автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами

На правах рукописи

ПАШКОВ Николай Николаевич

003471224

МЕТОДЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА РАЗРЫВНЫХ СИСТЕМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Иркутск-2009

003471224

Работа выполнена в ГОУ ВПО ФАЖТ «Иркутский государственный университет путей сообщения»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор,

Мухопад Ю. Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ,

Востриков А. С.

доктор технических наук, профессор,

Алпатов Ю. Н.

доктор технических наук, профессор,

Круглое С.П.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (ЛЭТИ), г. Санкт-Петербург.

Защита состоится « 18 » июня 2009 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д218.004.01 в Иркутском государственном университете путей сообщения (664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, д. 15, ауд. А-803).

Тел./факс: (8-395-2) 63-83-11,38-77-46.

11йр/Лу\у\улг§ир5.ги

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения», г. Иркутск.

Ваш отзыв на автореферат в 2 экземплярах, заверенных печатью организации, прошу выслать в адрес диссертационного совета.

Автореферат разослан « 18 »мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

г

Деканова Н.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из решающих способов повышения эффективности производства является комплексная автоматизация технологических процессов (ТП). Современный арсенал программно-технических средств, развитие алгоритмической базы и методов синтеза систем управления дают возможность построения многофункциональных систем автоматизации ТП.

Проектированию системы управления предшествует трудоемкий этап практического и теоретического изучения объекта автоматизации. Тем не менее, объективная неопределенность ТП внутри интервалов технологических допусков, приводит к необходимости адаптации процессов управления.

Однако, несмотря на огромный потенциал, теория адаптивного управления до сих пор не получила должного применения в инженерной практике автоматизации ТП. Одна из причин состоит в том, что многие алгоритмы адаптации малоэффективны а задачах управления технологическими процессами, поскольку в составе оборудования для их реализации всегда имеются звенья с немоделируемой динамикой (люфт, трение, гистерезис, запаздывание и т.п.). Поэтому проблема создания адаптивных систем управления в целом остается предметом инженерного искусства.

Практически эффективным, а иногда единственным, способом адаптации систем с неопределенностью в структуре объекта являются разрывные (signum) управления на скользящих режимах. Для упрощенного анализа разрывных систем используются разрывные функции, например, для описания релейного управления в задачах оптимизации или функций активации в интеллектуальных системах. В таких системах возможно возникновение скользящих режимов, уникальное свойство грубости которых часто используется для сигнальной адаптации управления. Несмотря на большое число работ в этой области, синтез разрывных систем адаптивного управления ТП представляется сложной научной проблемой и требует обобщения накопленных результатов.

Традиционно к недостаткам разрывных систем относят:

- разрушимость скользящих режимов неучтенными запаздываниями,

- жесткое действие на объект прямых разрывных управлений,

- неопределенность разрывных систем на множестве точек разрыва.

В настоящей диссертации разрывные системы выделены в особый класс интеллектуальных систем адаптивного управления, для которых получены весьма простые и вместе с тем эффективные методы синтеза, снимающие указанные выше проблемы.

Исследование разрывных систем выполнено прямым методом A.M. Ляпунова (1892), развитым для анализа дифференциальных систем с разрывными функциями многими авторами: Е.А. Барбашин (1949), А.И. Лурье (1951), Н.П. Еругин (1952),

А.М. Летов (1955), В.И. Зубов (1957), H.H. Красовский (1959), А.Ф. Филиппов (1960), Н.Г. Четаев (1962), В.А. Якубович (1966), C.B. Емельянов (1967), В.М. Матросов (1967), A.C. Востриков (1968), Р.И. Козлов (1974), В.И. Уткин (1974), Г.А. Леонов (1978), A.A. Толстоногов (1980), С.Н. Васильев (1980), Л.Ю. Анагхольский (1983), И.Б.Юнгер (1986), Ю.В.Орлов (1990), А.А.Шестаков (1990), В.В. Путов (1993).

Цель диссертационной работы состоит в создании прикладных методов анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами для повышения эффективности автоматизации производства.

Для достижения цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:

1. Обосновать принципы организации технологических систем в области неопределенности пространства состояний и составить классификацию технологических процессов с позиций адаптивного подхода.

2. Обосновать цель адаптивного управления системой взаимосвязанных технологических процессов в условиях множества локальных целей подсистем.

3. Разработать методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления группой технологических процессов с интервальной неопределенностью структуры взаимосвязей.

4. Определить необходимые и достаточные параметрические условия устойчивости разрывных систем адаптивного управления, обеспечивающие заданные показатели качества динамических характеристик.

5. Экспериментально проверить аналитические условия устойчивости разрывных систем адаптивного управления разными классами технологических процессов и определить область применения разрывных алгоритмов адаптации.

Объектом исследования является информационно-технологическая среда машиностроительного профиля - вагонное хозяйство ОАО «РЖД», предмет исследования — методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами.

Методы исследования включают математическую теорию систем, теорию адаптивного управления, теорию графов, теорию систем с переменной структурой и прикладную теорию нелинейного функционального анализа.

Научная новизна. В диссертации на основе ассоциативных алгоритмов адаптации, обобщенных разрывных функций и разрывных систем с дуальными моделями решены задачи адаптивного управления сложными технологическими процессами с интервальной неопределенностью структуры взаимосвязей.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Принцип наименьшего действия технологических систем в области неопределенности пространства состояний.

2. Графо-аналитический метод оптимизации структуры технологических систем

по критерию связности.

3. Метод синтеза адаптивного управления на основе ассоциативного анализа дис-1фетных наблюдений состояния технологической системы на границах области неопределенности.

4. Метод синтеза адаптивного управления на основе параметрических условий устойчивости разрывных систем с дуальной моделью технологических процессов.

5. Алгоритм структурной адаптации моделей технологических процессов в информационно-управляющей системе автоматизации.

Прикладная ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанные методы анализа и синтеза разрывных систем позволяют упростить решение задач адаптации управления технологическими процессами и гарантируют построение эффективных систем автоматического управления без многошаговых экспериментальных исследований.

2. Разработанные разрывные алгоритмы адаптации могут успешно применяться для управления широким классом физико-технических систем.

3. Практическая ценность и новизна результатов подтверждена 3 авторскими свидетельствами и 1 патентом РФ.

Реализация полученных результатов:

1. Алгоритмические, структурные и технические решения разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами использованы в проектах реконструкции вагонных депо Восточно-Сибирского региона.

2. Методика построения системных моделей и принципы организации разрывных систем адаптивного управления рекомендованы для использования в проектах ПКБ ЦВ ОАО «РЖД», ВНИИАС, ВНИКТИ, ЗАО «Русские системы».

3. Результаты диссертации используются в процессе обучения инженерным специальностям Иркутского государственного университета путей сообщений.

Достоверность научных положений, результатов и выводов диссертации обусловлена использованием строгого научного метода, корректностью применения апробированного математического аппарата, соответствием результатов имитационного и экспериментального исследования разрывных систем адаптивного управления.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 4 Международных, 3 Всероссийских, 3 отраслевых и 2 региональных научных конференциях, отраженных в списке публикаций.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 40 работах, среди них 7 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 в монографиях, 4 в трудах международных, 8 в материалах всероссийских и отраслевых научных конференций, 14. в сборниках научных трудов и защищены 3 авторскими свидетельствами и 1 патентом РФ.

Личный вклад автора. Автору принадлежат постановки задач, методы их реше-

ния, представление и обоснование полученных результатов в рамках формализма пространства состояний. В работах, выполненных в соавторстве с Ю.А. Борцовым и И.Б. Юнгером, автору принадлежат основы теории разрывных систем адаптивного (не грубого) управления и ее применения; в соавторстве с Ю.Ф. Мухопадом и Д.Ц. Пунсык-Намжиловым: идея ассоциативной адаптации автоматов управления и обоснование их устойчивости. В остальных совместных работах автор выполнял непосредственное научное руководство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 305 наименований, общий объем работы 320 страниц, включая 5 таблиц, 30 рисунков и Приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлены цели и задачи исследований, определены основные результаты, дана общая характеристика объекта исследований и структура работы по главам.

Технологическая система вагонного хозяйства (ВХ) ОАО «РЖД» реализует две группы технологических процессов: техническое обслуживание и ремонт вагонов. Износ технологических систем ВХ составляет более 60%, в том числе вагонного парка 63%, технологических машин и оборудования - 60%. Средний возраст эксплуатационного парка вагонов 18 лег при среднем сроке службы 28 лет. Расходы на содержание ВХ превышают 12% эксплуатационных расходов железных дорог.

Для оценки актуальности исследований изучен поток неисправностей эксплуатационного парка восьми родов вагонов. Показано, что старение активной части основных фондов приводит к нарастанию объемов ремонтных работ, снижению качества ремонта и технического ресурса вагонов. Это подтверждает актуальность и значимость решения научно-технической проблемы адаптации технологических систем.

В первой главе на основе анализа систем адаптивного управления, показано, что на уровне локальной автоматики АСУ ТП работоспособными в режиме реального времени являются только аналитические (беспоисковые) алгоритмы адаптации. Для оперативного уровня АСУ ТП актуальны два направления исследований: выбор оптимальных по точности и быстродействию известных рекуррентных алгоритмов адаптивного управления или поиск новых алгоритмов адаптации.

Наиболее перспективный класс алгоритмов адаптации представляют интеллектуальные системы: нечеткие, нейросетевые и генетические. Однако в настоящее время отсутствует промышленное производство нейропроцессоров для их реализации. Кроме того, для адаптации интеллектуальных систем требуются сложные наборы решающих правил и обучающих задач, трудоемкость разработки которых эквива-

лентна решению самой задачи управления технологическими процессами.

Новое решение проблемы децентрализованного адаптивного управления системой технологических процессов с нечеткой структурой взаимосвязей, свободное от указанных недостатков, предложено автором на основе развития идеи ассоциативных параллельных процессоров (В.Б. Смолов, Ю.Ф. Мухопад, N.J. Nilsson, И.Л.Медведев, И.В. Прангишвили).

Разработан новый класс ассоциативных автоматов адаптивного управления, обобщенная структура которых имеет вид рис. 1.

Пр1 JJ Пр2 JJ ••• Прк JJ

тоу1

irr:

тоу2

zm

ТОУк

W

So

Рис. 1. Структура ассоциативного автомата адаптивного управления: ПР, - процессоры, ОУ] - объекты управления, БПР - блок принятия решений.

