. Драгана по энергетической теории периодически нестационарных / в частное ти периодически коррелированных/, а также эволюционных /изоста-ционарных и изопериодических нестационарныых/ процессов. С использованием этих идей разработана информационная модель сигнала о ритмической динамике нелинейной системы и источника возмущений содержащей ритмозадающую структуру и формирующий фильтр параметра состояния.

Введено понятие уровня стохастической поверхности в зоне контроля как переменного во времени и усредненного по пространст ву зоны локации лазерного луча математического ожидания, показано, что нормальное векторное поле, построенное по стохастической поверхности, и тангенциальное поле определяют пространственную структуру образа луча и его ориентацию в направлении отражения, а энергетические параметры определяются коэффициентом отражения .поверхности, шероховатостью, конфигурацией профиля и термодинаш ческим состоянием, зависящим от температуры в стекловаренной печи. Исследований влияние структуры поверхности на метрологические свойства ШС ЛЗ.

Энергетическое преобразование лазерного луча в зоне локации описывается функцией распределения интенсивности лазерного отраженного сигнала, который имеет гауссовую форму вследотвии гауссовости зондирующего сигнала и фильтрующих свойств вязкой жидкости. Для элемента площадки а5л ' в момент времени Ь. мгновенное значение угла отражения^принимают вид:

а среднее значение "Йг угла ориентации в зоне локации:

ри этом ориентация отраженного луча в зоне зовдировашщ

5на вектор™ : £;(|'11.Ы'ВД"Ь')®=

Весь комплекс статистических характеристик параметра состоим /уровень/ описывает образ динамической ситуации в 'технологи-зской системе. Исходя из этого, сформированы требования к ИИС ЛЗ алгоритму обработки зондирующего сигнала для количественной 1енки параметра состояния, выборочное значение которого формирует 5раз динамического состояния на интервале наблюдения.

В третьей главе, обоснованы модели и концепции, применяемые ж синтезе структуры ИИС ЛЗ для наблюдения динамического состоя-1я технологической системы определяются информационные характе -ютики разработанной модели ОУ.

Наблюдаемое состояние информационно-ресурсной системы цред-гавлено аддитивной моделью в виде смеси сигнал-щум.

Исследована вероятностная модель наблюдаемого сигнала, сличающая описание траектории пороздапцего процесса, модель струк-Т?ы ОУ и формирующих фильтров параметра состояния, модели функ-ш апостериорной и априорной плотностей вероятности и правдоподо-1я. Результаты исследования использованы для синтеза оптимально) алгоритма оценивания и принятия решений по выбранному критерию ачества.

Исходя из разработанной концептуальной информационно-ресурс-)й модели САУ с использованием теории робастности Хьюбера струк-гра НИС представлена в виду двух блоков: устройства обнаружения ггнала с робастными свойствами и формирующего фильтра для оценки 1раметра состояния, совмещенного с ранговым формирователем функ-1й плотности вероятности и правдоподобия.

В основу синтеза структуры ИКС ЛЗ положены баисовские и зрреляционные методы обнаружения лазерного сигнала, несущего све-2ния об уровне возмущенной поверхности / а значит и состоянии гхнологического процесса/, методы скользящего среднего для формования текущих оценок амплитуды сигнала и параметров состояния использованием разностного алгоритма, ранговые алгоритмы для

- нормальное векторное поле - оператор взаимодействия ла-

зрного луча с зоной локации.

получения оценок функцией вероятности и плотности в реальном масштабе времени.

Синтез робастных алгоритмов обнаружения и оценки сигналов на фоне помех основан на свойствах устойчивости статистик Хыобера и методе функции правдоподобия. В этих условиях оптимальным обна-ружителекявляется полосовой формирующий фильтр с блоком оценки модуля, скомплексированный с нелинейным преобразователем, амплитудная характеристика которого описывзется функцией влияния Хыйера IР 1п % (* |2а£, V/, (Т*)),

а оценка параметра состояния с помощью оператора текущего сглаживания: а

Декомпозиция функции влияния в структуре робастного обнаружителя позволяет сформулировать его амплитудную характеристику в тракте обработки сигнала при использовании нелинейных элементов с соответствующими порогами пропускания и ограничения;

где ХР(н|Х) - функция влияния Хьюбера , (■ ) - апостериорная плотность вероятности, / АХ пн'п/~ интервал изменения параметра состояния, НЬ — опорный уровень, £ - весовой коэффициент, / ) ¿4" / — максимальный и минимальный пороги ограниччения, С) ~ импульсная реакция канала.