Автомат содержит К линейных процессоров и нелинейный блок принятия решений (БПР), который выполняет функцию ассоциативного анализа случайного потока входных данных х. Выходной сигнал у1 процессора г определяется равенством

у1 = &7 -х, 1 = 1,К, где операция (-)т означает транспонирование. Для одного слоя локальных процессоров образуется вектор выходов:

'У\ + а12

л. + ак2

БПР содержит К решающих устройств для К локальных процессоров. Для стационарных случайных процессов х с нормальным законом распределения решающие устройства заданы нормированной нелинейной функцией активации:

где щ-Ъ] -х, 1 = 1,К. Нормированные скалярные функции 0<д1 <1, 1,

¡=1

¡ = \,К, образуют вектор активации qт д2 ... который определяет ве-

совые коэффициенты выходов у1 локальных процессоров. Общий отклик у порождающей модели задан аддитивной смесью случайных процессов увзвешенных век-к

тopoмqy■.y = q1^y = '£|qi■y¡.

1=1

Устойчивость работы автомата следует из структуры матрицы полного ансамбля возможных откликов системы У:

У = д-ут = У=

Ч\-У\ Ч\-Уъ -Я2'У> Ь'Уг - Ь-Уь

Як-У\ Чь-Уг - 9*'Л, Для гауссовых откликов у^ г = \,К, в силу преобразований (1), на главной диагонали матрицы У располагаются доминирующие элементы:

>Ч1-УР1*]> О • Доминирование главной диагонали гарантирует асимптотическую устойчивость алгоритма ассоциативной адаптации и декомпозицию системы на К локальных подсистем.

Для каждой выборки входного вектора х и решающего правила / функция плотности вероятности переменной у определяется гауссовым распределением:

2 , 1 = 1 ,К, где 9 - вектор, объединяющий параметры

БПР и параметры процессоров порождающей модели.

Многомерная функция плотности вероятности У характеризует смесь функций плотности вероятности /у(у]х,г',о), / = 1 ,К где смешанные параметры определяются БПР как плотность условной вероятности смеси:

■/,((2)

ы м

Распределение плотности вероятности (2) соответствует ассоциативной гауссовой

модели смеси случайных процессов, для которых условное среднее значение математического ожидания и параметры смеси q¡ являются функциями вектора х.

В реальных условиях данные х искажены различными факторами относительно нормального распределения. Для объектов, с неопределенным законом распределения, устойчивость ассоциативного автомата адаптивного управления обеспечивается обобщенной «разрывной» функцией активации:

¡ = 1 ,К.

(3)

н

Основным свойством функции (3) является ее нелинейная самонастройка в области неопределенности (ь,. - Ьу) по выборкам случайных данных х (рис. 2).

-9.001 ~5'10 * о Л о"*

а)

- к-=0.0СЮ1

- • к ==0.00025 --Ы.0005

б)

-0.002 -0.001

- к=0.0001

- • к=0.00025 --к=0.0005

Рис. 2. Графики одномерных функций активации qi а) и их первых производных д{ б) для трех интервалов неопределенности к-Ь^ - Ъj.

Другое ее важное свойство состоит в том, что диапазон действия БПР расширяется в область отрицательных значений: -1 < < 1, I = 1, К, чем обеспечивается реализация принципа адаптивной обратной связи по состоянию х.

В результате действия БПР, задающего отношение векторов хОу,, / = 1,N, где N -Кхп - число контролируемых комбинаций, ассоциативный автомат сводит задачу децентрализованного управления к вычислению условного среднего |Д, = у,- и параметров активации <7, , ¿ = 1,К так, что функция /у(у|х,в) представляет собой

наиболее правдоподобную оценку функции распределения отклика управляемой системы. Вектор настраиваемых параметров 9 при этом соответствует такой комбинации значений векторов а и Ь, при которых функция распределения смеси /у(У|х,0)

принимает наибольшее значение.

Таким образом, для синтеза адаптивного управления ТС на основе ассоциативного автомата необходимо определить типовые структуры технологических объектов, объединить множество их локальных целей в общую цель и обосновать оптимальную структуру системы в целом.

Вторая глава посвящена анализу функциональных схем грузовых вагонов, по результатам которого определены структурные элементы технологической системы (ТС), определенной как совокупность технологических процессов и оборудования для их реализации. Задачей главы является определение обобщенных структурных показателей системы, критериев и методов их оценки.

Для решения поставленной задачи построен граф остова корневого дерева функциональной схемы нового полувагона 12-132, который состоит из л = 161 вершины. Полный граф конструкции из « = 161 вершины содержит:

п

М = £[и,- -(/г, -£,)]•«,/2= (161-1)-161/2 = 12,88-103 связей,

/=1

где пI - валентность вершин, /г, = 1 - дефект вершины, к,- 0 - число кратных связей вершины.

Общее число N структурных вариантов ТС определяется формулой:

N = ¿2" Х£2''Х¿2*' х¿2* , г = 1?, ] = Г/, к = Ц, I = й,

1=1 М Ы м где г - число родов вагонов, / - число функциональных подсистем вагона, я - число сборочных единиц в подсистеме, с1 - число деталей в сборочной единице, /, _/, к, I - число модификаций вагона, функциональной подсистемы, сборочной единицы, детали, соответственно. Например, без учета модификаций конструкций восьми родов вагонов г = 8, / = 5, ,у=(3...5), ¿1= (3...17), необходимо проанализировать

8 5 1...5 З..Л1

6800 £N = £2'' х£2"' £2'' ¿720 вариантов структур.

М /Ы 1=1

В основу анализа структур ТС положена перспективная концепция модульного принципа организации технологических систем (В.Л. Вейц, Б.М. Базров, М.М. Болотин). Все технологические функции разделены на четыре класса: транспортировка, контроль, обработка и складирование предметов производства. Эти функции реализованы с помощью соответствующих четырех классов технологических модулей (ТМ).

В работе показано, что ТМ имеют общую структуру и различаются только технологическими переходами ^ (рис. 3 а), совокупность которых образует сложный технологический процесс (рис. 3 б).

а) б)

Рис. 3. Структуры управления технологическим модулем а) и процессом б).

На рис. 3: ТМ - технологический модуль, ИУ| - исполнительное устройство, ТК -технологический контроллер, ТО - технологические операции. ИУС - информационно-управляющая система верхнего уровня.

Общность структур ТМ дает основание унифицировать технологические процессы по функциональному признаку составить спецификацию функций, перечень задач и определить типовые формулы структур технологических ячеек (рис. 4).

Рис. 4. Граф типовой технологической ячейки. Т - транспортный модуль, О - модуль обработки, К - модуль контроля, С - модуль складирования.

В соответствии с функциональной схемой информационно-управляющей системы (ИУС) (рис. 5), необходимо классифицировать математические модели ТП.

Подавляющая часть моделей имеет вид уравнений в частных производных, отражающих закон сохранения для конкретной физической задачи. В связи с тем, что основные методы анализа и синтеза адаптивных систем разработаны в переменных пространства состояний, уравнения в частных производных приведены к нормальной форме Коши.

Уровень АСУ П

П2ПГ

База знаний

Описание функций

Описание задач

Критерии оценки

Критерии выбора структур УУ

Математические модели

Ираметры регуляторов УУ

Интеллектуальное управление ! Интеллектуальное планирование }

1Ш

Планировщик задач

I

□3

Плакировщик функций

Г

Планировщик оптимальных программ управления

асу тп

52.

3

Асаслиатианте управление

Координатор

Блох принятие решений

Анализатор

а

Эстиматор

=й>

Адаптивное управление I

_зг_:

Ручное упражнение

Многосвязная эталонная модель

Многосвязный параметрический регулятор

Многосвязный сигнальный регулятор

Ислолнетельнм подсистем*

'1'Ц ф «виччкпы«*

Уровень локальной автоматики

Рис. 5. Функциональная схема ИУС ТП.

Проблема выбора переменных состояния достаточно сложна и требует глубокого изучения закономерностей, характеризующих физические процессы в объекте управления. Анализ точек ветвления алгоритмов такого выбора, показал, что унифицировать модели по типу неопределенности (нестационарность, нелинейность, распределенность, запаздывание) можно с помощью линейного оператора Ляпунова:

М- * I х , Э"М „ I г I 5 I Щ

И" Х (з^г н*тV)" V

где п - порядок уравнений в частных производных.

Действие этого оператора на систему уравнений в частных производных приводит к линеаризованным уравнениям х = и,т,!;,?), которые разделены на следующие классы (рис. б):

1. Линейные системы: х = Ах + и + \.

2. Линейные системы с запаздыванием: х = А[х(/ - А/) + т • х(/ - А?)] + и + \.

3. Линейные нестационарные системы: х = (А + А, А)х + и + 4.

4. Линейные нестационарные системы с запаздыванием:

х = (А + А, А)[х(г - Д*) + (т + Д,т) • х(г - Д/)] + и + £.

5. Нелинейные системы: х = (А + АхА)х +

6. Нелинейные системы с запаздыванием:

х = (А + Д,А)[х(* - Дг)+ (т + Дхт)- х(/ - Дг)]+ и + %.

7. Нелинейные нестационарные системы: х = (А + Ах,А)х + и + \.

8. Нелинейные нестационарные системы с запаздыванием:

х = (А + Дя А)[х(г - А?) + (т + Д^т) • х(г - Д?)]+и + £.

9. Системы с распределенными параметрами, которые в свою очередь разделяются на линейные, нестационарные, нелинейные и с запаздыванием:

РП: Ь[д(х,*)]=Г(хД хе£>т, *>0, СП: х= Ах + К(2(х,/) + Вх*, К[о(х,^)]=О0(х,/), хеВт, г = 0; Г[0(х./)]=е(*.хеШ",/>0, где х - вектор состояний, и - вектор управлений, \ - возмущения, т - матрица за-

5 . д А 5

2

паздываний, Д/-интервал дискретизации, Д^ =——, Д; =—, Ах, -

Зх дг дх &

ные операторы, РП - подсистема с распределенными параметрами, СП - подсистема с сосредоточенными параметрами, N[(3(5,/)] = - начальные условия,

Г[С?(х, /)] = g(x, ¿) - граничные условия.

Математические модели ТП

Рис. 6. Классификация моделей ТП по типу неопределенности.

13

Для каждого класса технологических объектов в пятой главе разработаны базовые структуры разрывных систем адаптивного управления и определены области их применения.

Проведенный анализ структур ТС приводит к следующим выводам.

1. Как объект управления, технологические системы имеют конечномерную дискретную структуру, единичными элементами которой являются типовые технологические модули, образующие множество технологических ячеек.

2. Для описания 4 классов технологических модулей достаточно 16 типов математических моделей, которые охватывают 24 х2'6 = 22° = 1048 576 возможных комбинаций.

3. Минимальная по составу структура ТС пропорциональна числу однородных деталей вагона и состоит из типовых технологических ячеек.

4. Структура технологических ячеек постоянна. Формализовать процедуру оптимизации структуры системы без учета технологического смысла можно с помощью структурных показателей, определенных в четвертой главе.

В третьей главе сформулирован принцип наименьшего действия ТС, поставлены цели и задачи управления и доказано, что технологический предел производственной системы ограничен числом структурных элементов.

Определим систему как множество взаимосвязанных элементов. Тогда, взаимосвязь между любой парой элементов системы существует, если изменение состояния одного из элементов сопровождается изменением состояния других элементов. Обнаружить такие связи, независимо от их природы, можно, сравнивая переменные состояния элементов с помощью выражения Р. Фейнмана, модифицированного для вычисления действия ТС:

где ^ - квадрат пространственно-временного интер-

вала между двумя точками, лежащими на пути интегрирования, функция не-

которого параметра а,, включая время, х'^а,) - ¿х'^а,)/¿а, - производная х^(а,) по параметру а,. Суммирование в (4) производится по всем повторяющимся индексам ц всевозможных пар (у,,^), множитель 0,5 учитывает каждую пару только один раз.

Если функционал /(I]) под знаком интеграла ограничен ]/(/,* <е(^)| <то в малой

окрестности нуля I] шириной с], и равен нулю /(7| > = 0 за ее пределами, то из выражения для действия системы следует, что пара элементов связана только тогда, когда /(7?) Ф 0 вдоль пути интегрирования. Степень связности пары элементов опре-

деляется величиной £а . Этим требованиям удовлетворяют обобщенные бесконечно

дифференцируемые функции и(х,г) = ®—ехр\—. Эволюцию таких функций во

2л/га2Г I 4о г;

времени и в пространстве качественно иллюстрирует рис. 7.

Рис. 7. Семейство графиков обобщенной функции и(х,0 = ——

Для функций, измеренных на концах интервалов неопределенности:

па и, -г,

действие ^ цепочки из 5 технологических операций, распределенных вдоль траектории линейного ТП, равно:

3=0,5-2: ял ж - е-Т4

-Д^Д^ДТ),

'•7

2 /ли2 АЛ.

V У

Оценкой эффективности ТС служит разность действия идеальной системы с дельта-функционалом и действия реальной системы 3 с функционалом /(/,') в

-окрестностях:

(5)

Разность интерпретируется как показатель дисфункции ТС. Отношение (5) дает основание сформулировать принцип наименьшего действия системы, задающий цель управления следующим выражением:

3-3И =9?, ~>тт. (6)

и

Ограничение на достижимость нуля целевого функционала накладывают отношения неопределенности АХ? /|Д7^| = > 0,

Для линейных процессов х,- = А,х, + и(, где и, = В51х, - линейный закон управления, х; еЛ"1 - переменные состояния объекта управления, ^1п1=п - порядок системы, .г - число объектов управления, действие идеальной ТС равно квадратичной форме, представленной в параметрическом виде:

= = ¿(е(А<+вАДо))>'+в<'Ч(о) = ¿£(е^(0))2, (7)

(=1 /-1 /=1

где Х1к - собственные числа матрицы (А,- +В5().

я

Для взаимосвязанных объектов управления х,- = А,х, + ^ + и,, где матрицы А, отображают собственные динамические свойства подсистем 5,, а слагаемые содержат все остальные переменные х^ и отображают взаимосвязи между подсистемами, действие увеличивается за счет дополнительных слагаемых:

>1 Ы ]*1 к=1

где Хдк - собственные числа матрицы взаимосвязей А,у, хДо) - вектор начальных значений переменных состояния подсистемы SJ■.

В общем случае, влияние взаимосвязей между процессами на действие системы требует отдельного изучения. Предположим, что взаимосвязи между процессами образуются через внешнюю среду и не должны влиять на качество реализации процессов в целом. Сравнивая действие 3„ идеальной системы и действие 3 реальной системы, получим следующее значение показателя дисфункции Я,:

я. АЪ1***(°)Т¿1>ч%(о)]+£¿(^4*(о))2, и=й. с«)

и=1 Д) .¡мы

Цель управления (6) достигается, если взаимосвязи между подсистемами асимптотически исчезают:

= (9)

или скомпенсированы средствами управления:

= (10)

к=1 кЛ

Формулы (9) и (10), с учетом ограничений /|Л7*^| = е? > 0, определяют содержание задач синтеза адаптивного управления, обеспечивающего минимум дисфунк-

ции системы —> min. Условия достижения цели адаптивного управления (6) ус-<J

тановлены в пятой главе.

Таким образом, цель адаптивного управления ТС заключается в том, чтобы обеспечить минимум дисфункции системы -»min. Стратегия адаптивного управле-

'■7

ния состоит в такой структурной организации взаимодействия между технологическими объектами, которая доставляет ТС технологический предел Зя, пропорциональный числу элементов системы.

В четвертой главе по результатам проведенного во второй главе анализа структур ТС, разработан графо-аналигический метод структурной оптимизации модели системы, который позволяет оценить качество структуры по следующим показателям: избыточность, неравномерность и дефектность.

Содержательную характеристику структуры системы с явным отображением структурных свойств дает граф системной модели. Возможности топологических методов анализа структурных моделей, введенных в теорию управления академиком Б.Н. Петровым, исследовали многие авторы: Ю.Н. Алпатов, Ю.А. Борцов, A.A. Воронов и другие. В настоящей работе структурные свойства систем изучаются в сравнении с полным графом системной модели, который определен как композиция п элементов соединенных тр = 0,5(л -1 )-п связями.

Определение 1. Граф G системной модели S есть множество элементов v, eV", связанных с множеством элементов vJ е V гомеоморфным отображением

Для двух гомеоморфных отображений et] и etJ разность v, = etvy и v, = e'ljvJ, дает тождество = e'j. Из гомеоморфизма отношений etj метрически связных топологических пространств дис1фетных множеств VxVn=E(Gf*n', следуют тождества ву = eSj, Vj = v'( и Vj = Vj, которые означают инвариантность графа системной модели к разным смысловым интерпретациям элементов системы.

Для численной оценки структуры ТС, разработана методика вычисления структурных характеристик. Методика опирается на введенное автором понятие валентности вершины полного графа m(G,v) = п-1: числа однократных связей каждой вершины v графа G с остальными его вершинами.

Определены следующие характеристики графа ТС: валентность графа как сумма валентностей всех его вершин: <o(G) = ^co(G,v) = (n-l)n,'2, степень графа как сумма

степеней вершин: р(С?) = ^ £р(0), и дефект графа, равный алгебраической сумме дефектов вершин графа:

УеС^) мС(С) ^ »еК(С)

Значения дефекта графа могут быть: положительными для простых графов (без петель и кратных ребер); равны нулю для полных графов; отрицательны для графов с кратными ребрами.

Структурные характеристики графа удовлетворяют алгебраическим операциям и образуют, коммутативное кольцо над конечным полем целых чисел. Свойство цело-численности структурных характеристик графа модели ТС, используется для вычисления структурных показателей систем и для разработки критериев их оценки.

Для анализа структурных характеристик 1рафов сложных систем предложено использовать следующие показатели.

1Р,/2(«-1)

-1, где р, - степени вер-

Структурная избыточность £ системы: £ = шин системного графа.

Неравномерность связей п; т)3 = ^(р, — /п2, где <ор = 2тр /п - валентность вершины полного графа системы, тр = 0,5(л -1 )-п - число ребер полного графа, п -

я

число вершин графа системы, т = -(й, -Л, )]■»,-12 - число реализованных связей

ы

графа системы, к, - число кратных связей вершины, к, - дефект вершины, л, - валентность вершины графа подсистемы л.

Дефектность структуры сложной системы, состоящей из .? подсистем, равна дефекту ¿■-дольного графа системы:

• ( Л

£ ©делу)-,

/=1 1-1 Ы ^геКДС) геК(С) )

где (¡>р, = 2 т р1 /п, - валентность полного графа г-той подсистемы ТС, 1 = 1,.?, í - число подсистем, тр1 = 0,5(», -1)-и, - число связей полного графа подсистемы, т1 = [п1 ~{К /2 - число связей в /-той подсистеме, п, - валентность вершин г -

той подсистемы ТС.

Для оценки качества структуры системной модели эти показатели объединены в общий показатель, характеризующий связность структуры:

тр

Критерием для оценки качества структуры ТС является значение локального максимума показателя g". Вариационный принцип, положенный в основу поиска оптимального значения g", задан следующими выражениями:

I . 7 >1 Дg(n,m,k,h) „

п =arg min g(n,m ,k,h), --*0,meM;

Дти

m'= aigimnAg(n''m'k'h\ gUm,k,h)*0, n e N, (12)

meAi А/И

где TV - множество возможных структурных элементов, М - множество допустимых взаимосвязей, п - минимальное число элементов, т' - оптимальное число связей.

Графики зависимости показателей ^, ц2 и g от числа элементов системы п и числа ребер системного графа т для трех сочетаний параметров ki и h, имеют вид рис. 8, на котором использованы следующие обозначения разных вариантов:---= О,

h, = 1;.... к, = 1, Ь = 2; — ifc, = 2, й, = 3.

Рис. 8. Зависимости обобщенного показателя качества структуры g, избыточности С, и неравномерности Г| от числа связей в системе т для « = 161, тр =12,88-Ю3.

Удобным для вычислений способом описания графов является матричный аппарат. Он же широко применяется для моделирования динамики объекта управления в пространстве возможных состояний, что позволяет связать композиционные и динамические задачи одной системной моделью.

В матричном способе описания графов используются матрицы смежности вершин Ме(0) = {е1]}, матрицы смежности ребер М„(в) = {у,} и матрицы инциденций ребер и вершин 1(0) = {ц}. Поскольку матрицы ребер и вершин имеют скелетное разложение по матрицам инциденций: = 1(С)Т, М„(0) = 1(С)Т -1(0), то для полного описания графа достаточна только матрица инциденций.

Автоматизация вычислений при этом упрощается, поскольку произведение матриц инциденций вычисляется по обычным для матриц правилам, а значения произведений элементов матриц ющиденций подчиняются правилу свертки по индексам:

»'¡гЛ =еу

Для двухдольных системных графов матрица ребер МС(<Э) = {<?„} совпадает с матричным выражением гомеоморфного отображения в виде матрицы отношений : V,. =\У{0,¡ = 1,п, ]-1т, которая тождественно связывает топологическое пространство системного графа с пространством состояний динамики системы ± = Ах + Вп, у = Сх+Ои:

з Щр) = |с(1р - А)'В + Б].