Разработаны основные модели формирования отраженного луча при лазерном зондировании, учитывая структуру оптического сигнала и его взаимодействия со стохастической поверхностью в виде конструктивных операторных моделей:

-¿о 11

-> -V

где 2<з - образ отраженного сигнала; ¿:с - зондирующий сигнал;

параметр поверхности характеризующий отражение; 75 - оператор, связанный со ст руктурой поверхности и зондируемым параметром:/^, 0/,

Проведен анализ процесса лазерного зондирования динамического состояния технологической системы. Каналы распространения лазер -ного,луча в технологической среде представлены как параметрические, некоторые формирующие фильтры с переменными параметрами и структурой, исследованы их статистические характеристики. Показано, та о источником нестационарности являются ритмические поля давле -1ия, температуры и внутренние термодинамические, турбулентные потоки горящего топлива в стекловаренной печи, атмосферные возмуще-шя и исследован характер этой нестзцконг.рности."

В четвертой главе изложена информационно-ресурсная концеп-(ия синтеза робастных систем управления с ИИС-ЛЗ для контроля пара-¡етров динамического состояния. ОУ.

По оценкам траектории в текущий момент времени формируется браз динамической ситуации на интервале наблюдения относительно абочей области целевого пространства. Он характеризуется следую-ими статистиками ' - математическим ожиданием траектории, функ-ией плотности вероятности, длительностью выбросов импульсных по-оков, наложенных на траекторию уровня, функциями плотности расп-еделения и правдоподобия, трендом. Образ динамической ситуации выхода ИИС ЛЗ проецируется процессором принятия решения в целе-ое параметрическое пространство, а на основе проверки гипотез его положении формируется набор команд, удерживающих объект управления в заданной рабочей области с помощью исполнительных зханизмов.

Синтез системы управления САУ-ТП С ИИС-ЛЗ выполнен согласно нцептуальной информационно-ресурсной модели САУ, представленной а рис. I. Модель содержит следующие подмодели:

ОУ - объект управления, структура которого связывает информа-ионные и ресурсные потоки /преобразования/; X/? , Р/? - источ-ик и потребитель ресурсов; - источник ритмозадающих факто-эв; А/Б - наблюдающая система по параметрам состояния

, 2/? , фОЫьСг^У формирователь образа текущей динами -зской ситуации; ФТП - формирователь траектории процесса при

заданном целевом пространстве функционирования системы; УПР -устройство принятия решений на управления по розбалансу £ [ОсИ. динамической ситуации в целевом

пространстве П^ СнуШ - исполнительный механизм, С/5"

- целезадающая система с базой, знаний, СГ5- целеисполнящая система.

Исследована устойчивость системы, которая представлена моделы ОУ в виде ресурсной структуры с накопителем и формирующим фильтром состояния. Технологическая система совместно с внешней средой рассмотрена как иерархическая структура с компроыисной или конфликтной стратегией управления в зависимости от целей. Показано, что для обеспечения устойчивости синтезированной системы необходимо создать условия локальной устойчивости источников ресурсов, управляемости и набдвдаемости ОУ, усточивости и робастности к возмущающим факторам наблюдателя.

На рис. 2 (а,(Г) представлена модель формирования пространства состояний и траектория ..»уровня в рамках целевого пространства с ограничениями У/\, (и,* ^¿СахМт*/' а ^ Рис* модели функций плотности и правдоподобия на : выходе рангового преобразователя. Структурная схема ИИС 13 приведена на рис.3 , содержащая; КГ б - модель технологической системы с параметром состояния Е/г , ГЗС - генератор зондирующего сигнала, Б ФП -

- блок фотоприемника, БООЭС - блок обнаружения и оценки лазерного сигнала, БОШ - блок оценки параметра сигнала.