Структура матрицы отношений \У(С?) определяется декомпозицией графа на три класса подграфов: планарных, непланарных и графов с топологическими особенностями:

гГ

р,-1 рм

где (<3,)=[с^.(Еур-Ау)-1 Ву +1)^.] - матрицы подсистем, Г] - матрицы функциональных перекрестных связей между подсистемами

В этой связи уравнения состояний многосвязной ТС разделим на три подсистемы:

"0 с;2 q/ О о, 5-31 О)

\У(0) =

с К!

¿1 "а, а12 а13 «I в, »1

= а2, а2 хг + в2

>3. а32 а,. в>.

* Д ц

+ Ч, «г

*> в,

и запишем отношение вход/выход через передаточную функцию \У(р):

'С, Са с,,' / X 0 0" а, а12 ац" -1 В, п,

он с* с23 • 0 Е2 0 ■р- А,, а2 а23 в2 + Г

а. с» \ 0 0 а31 аи вз А 1

Из структуры матрицы \У((7) следует, что разделение системы уравнений на три подсистемы должно удовлетворять принципу доминирования диагональных подсистем (ЖАдамар, М.В. Дружинина, В.И. Уткин). Для оценки доминантности подсис-

тем, все графы внутренних структур элементов (рис. 9 а) сложной системы стянуты в точки (вершины) системного графа (рис. 9 б), степень каждой из которых определена как сумма числа внешних связей Ку и степени стянутых в точку графов.

а)

б)

Рис. 9. Граф векторно-матричной структуры элемента ТС а), и схема его отображения в вершину системного графа б).

Структурные условия доминирования подсистем сформулированы в следующем виде:

где Рц - степени диагональных элементов матрицы степеней графа системы, р^., ру;

- степени недиагональных элементов строки и столбца, соответственно.

Для проверки условий доминантности (13) разработана специальная методика топологической факторизации модели, которая состоит в построении матрицы степеней вершин графа системы, преобразовании ее с помощью перестановочной матрицы Р к матрице с доминирующей главной диагональю и проверки условий (13). Фундаментальные свойства группы подобных матриц дают основания образовать перестановочную матрицу Р из матрицы степеней вершин системного графа замещением в каждой строке максимального элемента на единицу. Остальные элементы перестановочной матрицы Р равны нулю.

Таким образом, разработан графо-аналитический метод оптимизации структуры системной модели конечного множества иерархически взаимосвязанных технологических процессов по критерию связности.

В пятой главе изучены адаптивные свойства разрывных систем на скользящих режимах. Рассмотрена разрывная система управления широким классом объектов с неопределенностью:

где х е К", V еЯт - векторы переменных состояния объекта и задающих воздействий; А е Я""1, В б Л'™, е Л"хи, е Л"*' - матрицы объекта, управления, ре-

(13)

М/*<

± = А.х + В-Ки-я8ц(у-Квс-х)+ф(х)+ц(лх,^), (14)

гулятора и обратной связи; ф(х)е - ограниченная нелинейная вектор-функция взаимосвязей; - неизвестная ограниченная вектор-функция внутренних и

внешних возмущений; Г - сигнальные возмущения, \ - параметрические возмущения.

Для доопределения разрывной функции = зх£п(ст) системы (14) на множестве точек разрыва о- у-И^х^О ив малой окрестности целевого многообразия а > ¡Да| = &2 рассмотрено уравнение закона сохранения импульса управления с не-

1 дг

линейной плотностью потока д(г) = а ■ г+-(5 ■ г1 - у —:

2 дх

¥ИЛИ: = Т' ^ - (а + р • г) • 2Х, (15)

где для компактности введены обозначения: г, = =—4- Поскольку им-

5/ ах дх

пульс разрывного управления ¿(х,1) физически ограничен, в работе найдены решения уравнения (15) из начальных условий г,(/0)=О при о(1*0)>|Ао| = е2.

Для постоянных коэффициентов Ь~|3/у, а-а/у в малой окрестности |Да|> О

точек разрыва а = 0 существуют интегралы слева и справа:

М , . N

|*-оК|-|о0|)+Ь/хЛ. (16)

Ы Н

где |0о|>|Аа|>О. Решения уравнения (16) находятся предельным переходом траекторий через область разрыва |Д0|—>0 с помощью гиперболического тангенса Й1(а/А0), который, при |Д0|—»0, стремится к разрывной функции з1§по(*,г). С

"МО .

учетом замены г = ы(а/ Аа) иравенства |т(а/А0)Ат = (А* +д~)/2, найдено решение

-«о

уравнения (16):

( №

(17)

N _1

За!

+1

где г0=г§о0\). Выражение (17) определяет единственную общую траекторию решений слева и справа от о = 0 при |До|-»0. Существование единственного решения дает основание:

1. Заменить разрывную функцию ст{х,}) сигмоидной функцией й1(сг/Д0), обеспечивающей для физически реализуемых значений ¡Да| > 0 нелинейное адаптав-

ное управление поведением объекта в области |сгг |<|Д0|.

2. Обособить разрывные системы управления в новый класс интеллектуальных систем ассоциативной адаптации.

Аналитичность функции tn(o/Дп) снимает проблему неопределенности значений разрывной функции на целевом многообразии а = v - Rocx < |Д0| при исследовании предельного множества состояний дифференциальной системы (14) в области, ограниченной ресурсами управления h :

fiHxi/x/( = {(o,v,i):||a||<A, h>0, veU; tel,, It=[t0,™\ t0 ей1}, где flH - и-мерный шар диаметром h с центром в точке о = 0.

Доказана теорема, устанавливающая необходимые и достаточные условия экспоненциально диссипативной устойчивости системы (14):

2h "* f h f h

(18)

где Сф = шах || ||, С! = шах || ||, С( = шах || 1|, Я+я - максимальное

собственное число матрицы Н квадратичной формы V = агНо > 0, Х~А - минималь-

я ---

ное собственное число матрицы А, А/, >|/и|-4 к-\,п - условия доминирования главной диагонали матрицы (ВЯ„)ТН11^=Ь = {7^}, (;,/ = 1 ,и), у которой ДГ - максимальное и ДГ - минимальное доминирование диагонали.

Оценены область диссипативности £>=|а:^||а||2 и время адаптации

/,^+^/„—1—, К(/-/0)=0 при/>/„, р1>ц>0.

Условия устойчивости (18) приведены к системе алгебраических неравенств относительно неизвестных параметров матрицы (£ШП)ТШ1^ = {й,^ }:

Ь„ги+ ¿6^1-4 £ V* > 2Й{[С, + (19)

Выполнение условий (19) гарантирует устойчивость скользящего режима системы (14) на целевом многообразии а = V - 1*осх = О во всей области определения объекта управления.

Для обоснования адаптивных свойств разрывных систем, в соавторстве с И.Б. Юнгером, решена задача вычисления в режиме реального времени производной вы-

ходного сигнала сложного объекта 80 на скользящих режимах вспомогательной системы:

х = Ах + Ьи + гф^, а = о(у-у), у = С-х, у = С х, (20) где у - выход объекта, С - матрица выхода объекта, С - матрица выхода модели, х -п -мерный вектор состояния вспомогательной модели; г - матрица коэффициентов усиления регулятора, ф(а) = - и-мерная разрывная функция, где «г - целевое

многообразие системы (20).

При выполнении условий устойчивости (18) справедливо неравенство: 0,6, <0; / = 1,и. На модели при этом возникает устойчивый п -мерный скользящий режим, при котором ст(=0; / = 1 ,и, и система (20) описывается уравнением вида х = Ах + Ьи + и/,, где - п-мерный вектор эквивалентного разрывно-

го управления, т.е. движение модели совпадает с движением объекта.

Расширенный вектор фазовых координат г системы (20) определяется как результат преобразования переменных модели х, расширенного вектора управления и и расширенного эквивалентного разрывного управления ир:

г = 8х + ?и+Кир, в = [Ст :(СА)Т :(СА2)Т..:(СА"-' )т ], айБ Ф 0;

где

Р =

и = о

СЬ САЬ

.с/и. .</

к— Л

п-2,

Л"

и„ =

Яи„. .с1п~2и„

р'

Л

О

СЬ

СА°гЬ СА-3Ь

СЬ

К =

О

СА СА

' сй"-

0 С

СА»2 СА"

С А

Структурная схема преобразователя, вычисляющего производные у,у>у,.">уг"~и и координаты вектора приведена на рис. 10, где приняты следующие обо-

значения: вф! - система входных фильтров, С - матрица выхода, Бо - объект, Бм - модель, 8ф2 - система фильтров разрывных сигналов.

Таким образом, для наблюдаемой пары СА при ограниченных возмущениях вычисляются оценки производных выходного сигнала у'"ч) и координаты неизвестного вектора и^ = . Эти свойства вспомогательной системы (20) раскрывают ме-

ханизм адаптации разрывного управления и использованы при исследовании разрыв-

ных систем на основе дуальной модели (ДМ) объекта управления (ОУ) (рис. 11).

Рис. 10. Вычисление производных выходного сигнала сложного объекта на скользящих режимах разрывного управления моделью.

2Р

и*

о

X = А(х,г> + в(х,г>1 + г(х,5,г)

У X

0

х = А,х + В, (и + и, )

•О

эм

а)

то

Wл

х = А(х,/)х + В(х,/)и

ОУ

о

х = А3х + В3(и + иг)

ДМ

б)

Рис. 11. Варианты структур разрывных систем управления: а) - алгоритм с эталонной моделью (ЭМ), б) - алгоритм с дуальной моделью (ДМ)..

Разрывной алгоритм адаптации с ЭМ (рис. 11а) при замене матрицы В(х,г) на Вэ, обеспечивает лишь диссипативность на компактном множестве (В.В. Путов):

которое зависит от способа «усреднения» Вэ.

Преимущество системы с ДМ (рис. 11 б) в том, что процесс адаптации имеет экспоненциальную мажоранту и достигает область диссипативности за конечное время:

Я = |а:Г„|Н|3 |,при 1>1а, /„ <,0+1/„—¡3=ДГ .

Синтез разрывных систем состоит из определения технических ограничений ( е

к, С , С, —С,-122-, задания эталонной динамики, решения системы (19) относи-к к

тельно параметров Гу матрицы Кос, оценки времени адаптации постоянных времени фильтров (З...5)г^ </„ и интервала дискретизации (3...5)Д/ < гф.

Результаты исследований предыдущих пяти глав, дают основание сделать следующие выводы.

1. Подавляющее большинство математических моделей технологических процессов и систем, полученных из уравнений в частных производных, приводятся к форме Коши с непрерывными дифференцируемыми функциями.

2. Уравнения с разрывными правыми частями, доопределяются на многообразии точек разрыва из законов сохранения единственным образом, что позволяет моделировать динамику технологических объектов управления с помощью упрощенных век-торно-матричных дифференциальных уравнений состояния.

3. Исходя из принципа локализации предельного множества состояний разрывных систем на целевом многообразии устойчивых скользящих режимов, разработан метод параметрического синтеза разрывного адаптивного управления технологическими объектами с нестационарной, нелинейной, распределенной или интервально неопределенной структурой модели.

В шестрй главе на основе разработанных в диссертации методов анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления решены практические задачи автоматизации на трех уровнях управления: технологическими операциями, сложными процессами и в целом технологической системой.

В автореферат включены решения задач разрывного адаптивного управления асинхронным электроприводом, автоматическим манипулятором, промышленным лазером и технологической системой колесно-роликового цеха вагонного депо в условиях интервальной неопределенности их моделей.

В диссертации приведены также результаты применения разрывных систем с ду-

альной моделью для решения и других классов технологических задач: распознавание подвижных целей, самонаведение, управление объектами с распределенными параметрами.

I. Задача разрывного адаптивного управления движением исполнительного механизма с асинхронным электродвигателем (АД). Модель АД в ортогональном базисе (¡,0), (0^), вращающемся с произвольной скоростью описывается векторно-матричными нелинейными нестационарными дифференциальными уравнениями:

Л к

-^- = А1,11+Ап»|/,+В1и8+шсЦл+ш-^Ь*|/г, Мэи = д.\|/*х1л„ Ш 1„

~ = А211,+А22\]/,+сос1д|/,-соЬу,, J^ = [MЭU-MC}, (21)

си т

где ¡5 - вектор тока статора; и,-вектор напряжения статора; V, - вектор пото-косцепления ротора; Мэы - электромагнитный момент АД; Мс - момент сопротивления на валу АД; кТ, ¡',, а - конструктивные коэффициенты; J - момент инерции привода.

В пространстве состояний модель (21) принимает вид системы дифференциальных уравнений пятого порядка относительно скорости ротора АД со:

х = (А0 + А, А)х + (В 0 + АхВ)и + А,Ри + АхРх + ВГ,

Го„

где хт=|*, хт2 х3т], ит = [о,ж2 и, /т=[01х1 М,],0 =

ло пар полюсов АД; А =

Я(Ьх2)т

Ьх2 А22

¿,ьх2//; А12

, в =

0.

Ьх2 Ьх,

, 2„ - чис-

= со,

х2 =\|/,, х3 =1г, щ =шс, и2 =иа, А А, АВ, АР, АГ - матрицы неопределенных параметров АД, В(- вектор неизвестных параметров механической связи.

Локальная цель адаптивного управления Нт е <е, где е(/)= х(/)-хэ(/)- вектор

ошибки, задана динамической точностью е и временем адаптации 1а. Желаемое движение вектора х(/) определяется вектором состояния дуальной модели хэ=Аэхэ+Вэг, где г(/) - задающее воздействие (рис. 11). Эталонные матрицы

Ом 02х2_ 'ом 0 0Ы'

Аэ = оы Аэ 22 ^2x2 и Вэ = 02,2 ь2 дуальной модели вычисляются по

0М Аэ 0М 0Ы

стандартному характеристическому полиному Х*(р) в точке номинального режима АД: ае1{1-,р-[А0-(Аэ+Вэ)]} = Х*(р).

Структура системы адаптивного управления асинхронным электроприводом исполнительного механизма, встроенная в АСУ ТП, имеет вид рис. 12.

Система управления реализует в пределах точности датчиков аналитические условия ориентации системы координат дуальной модели АД по вектору \уг, причем требуемая скорость вращения вектора тока статора со^ получается как сумма трех частот <о, =сос + юу . Модуль потокосцепления ротора |уг| определяется по условиям нагрева в номинальном режиме, а введение Ор соответствует повороту вектора тока

статора в динамике на угол нагрузки, вычисленный контроллером движения (рис. 12) в режиме адаптации дуальной модели АД. Такой электропривод имеет максимальное быстродействие и реализует заданный режим в условиях интервальной неопределенности параметров АД и механизма (рис. 13).

Рис. 12. Структура системы адаптивного управления асинхронным электроприводом исполнительного механизма.

а) - б) ~

Рис. 13. Графики переходных процессов в асинхронном электроприводе с неточной моделью АД и механизма: а) - неадаптивная система, б) - адаптивная система с дуальной моделью на скользящих режимах.

2. Задача разрывного адаптивного управления мощностью излучения промышленного СОг-лазера. Такие задачи возникают в лазерных технологиях восстановления и/или упрочнения образующей поверхности колец и роликов подшипников, шеек осей колесных пар вагонов.

Как объект управления, С02-лазер представляет собой нелинейную систему. На мощность излучения действуют многие факторы: ток разряда, состав компонентов газовой смеси, давление смеси, взаимное расположение зеркал резонатора и др. Первые три фактора в разной степени влияют на динамику точки резонанса атомных состояний смеси газа в когерентном электромагнитном поле, однако линейная обратная связь по току и давлению не обеспечивает стабилизацию мощности излучения в заданном диапазоне регулирования. Экспериментальные графики (рис. 14) иллюстрируют нелинейную зависимость связи мощности излучения с током разряда и давлением постоянной по составу смеси газа C02:N2:He = 2:5:22.

Модель процесса излучения в малой окрестности заданной мощности удовлетворяет следующим условиям:

«i(wJ>°> «const, e[Pmin,PmJ;

ас,

-О- = а2(х„х2)>0, х, »const, х2 е [ipminJртах\,

где: у - мощность излучения; х, - давление смеси; х2 - ток разряда.

Эквивалентные постоянные времени подсистем различаются почти на порядок (100...150 с по каналу давления и 10...50 с по каналу тока разряда). В таких условиях V возможно разделение процессов по времени и децентрализация по входам линеаризованной модели объекта управления:

1 1 I '

*1 = +ь1и1> х2 г+ь2и2'

У - с,х, + С2Х2 + с/,«! + с12112, где их и и2 - управляющие воздействия по первому и второму каналу. Соответствующая структура эталонной модели имеет вид:

600-

0

х,=А3хэ+В3и А _ "-1 о " г, В, = \ о" с, = V

о -1 > э , э _с2_

0,6 0,8 ю 1,2 и I

Рис. 14. Мощность излучения С02-лазера: 1 - Р,,2- Р2=1,5-Р,.

Локальная цель управления - стабилизировать заданную мощность излучения в условиях неопределенности внутренних параметров лазера при изменении технологических режимов: Нш(у-уэ)<е2, где е2 - заданная точность.

1-»ю

Адаптивный алгоритм с эталонной моделью и параметрическим законом адаптации = а1 {у-£•[*[), и1а =аг(у-сгхг) реализует рекуррентную итерационную процедуру вычисления градиентов а,(*],х2) и а2(х1,х2) (рис. 15 а).

И1

"2

ЛАЗЕР

X, х2

«.."«.(у-ел)

/ "гв = (гг{У"с1хг)

/ 7

х^А^.+В^р у,

У>

а)

Рис. 15. Адаптивное параметрическое а) и разрывное б) управление лазером.

Регулятор с дуальной моделью (рис. 15 б) и разрывными законами управления и1а = - с1х1) и и2а =51£п(>> ~с2х2), технически проще в реализации и обеспечивает высокоточную стабилизацию заданных соотношений между давлением и током разряда лазера на сдвиговых регистровых операциях практически в режиме реального времени. Очевидно преимущество разрывного алгоритма по быстродействию и по вычислительным затратам относительно параметрического.

3. Задача оптимального по быстродействию программного управления системой исполнительных механизмов ТМ (рис. 3). При составлении расчетных уравнений динамики, ТМ представлен многомассовой пространственной упругой механической системой. В качестве инерциальных координат выбраны пространственные перемещения д^.д^.д^ точечных масс т,, соединенных упругими механическими связями

с коэффициентами упругости ^(¿,7=1,...,и). Учтено, что на точечные массы действуют внутренние инерционные и диссипативные упругие силы, внешние управляющие силы и,- и силы трения.

Уравнение Лагранжа для механических упруго-связанных систем, линеаризованное по приращениям, имеет векторный вид (В.В. Путов):

йО,5(дтАд) 54

Эд Зд

где 0° =[и1„и1у,и,г,...,и1х,и1г,иа,...,иП!]Т - вектор управления, А, К, С - (ЗлхЗи)-мерные постоянные симметричные матрицы; матрица масс А > 0 всегда; матрица трения Л = + Ыь > 0; матрица упругости С > 0.

Уравнение (22) приводится к Зи-мерной линейной системе дифференциальных уравнений второго порядка, описывающих движение многомассового пространственного упругого объекта в форме векторно-матричного дифференциального уравнения вида:

Ад + Кд + Сд = <3". (23)

Выбор локальных систем координат, закрепленных в кинематических парах ТМ, осуществлен стандартным способом. Однородные координаты точки х! в инерци-альной системе координат Охуг, связанной с основанием ТМ, определяются по фор-

1

муле: д, =Тмх1, где Тм =ПТ^Ц - матрица перехода от г-й системы координат к Охуг, Т]-ц = тй-1 " матрицы обратного перехода из г в г -1 систему координат. В однород-

ных координатах матрицы переходов имеют блочную структуру Т]Н =

О 1

X, =т11.,х|_,+1!, т„_1 - матрицы поворотов осей г-1-й системы координат относи-

телыю i-й, I, - вектор переноса.

Матрицы Т№ однозначно определяются вектором обобщенных координат 0 = [0, ... в, ... 0„]т ТМ, поэтому локальные координаты любой точки ТМ можно определить по заданным значениям его обобщенных координат.

Решением обратной задачи кинематики является решение системы уравнений относительно вектора обобщенных координат 0 по заданным инерциальным координатам пространственных перемещений q выходного звена ТМ, которое найдено с помощью матрицы преобразований F(9): F(9)x = q.

Матрица F(0) для плоского ТМ имеет треугольный вид:

'»01 0 0 0 0

*ог Т12 0 0 0

т13 *23 0 0

0

Т0-2,я т-1

Поскольку общего метода решения систем трансцендентных уравнений нет, множество решений найдено как решение линеаризованной системы алгебраических уравнений относительно приращений вектора пространственных перемещений д и обобщенных координат 0:

4 = .1(9)0, (24)

где 1(6) = —~ - матрица Якоби. Эта система уравнений всегда разрешима в силу из-501

быточности уравнений (24) и независимости обобщенных координат в. Треугольная структура матрицы Л(9) определяет линейный алгоритм последовательного вычисления обобщенных координат 9,.