Результаты имитационного моделирования подтверждают адекватность разработанной модели - объекту и задачам контроля уровня стохастической поверхности, являющегося информационным параметром о состоянии технологического процесса, а совместно с результатами эксперементальных испытаний и работы в производственных условиях подтверждают, что разработанные алгоритмы обработки сигналов, реализованные в ШС, дают точность измерения и скорость получения информации о состоянии технологического про -цесса, достаточную для контроля и управления.

В приложении рассмотрены специальные вопросы формирования траектории уровня и отраженного сигнала методов его обработки, а также приведены определения структуры источников возмущения, программы иммитационного моделирования, документы подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ .

I.Обоснованы модели стохастической поверхности в виде переменного во времени случайного поля и отраженного сигнала, адекватные задачам отбора и обработки информации об уровне при импульсном лазерном зондировании, при этом уровень поверхности является модулятором амплитуды-,, а вероятностные свойства поверхности - пост-ранственным модулятором, задающим ориентацию лазерного луча.

2.Установлена зависимость информационного параметра на выходе ИКС ЛЗ от смещении уровня' стохастической поверхности при обоснованном выборе оптимального соотношения общего и дифференциального усиления в канале измерения, на основе которых синтезирова -ны алгоритмы оценивания характеристик траектории уровня: математического ожидания, длительности выброса, апостериорной функции плотности распределения вероятности.

3.Разработан метод отбора измерительной информации о траектории уровня и ее вероятностных характеристик, основанный на свойствах отраженного лазерного луча, в геометрическом базисе 1П1С

/ при этом{уммарны2 сигнал несет сведения об интенсивности, а разносный о смещении уровня, обеспечивающий требуемую точность измерительных преобразований и адаптацию алгоритма ко входному сигналу в зависимости от уровня шумов.

4.На основании модели сигнала об уровне рассчитана величина статистической и динамической погрешности канала измерения, ее математическое ожидание и дисперсия, проведена верификация при метрологическом експерименте, показана достаточность получаемой информации для стабилизации уровня в заданных пределах.

5.Разработана концептуальная информационно-ресурсная модель структуры технологического процесса,как основа синтеза ИИС ЛЗ для контроля и управления, обладающая робастными свойствами.

6.Разработан ряд специализированных устройств для вычисления оценок информативных параметров сигнала, на основе которых создан комплекс лазерных информационно-измерительных систем: УЛ-1, УЛ-2, У1-3, УЛ-ЗМ для контроля и управления технологическим процессом.

Информационно-измерительная система УЛ-3 изготовлена в опытном производстве физико-механического института им.Г.В.Карпенко АН Украины и внедряется КСП "Союзавтоматстром" на предприятиях

Министерства строительных материалов. Экономический эффект от внедрения разработки и стекловаренной промышленности составляет

5.......25 тыс.руб. на комплект и в настоящее время превышает

IOO тыс.руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗЛОЖЕНЫ Б СЛЕДУЩИХ РАБОТАХ :

1. Вархоляк С.И., Баляс И.Н., Держко Ю.Я., Сикора I.C., Почапский Е.П., Устройство контроля скорости движения механизмов // Строительные материалы. - 1986. - МО. - С. 13.

2. Сикора Л.С. Лазерное зондирование стохастических поверхностей // Проблемы отбора и передачи информации. 1988. -12. -

- С. 69-72.

3. Сикора Л.С. Системный подход к синтезу системного управления объектом со стохастической структурой // "Системология". Междисциплинарные исследования и проектирование сложных систем. СМИ-88: Тез.докл.Львов Б.и. - I988.-C.II.

4. Сикора Л.С. Система управления технологическим процессом на основе слежения за траекторией динамического состояния. Все-союз.конф. "Статистические методы в теории передачи и преобразования информационных сигналов: Тез.док.Львов: - 1988. с.

5. Сикора Л.С.. Коценко P.C., Козлов A.C. Эксэргетическая модель стекловаренной печи и оценка ее динамического состояния. // Респ.конф. "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств"". Тез.докл. Львов- 1988. ч.1., - C.I07.

6. Сикора Л.С., Федорив Р., Драган Я.П.. Куксенко В.И. Разработка методов определения уровня стекла в стекловаренных печах с возмущенной поверхностью. Отчет о научно-лсследовательс-кой работе. ФШ АН УССР отд. 31.Львов.-1988г199С.