Пространство конфигураций ТМ имеет особые точки, в которых матрица J(вJ плохо обусловлена:

£е,=±*-, к = 0, 1, 2. (25)

1 2

Исключая трудно достижимые особые точки (25), определены законы управления обобщенными координатами каждого звена по заданной в инерциальных координатах траектории движения выходного звена:

•Г'(0)-4(0 = 0(0, /ед, =[/„,/,.]. (26)

В трехмерном рабочем пространстве, ограниченном полым полушаром: е = {{Х-у;г) е Я3 : гВ2 > х2 + у1 + г2 > гт,г > 0},

в плоскости 0**, коллинеарной направлению вектора потенциальных сил, найдена

оптимальная по быстродействию траектория программного движения - циклоида я(г)=2г ■ ф(?)[1 - соБф(/)], проходящая через пару произвольно заданных точек

(у0<2о) и (у^г,), где г = д/Ду2 +Аг2 - радиус окружности, полная длина которой задана отрезком прямой [О0,г0),(>>,,г,)], <р(г) - центральный угол дуги этой окружности.

Важным свойством уравнения (23) является положительная определенность матрицы масс А и, следовательно, существует обратная ей матрица А-1, с помощью которой уравнение (23) можно разрешить относительно старшей производной и записать его в виде:

4 = А-'|<3»-(-Нч + Сч;]. (27)

Линеаризованные уравнения динамики манипулятора (27) в обобщенных координатах 9 с учетом постоянства коэффициентов матрицы Якоби 1(0) в точках линеаризации и равенства (26) имеют вид:

.1(9)0 = А"1 [<2° - (Ш(0)0 + 0(6)0|, (28)

В пространстве состояний модель (28) описывается 2п -мерным вектором состояния [х, х27 в нормальной форме Коши:

X, 0 1 в

л. л_,(е)А-'с1(е) .г1 (е)АчШ(0)_ 4- •Г'(0)А~'

где В - оператор динамической модели силовых приводов, х1 =0, х2 =0.

Из структуры уравнений (29) следует, что систему управления переменными состояния ТМ х2 = 0 целесообразно строить адаптивными методами. Локальная цель адаптивного управления в этом случае заключается в настройке параметров матрицы управления ,Г'(0)А~' модели (29) или в компенсации отклонений траектории движения выходного звена ТМ относительно оптимальной программной траектории 0(/), í е А, = [?о>',] на скользящих режимах разрывной системы управления с дуальной моделью ТМ (29). Здесь также проявляется преимущество разрывного алгоритма по быстродействию и по вычислительным затратам относительно рекуррентных итерационных алгоритмов.

4. Задача управления технологической системой. Адаптивные контроллеры программно-технического комплекса АСУ ТП реализуют алгоритм разрывного управления с дуальной моделью (рис. 15 а). Конструкция алгоритма с тремя вложенными циклами адаптации представлена блок-схемой на рис. 15 б.

На рис 15 а: ВПИ - вычислительный преобразователь информации, ИзС - измерительная подсистема, Ф - дискретный фильтр, ф(8) - закон адаптации, Э - эстиматор. На рис. 15 б: I, I, К - допустимое число итераций вычислительных процессов адапта-

ции модели, управления и объекта, соответственно.

Блок ДМ (рис. 15) программно реализует одну из моделей технологических объектов в соответствии с классификацией (рис. 6), которые хранятся в блоке моделей базы знаний ИУС (рис. 5). Параметры дуальной модели определяются заданной динамикой объекта в номинальном режиме на этапе.

Эта концепция синтеза разрывных систем адаптивного управления с дуальными моделями впервые опробована в 2003 году при создании адаптивной АСУ ТП колес-Но-роликового цеха вагонного депо ВЧД-2 ВСЖД (рис. 16).

На рис. 16: АРМ - автоматизированное рабочее место, ПК - промышленный контроллер, СП - силовой преобразователь энергии с программным управлением, ОП -панель оператора.

а) б)

Рис. 15. Структура информационных потоков в адаптивном контроллере а), и алгоритм разрывного управления с дуальной моделью б).

АСУ ТП цеха обеспечивает управление ТС, разделенной на две подсистемы прессового (ПУ) и роликового (РУ) участков, состоящих из 260 технологических установок, оснащенных пневмо-, гидро- и электроприводами с разрывными адаптивными регуляторами. В частности, подсистема ПУ включает 11 модулей механообработки: 4 пресса для формирования колесных пар, 3 токарных станка для обточки и накатки подступиц осей, 4 токарно-карусельных станка с ЧПУ класса ОМС для расточки отверстия ступицы колеса, обслуживаемых 14 транспортными модулями: 11 промышленных манипуляторов и 3 цеховых конвейера с накопителями для транспортировки колесных пар, осей и колес, объединенных в технологические ячейки для выполнения трех взаимосвязанных технологических процессов: обточки осей, расточки ступиц колес и запрессовки.

Рис. 16. Структурная схема АСУ ТП колесного цеха вагонного депо.

Спецификация переменных ТС цеха содержит 782 аналоговых, логических и кодовых переменных прессового участка и 592 переменных роликового участка. Ассоциативный автомат децентрализованного адаптивного управления цехом программно реализован в рабочей станции системного интегратора (АРМ СИ) и дублирован в рабочей станции сменного мастера (АРМ СМ) (рис. 16).

Эффективность разработанного подхода оценивается трудоемкостью проектирования АСУ ТП цеха, которая в денежном выражении составила менее 10% от общей стоимости системы. Расчет с учетом рисков чистого дисконтированного экономического эффекта от внедрения АСУ ТП по сертифицированной ОАО «РЖД» методике составил 3,6 рубля на 1 рубль капитальных затрат.

В Приложении представлены технологические схемы АСУ ТП сборочного, ко-лесно-роликового, тележечного цехов и приведена спецификация системных переменных базы данных АСУ ТП колесно-роликового цеха.

Заключение и основные результаты диссертации

В диссертации разрабатываются теоретические основы и методы синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами в условиях технических ограничений, структурной неопределенности и разрыва измерительной информации. Совокупность научных положений и результатов диссертации представляется как обособленный раздел теории управления, содержащий методы решения задач дискретного адаптивного управления технологическими процессами на основе ассоциативного принципа адаптации, обобщенных разрывных функций и разрывных систем с дуальными моделями.

В диссертации получены следующие результаты, которые в совокупности представляются как крупное достижение в области теории адаптивного управления технологическими процессами:

1. Сформулирован и обоснован принцип наименьшего действия технологических систем, определяющий цель и задачи адаптивного управления сложными технологическими процессами и разработана теоретическая основа синтеза адаптивных систем автоматизации, позволяющая реализовать стратегию интеллектуального управления.

2. Предложен новый класс ассоциативных автоматов адаптивного управления группой взаимосвязанных технологических процессов, который реализуется существующими техническими средствами и обеспечивает достижение общей цели децентрализованного адаптивного управления в условиях неопределенности структуры взаимосвязей и локальных целей.

3. Определены структурные характеристики технологических модулей и технологических ячеек, позволяющие формализовать процедуру структурного проектирования систем управления сложными технологическими процессами.

4. Разработаны графо-аналитический метод структурной оптимизации, методика расчета структурных показателей качества системы и критерий их оценки, которые в совокупности позволяют оптимизировать по критерию связности структуру адаптивной информационно-управляющей системы.

5. Разработанные методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления упрощают задачу проектирования и гарантируют работоспособность алгоритмов адаптивного управления технологическими процессами без трудоемких многошаговых экспериментальных исследований.

6. Разработанные методы являются эффективным практическим аппаратом синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами с интервальной неопределенностью взаимосвязей.

7. Разработанный алгоритм структурной адаптации разрывных систем с дуальной моделью и ассоциативные алгоритмы адаптации могут быть успешно распространены и на задачи адаптивного управления в других областях науки и техники.

Список публикаций по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Пашков H.H. Устройство адаптивного восстановления высших производных выходного сигнала нестационарного динамического объекта / H.H. Пашков, И.Б. Юнгер//Изв. вузов. Электромеханика. - М.: 1986. №10, с. 116-118.

2. Борцов IO.A. Управление асинхронным двигателем с использованием сколь-

зящих режимов нелинейной модели / Ю.А. Борцов, H.H. Пашков, И.Б. Юнгер // Электричество. - М.: 1987. № 4, с. 5-12.

3. Мухопад Ю.Ф. Системные графовые модели управляемых пневмоструктур / Ю.Ф.Мухопад, H.H. Пашков, А.З. Комков // Транспорт Урала. - Екатеринбург: Ур-ГУПС, 2007. № 4(15), с. 95-100.

4. Пашков H.H. Алгоритм мониторинга эксплуатационных технических параметров вагона / H.H. Пашков, A.B. Кулешов // Транспорт Урала. - Екатеринбург: Ур-ГУПС, 2008. № 3(18), с. 50-56.

5. Пашков H.H. Параметрические условия устойчивости разрывных систем управления / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - Иркутск: ИрГУПС, 2008. № 3(19), с. 114-118.

6. Пашков H.H. Аналитический синтез оптимальных траекторий про1раммного движения многозвенного манипулятора / Мехатроника. Автоматизация. Управление. - М.: 2008, № 9. Робототехнические системы. - С. 10-15.

7. Пашков H.H. Ассоциативный автомат децентрализованного адаптивного управления системой автономных вычислительных процессов / H.H. Пашков, Ю.Ф. Мухопад, Д.Ц. Пунсык-Намжилов // Научный вестник НГТУ. - Новосибирск: НГТУ, 2008. №4(33), с. 61-64.

Авторские свидетельства и патенты

8. A.C. № 1024877, G 05 В 13/00. Система управления / Ю.А. Борцов, Ю.А. Па-хомов, H.H. Пашков, И.Б. Юнгер // БИ № 23,1983.

9. A.C. № 1319524, G 05 В 13/02. Самонастраивающаяся система управления / Ю.А. Борцов, A.A. Егоров, H.H. Пашков, А.Г.Черных, И.Б. Юнгер // БИ, № 19,1987.

10. A.C. № 2046473. Антенная система / Е.П. Мецнер, H.H. Пашков, В.И. Сергеев //БИ №20, 1995.

11. Патент на полезную модель № 70380. Программно-перестраиваемый пневматический оптимизатор / А.З. Комков, Ю.Ф. Мухопад, H.H. Пашков // БИ № 2,2008.

В монографиях

12. Пашков H.H. Адаптивное управление с использованием скользящих режимов / H.H. Пашков, И.Б. Юнгер // Монография: Корреляционно-экстремальные и адаптивные автоматические системы. Деп. в ВИНИТИ 30.10.84 № 7001-84. -Л.: ЛЭТИ, 1984. -с. 126-146.

13.Пашков H.H. Управление асинхронным двигателем с использованием многомерных скользящих режимов дуальной модели / Монография: Ю.А. Борцов, И.Б. Юнгер. Автоматические системы с разрывным управлением. - Л.: Энергоатомиздат,

1986.-с. 141-149.

И.Пашков H.H. Адаптивное управление асинхронными электроприводами / Монография: Н.Н.Пашков, В.А. Ружников. - Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та.1992. -44 с.

В других журналах и изданиях

15. Пашков H.H. Адаптивный регулятор для асинхронного электропривода / Отчет о НИОКР: Разработка адаптивных регуляторов для электроприводов промышленных роботов модульной конструкции мощностью до 2,2 кВт // № ГР 01830079111. - Л.: ЛЭТИ, 1983.-с. 153-167.

16. Пашков H.H. Алгоритм идентификации промышленного робота "Универсал-5" как объекта управления / H.H. Пашков, А.Н. Вербов // Изв. ЛЭТИ. - Л.: ЛЭТИ, 1985.-С.130-133.

17. Обыскалов Г.А. Прецизионный вибропривод / Г.А. Обыскалов, H.H. Пашков, В.А. Ружников // Динамика виброактивных систем и конструкций. Сб. научн. тр. -Иркутск: ИПИ, 1992. - с. 72-78.

18. Пашков H.H. Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамк-нутым ротором как объекта управления / H.H. Пашков, Н.М. Андреев // Динамика виброактивных систем и конструкций. Сб.научн. тр.- Иркутск: ИПИ, 1992. - с. 91-95.

19.Козубенко И.Д. Система комплексной технической диагностики ответственных узлов вагонов в движении / И.Д. Козубенко, В.Г. Мышков, H.H. Пашков, В.И. Петрунин // Транспортные проблемы Сибирского региона. Сб. научн. тр. В 2 т. - Иркутск: ИрИИТ. 2001, т. 1. - с. 141-148.

20. Пашков H.H. Основные направления реконструкции колесно-роликового цеха вагонного депо ст. Нижнеудинск / H.H. Пашков, В.Г. Мышков, Н.О. Тютрин // Транспортные проблемы Сибирского региона. Сб. научн. тр. В 2 т. - Иркутск: ИрИИТ. 2001, т. 1.-е. 153-157.

21. Пашков H.H. Идентификационные свойства разрывных алгоритмов адаптации на скользящих режимах / Информационные системы контроля и управления в промышленности и на транспорте. - Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 12, - с. 19-27.

22. Пашков H.H. Применение скользящих режимов для инвариантного адаптивного управления динамикой сложного объекта / Информационные системы контроля и управления в промышленности и на транспорте. - Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 12, -с. 28-34.

23.Пашков H.H. Алгоритмы адаптивно-модального разрывного управления с эталонной моделью и стационарным наблюдателем / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 2(6), - с. 62-65.

24. Пашков H.H. Адаптивный алгоритм структурной оптимизации базы данных

АСУ / H.H. Пашков, B.B. Тюньков, A.B. Кулешов // Информационные технологии и проблемы математического моделирования: Сб. науч. тр. - Иркутск: ИрГУПС, 2006. Вып. 4,-с. 26-38.

25.Пашков H.H. Алгоритм поиска оптимальных параметров климатических систем пассажирских вагонов / H.H. Пашков, М.С. Ильченко // Транспорт Урала. - Екатеринбург: УрГУПС, 2006. № 3(10). - с. 25-28.

26. Пашков H.H. Адаптивно-модальное управление системами кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах / H.H. Пашков, М.С. Ильченко // Безопасность движения, совершенствование конструкций вагонов и ресурсосберегающие технологии в вагонном хозяйстве: Сб. научн. тр. Под научн. ред. A.B. Смольянинова- Екатеринбург: УрГУПС. Вып. 61 (144). - 2008. - с. 119-125.

27. Пашков H.H. Структурная организация диагностической базы данных информационной системы мониторинга технического состояния вагона / H.H. Пашков, A.B. Кулешов // Информационные технологии и проблемы математического моделирования: Сб. научн. тр. - Иркутск: ИрГУПС, 2008. Вып. 5, с. 17-23.

28. Пашков H.H. Структурная организация базы данных информационной системы контроля и управления техническими средствами вагонного хозяйства / H.H. Пашков, A.B. Кулешов // Совершенствование технологии ремонта и технического обслуживания вагонов: Сб. научн. тр. - Омск: ОмГУПС, 2008. - С. 62-65.

В трудах научно-технических конференций

29. Пашков H.H. Синтез системы управления цифро-аналоговым асинхронным электроприводом / Тр. научно-технической конф.-Л.: ЛЭТИ, 1984. - с. 70.

30. Пашков H.H. Адаптивная система цифрового управления электромеханическими модулями робототехнических комплексов / H.H. Пашков, А.Н. Уцын, В.В. Швыдкий // Тр. Всесоюзной конференции по агрегатно-модульному построению техники.- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1987.- с.65-67.

31. Луконин A.A. Автоматизация технологической линии по производству линолеума / A.A. Луконин, H.H. Пашков, А.Н. Уцын, В.В. Швыдкий // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: Тр. региональной научно-технической конференции.- Иркутск: ИЛИ, 1990. - с. 59-60.

32.Козубенко И.Д. Метод комплексной технической диагностики ответственных узлов грузовых вагонов по ходу поезда / И.Д. Козубенко, В.Г. Мышков, H.H. Пашков, В.И. Петрунин // Труды III научн.-практ. конф. - М.: МИИТ, 2002. - с. VI-12-VI-15.

33.Пашков H.H. Актуальные проблемы автоматизации производственных процессов вагоноремонтных предприятий / Ресурсосберегающие технологии на ж.д.

транспорте: Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. В 2 т. // Отв. ред. В.П. Суров. - Красноярск: Изд-во Гротеск, 2005, т. 1. — с. 388-393.

34. Пашков H.H. Адаптивно-модальное управление системами кондиционирования воздуха пассажирских вагонов / H.H. Пашков, М.С. Ильченко // Труды Международной научно-технической конференции "Наука, инновации и образование: Актуальные проблемы развития транспортного комплекса России". - Екатеринбург: УрГУПС, 2006,-с. 214-219.

35.Мухопад Ю.Ф. Системное моделирование технологических процессов / Ю.Ф.Мухопад, Н.Н.Пашков // Системный анализ в проектировании и управлении: Труды X Междун. науч.-практ. конф. В 3 т. - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та. 2006, т. 1, с. 127-138.

36. Пашков H.H. Алгоритмические модели систем с разрывным управлением / Информационные и математические технологии в научных исследованиях: Труды XI Междун. конф. В 2 т. - Иркутск-Хубсугул: ИСЭМ СО РАН. 2006, т. 1, с. 155-162.

37.Пашков H.H. Структурно-адаптивная система формирования ситуационной надежности грузовых вагонов / H.H. Пашков, A.B. Кулешов и др. // Сборник трудов VIII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов». - М.: МИИТ, 2007. VI-14 - VI-15.

38.Пашков H.H. Алгоритм мониторинга эксплуатационных параметров вагона в перевозочном процессе / H.H. Пашков, A.B. Кулешов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», поев. 130-летию Свердл.ж.д.: Сб. научн. тр. - Екатеринбург: УрГУПС, 2008.-е. 101-102.

39.Пашков H.H. Ассоциативный автомат адаптивного управления сложными технологическими процессами / H.H. Пашков, Ю.Ф. Мухопад, Д.Ц. Пунсык-Намжилов // Перспективы развития информационных технологий. Сб. материалов I Всероссийской научно-практ. конф. / Под общ. ред. С.С.Чернова. - Новосибирск: ЦРНС - Изд-во СИБПРИНТ, 2008. с. 62-70.

40. Пашков H.H. Система адаптивного управления тяговым асинхронным электроприводом / H.H. Пашков, Д.В. Морозов, В.В. Швыдкий // Труды Международной научно-практ. конф. «Подвижной состав XXI века». - Хабаровск: ДВГУПС, 2008. с.52-56.

Подписано в печать 10.03.09 г. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,23 Тираж 100 экз. Заказ № 662

Отпечатано в Глазковской типографии, 664039, г.Иркутск, ул. Гоголя, 53. Тел. 38-78-40.

ВВЕДЕНИЕ

1. МЕТОДЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Постановка задач адаптивного управления

1.2. Математические модели объектов адаптивного управления

1.3. Обзор методов синтеза систем адаптивного управления

1.4. Основные структуры адаптивных систем управления

1.5. Алгоритмы адаптации, устойчивые в целом

1.6. Адаптивные системы нейросетевой структуры

1.7. Ассоциативные алгоритмы адаптации 73 Выводы по главе

2. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1. Анализ технологических схем вагоноремонтного производства

2.2. Декомпозиция технологической системы

2.3. Структуры моделей технологических процессов

2.3.1. Графические модели технологических процессов

2.3.2. Информационные модели технологических процессов

2.4. Структурная организация технологических модулей

2.5. Структура информационно-управляющей системы автоматизации

2.6. Классификация технологических процессов 122 Выводы по главе 139 Рис. 2.18. Классификация моделей ТП по типу неопределенности.

3. ПРИНЦИП НАИМЕНЬШЕГО ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ

3.1. Декомпозиция информационно-технологической среды

3.2. Диффузионно-волновые модели технологических процессов

3.3. Действие линейных стационарных технологических процессов 165 Выводы по главе

4. ГРАФО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПТИМИЗАЦИИ СИСТЕМ

4.1. Граф системной модели технологического процесса

4.2. Структурные характеристики системного графа

4.3. Методика структурной декомпозиции технологических систем

Выводы по главе

5. РАЗРЫВНЫЕ АЛГОРИТМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

5.1. Обзор разрывных алгоритмов управления

5.2. Системы сигнальной адаптации с эталонной моделью

5.3. Разрывные системы управления

5.4. Диссипативность разрывных систем управления

5.5. Синтез разрывных систем адаптивного управления

5.6. Идентификация на скользящих режимах

5.7. Редукция систем на скользящих режимах разрывного управления

5.8. Параметрические условия устойчивости разрывных систем

5.9. Разрывные системы адаптивно-модального управления

5.10. Алгоритмы разрывного управления с дуальной моделью 263 Выводы по главе

6. РАЗРЫВНЫЕ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

6.1. Система адаптивного управления асинхронным электроприводом

6.2. Система адаптивного управления С02 -лазером

6.3. Система адаптивного управления манипулятором

6.4. Ассоциативный автомат адаптивного управления

6.5. Адаптивная система распознавания подвижных объектов

6.6. Адаптивная система самонаведения

6.7. Система адаптивного управления распределенным объектом 313 Выводы по главе 317 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 317 Библиографический список 319 ПРИЛОЖЕНИЕ

Принятые сокращения

АД — асинхронный электродвигатель.