7. Сикора Л.С. Информационные возможности метода лазерного дистанционного зондирования при исследовании объектов и сред. // I Всесоюзн. н.-т. конф. "Проблемы совершенствования радиоэлектронных комплексов и систем обеспечения полетов".Тез.докл. Киев - 1989: Над. КНИГА, - С.105.

8. Сикора Л.С., Шевченко Т.Г., Хропот С.И. Использование лазерных устройств для створных измерений. ГК и АФС-Т50. Респ.ыеяв. н.-т. сб.-К; 1989. - С. II3-II6.

9. Сикора Л.С., Пирожик I.U. Теория цглеспрямованих. систем, як основа синтезу орган1загЦйних i технолог1чних структур. //Иауково-виробнича конф. - "Стожари i ЛТБГ' //Тези доп., jlbbib.-1991. с. 26.

10. Сикора Л.С., Драган Я.П., Пирожик И.М., Рабкин Е.Е. Лазерный наблвдатель-уровнемер.// Экспресс-обзор "Стекольная промышленность", сер. 9.-М: Изд. в НИИ ЭСМ, I990.-JS5.-C.I4-I5.

11. Драган Я.П., Сикора Л.С., Мартиненко 0.1. 1нформашйно-ресурсна концепц1я синтезу структур керування // Управляющие системы и машины. - 1991.-^5.-0. I08-II5.

12. ОгаданО.Р, DraqanïP, 5¿йога L.S.Identiji-caiïonn and Evaluation оf Dynamic Siiuaiion ImoQesi'n Gontrot Systems. ITIAPR-90,

Onfoôer. 22-2Î, Lv/y~ 1990, p 2^3 -24S.

13. Драган Я.П. Сикора Л.С. .Мартыненко 1.И. .Яворский Я.Я. Системология, стохастические модели и теория целеустремленных систем как концептуальная основа формирования и функционирования базы знаний. Тез. док.'// Междунар. конф. ярмарка "Технология програмирования 90-х. Киев.1991. - С.21-22.

14. Сикора Л.С., Дреган Я.П., Рабкин Е.Е. и др. Стохастическая динамика, модели случайных процессов и полей как основа анализа и синтеза целеустремленных технических систем и стекловарной промышленности. Тез.- док. //Междунар. выст. симп. "Стеклопром-91". Киев.- I99I.-6 с.

15. Сикора Л.С. Уровнемер Лазерный УЛ-3. Изд. ВНПО "Союз-автоматстроы"//'Каталог автоматических систем и устройств управления ТПСК. К. I990.-C.4.

16. Драган Я.П., Сикора Л.С., Мартыненко А.И. Системный

и информационно-ресурсный подход к анализу и синтезу САУ при проектировании структур управления. // Вопросы повышения эффективности систем управления технологическими процессами.-

Ереван. Изд. Национального комитета СССР по АУ - АРМТЕГ // 1991. - С. 51-70.

17. Драган О.П., 'Драган Я.П., Сикора Л.С. Вероятностные модели'изменения состояний -систем в установившемся режиме.

// Украинская респ. шк.сем. " Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей". Тездок. Черкассы, 1991.-С 36.

18. Сикора Л.С. Стохастическая динамика, модели случайных процессов и полей как основа анализа целеустремленных систем, тезисы докладов УРШ-С//Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей// Черкассы 1991. -С.37.

N

?»

ос Фе

Фп,

шт П,

им

оу

аф

Я

NR,

Ж

■J^ Афу —

IVFs

Щ

ns

ф„

Фа

Нп

а<

а

п»

№

Ш CS =i

It и, -s t--M crj

CL

Hi УПР 6(fl

W- Hi

l у 1 "S i-

-f-» e/»

Ods tPOds

тДО)

да

ад

Hr N5 Hl

Z. 4

ne

um

m

Рис.1 Концептуальная инфориационио-ресурснад иодель САУ

1УР

ТЗП

7„

Рис,2. Модель формирования пространства состояний ТС

а - интегральная структура ТС; б - траектория исследуемого параметра; в.г - экспешментальные и теоретические, статистические характеристики.