АО - алгоритм обучения.

АРМ - автоматизированное рабочее место.

АСУ - автоматизированная система управления.

АСЭМ — адаптивная система с эталонной моделью.

АСНМ - адаптивная система с настраиваемой моделью.

БПР - блок принятия решений.

БПЭ - базовый процессорный элемент.

ВРП - вагоноремонтное производство.

ВХ - вагонное хозяйство.

ВЧД - вагонное депо.

ВРЗ - вагоноремонтный завод.

ДМ - дуальная модель.

МНС - многослойная нейронная сеть.

НСУ - нейросетевая система управления.

РЖД» - Российские железные дороги.

ПТО - пункт технического обслуживания.

ПН - параметрическая настройка.

СН - сигнальная настройка.

ТК - технологический контроллер

ТМ - технологический модуль.

ТО - технологическая операция.

ТОУ - технологический объект управления.

ТП - технологический процесс.

ТС - технологическая система.

ТЯ - технологическая ячейка.

ФК - функционал качества.

ЭМ - эталонная модель.

Актуальность проблемы. Свойство адаптации (от лат. adaptio — приспосабливаю) наблюдается во многих эргатических системах, способных целенаправленно изменять свое поведение на основе информации о состоянии окружающей среды. К таким системам, в частности, относятся человеко-машинные производственные системы.

Общие законы, действующие в эргатических системах, предлагает трансформационная теория динамики гибридных систем, в основе которой лежит концепция коадаптации системы и среды [34]. Согласно этой теории, промышленное производство, как сложная человеко-машинная система, будет устойчиво развиваться, если трансформировать технологическую систему в точке максимальной эффективности эргатической системы (рис.В.1). и Е I Т

->

IQ

Рис. В.1. Процессы коадаптации системы и среды [34].

На рис. B.I: Q -эффективность системы, Т - время, F - управляющие факторы, Е(Т) - модель динамики среды, U =U(E) - закон управления системой, Sa,Sb,Sc - факторные модели системы. Очевидно, что переход на новый технологический уровень должен происходить с полной сменой факторной модели эргатической системы S =Q(F) . Глубина снижения эффективности при трансформации системы зависит от закона управления U =F(E) (пунктирные линии на рис.В.1). Смена модели объекта управления влечет за собой функциональные, структурные и параметрические изменения в системе управления производственными процессами. Одним из эффективных способов управления такими объектами является применение адаптивных систем.

Адаптивный подход к решению задач управления производством обусловлен также неопределенностью законов изменения внешней среды, изменяющихся в широком диапазоне, сложной иерархической структурой внутренних взаимосвязей объектов управления и наличием неконтролируемых возмущений мультипликативного и аддитивного характера, действующих на производственную систему в процессе управления.

Неполное знание свойств объекта управления означает, что известна лишь его принадлежность некоторому классу Е. Неопределенность условий функционирования выражается в незнании действующих на объект возмущений, а сам объект, точнее его математическая модель, определяется с точностью до некоторых параметров. Следовательно, класс Н - прямое произведение двух множеств: множества в пространстве параметров объекта и множества возмущений, которые могут действовать на объект [243].

Задача адаптивного управления состоит в построении регулятора, который после подключения к любому объекту класса Е, через конечное время (время адаптации) обеспечит при любых условиях выполнение поставленных целей управления. Такой регулятор, по определению работы [243] адаптивен в классе Е, а система управления, включающая объект и адаптивный регулятор, адаптивна в этом классе. В этом смысле любой регулятор, обеспечивающий устойчивость замкнутой системы, можно считать адаптивным в некотором классе объектов для определенной цели управления.

Традиционные методы теории управления основаны на том, что все параметры объекта известны точно или известен диапазон их изменения, который можно усреднить [197, 215]. В этих случаях регулятор строится по точным или усредненным параметрам объекта. Благодаря запасу устойчивости, построенная таким образом система работоспособна и при некотором отклонении параметров объекта от расчетных параметров. При малом отклонении истинных значений от расчетных, цель управления будет выполняться.

Однако, если диапазон изменения параметров достаточно широк, то обеспечить требуемый запас устойчивости традиционными методами без существенного ухудшения качества системы не удается. В этих случаях рекомендовано адаптивное управление [215].

Современный уровень развития информационных технологий позволяет создавать адаптивные информационно-управляющие системы на основе достаточно сложных законов управления, в том числе с использованием алгоритмов искусственной адаптации [10, 34, 47, 49, 57, 59, 78, 79, 119, 194, 219, 224, 230, 242, 251, 252, 259-260, 261, 283, 286, 291, 304].

Для объектов с постоянной структурой или с конечным набором известных структур разработаны инженерные методы проектирования локально-адаптивных систем управления, допускающие интервальную неопределенность параметров функциональных связей и операторов, описывающих состояние объекта управления [1, 2, 4, 10, 20, 57, 61, 70, 92, 99, 104, 127, 148, 155, 162, 184, 195, 197, 204, 214, 215, 217, 222-224, 230, 243, 245, 256, 272, 291, 295, 300]. В основе их работоспособности лежит условие существования структурной согласованности модели и объекта. Поэтому для построения адаптивной системы управления на основе известных алгоритмов локальной адаптации необходимо, чтобы структурная организация объекта управления допускала конечномерное представление.

Сложность разработки конечномерных структурных моделей системы технологических процессов состоит в том, что технологические свойства объекта управления зависят от многих факторов, действие которых зачастую выявляется только в результате специальных трудоемких экспериментов.

Еще сложнее задача управления объектами с распределенной, изменяющейся или неизвестной внутренней структурной организацией. Для управления такими объектами необходимы дополнительные исследования, цель которых - определить целесообразные области применения известных законов управления или обосновать необходимость разработки новых законов адаптации.

Реальные условия функционирования производственной системы, как совокупности технологических процессов, оборудования для их реализации, транспортного обслуживания и управления, непрерывно изменяются. На технологические процессы, кроме факторов неопределенности математической модели, действуют многочисленные дестабилизирующие факторы, трудно поддающиеся учету:

- нестабильность физико-механических свойств материала и размеров исходных заготовок;

- несоответствие реальных условий изготовления изделия, реализованных в конкретной производственной системе, заданным техническим условиям;

- погрешности базирования станка, инструмента и заготовки, формирующих суммарную статическую погрешность обработки;

- изменение конструктивно-технологических требований к выпускаемым изделиям;

- отказы отдельных элементов производственной системы, погрешность контроля и ошибки управления.

Гарантировано обеспечить качество деталей при действии любого из указанных дестабилизирующих факторов можно лишь на основе адаптивного управления, обеспечивающего возможность замены части заранее спроектированного технологического процесса иным его продолжением, оптимальным как с точки зрения исходных данных о ходе процесса, так и его конечного результата.

Учитывая большую сложность и стоимость систем адаптивного управления относительно неадаптивных, реализация принципов адаптации целесообразна при организации производства [1, 4, 11, 12, 33, 40, 70, 100, 128, 132, 137, 206,217, 271,288]:

- сложных изделий;

- дорогостоящих изделий;

- изделий, которые должны обладать высокой надежностью;

- массовых изделий, имеющих доминирующий показатель качества.

Согласно этим рекомендациям, парк грузовых вагонов железных дорог

России, превышающий восемьсот тысяч единиц, включая собственные вагоны перевозочных компаний и промышленных предприятий, относится одновременно к двум группам изделий: массовым изделиям, имеющим доминирующий потребительский показатель качества; и к изделиям, которые должны обладать высокой надежностью для обеспечения безопасности перевозок.

Обеспечением исправного технического состояния вагонов занимаются вагонные хозяйства (ВХ) ОАО «РЖД» и другие собственники вагонов. Технологические системы ВХ реализуют две группы технологических процессов: техническое обслуживание и ремонт вагонов. Состояние ВХ ОАО «РЖД» характеризуется следующими показателями: износ технологических систем составляет более 60%, в том числе вагонного парка 63%, технологических машин и оборудования - 60%, средний возраст эксплуатационного парка вагонов 18 лет при среднем сроке службы 28 лет, расходы на содержание ВХ превышают 12% эксплуатационных расходов железных дорог [100, 206].

В «Стратегии развития железнодорожного транспорта России» вагонному хозяйству поставлена задача - создать новую систему ремонта и технического обслуживания вагонов путем специализации и кооперации вагоноремонтных предприятий на основе унификации узлов и деталей вагонов эксплуатационного парка, и вагонов нового поколения с большим сроком службы. За счет повышенного технического ресурса вагонов ожидается значительное сокращение объемов ремонта и затрат на эксплуатацию.

Для оценки актуальных направлений исследования изучен поток неисправностей эксплуатационного парка восьми родов вагонов. Распределение неисправностей по узлам вагонов, поступающих в текущий отцепочный ремонт (ТОР), по данным автоматизированной системы контроля дислокации вагонов ДИСПАРК ГВЦ ОАО «РЖД», представлено диаграммой на рис. В.2.

Частота поступления

Узел кантона р2 /500

-2 0DD □ Крытые

-1 ДОО □ Платформы

-1JODO □ Полувагоны

-о да □ Цистерны

-одоо ■ Фиг. платформы Зерновозы Цементовозы Минераловозы

Вш г агона

Рис. В.2. Распределение потока неисправностей по узлам вагонов.

Диаграмма увеличения затрат на текущий ремонт при уменьшении количества вагонов (рис. В.З) иллюстрирует нарастание объемов работ.

Снижение качества ремонта и технического ресурса вагонов связано с моральным и физическим износом активной части основных фондов - технологий ремонта и технологического оборудования. Это подтверждает актуальность и значимость решения научно-технической проблемы адаптации технологических систем вагонного хозяйства железных дорог России.

2500000

2000000

1500000

1000000

500000

-г 4000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Рис. В.З. Диаграмма увеличения расходов на текущий ремонт вагонов.

Чтобы обеспечить исправное техническое состояние вагонов в новых условиях, вагонное хозяйство в ходе структурной реформы осуществляет реконструкцию и развитие существующих технологических систем вагоноремонтного производства. Сегодня наиболее оснащенные вагонные депо применяют автоматизированные технологии восстановления, микроэлектронные системы контроля и дефектоскопирования деталей и узлов вагонов, специализированные технологические машины и станки с ЧПУ, автоматические транспортные механизмы и манипуляторы.

Организационное и технологическое объединение таких «интеллектуальных» технологических позиций в производственные модули, участки, линии и цеха с помощью современных информационных технологий, охватывающих основное и вспомогательное производства, не требует больших материальных и временных затрат [161]. Высокий уровень автоматизации отдельных технологических позиций создает реальные предпосылки к созданию многофункциональных информационно-управляющих систем (ИУС), что и оправдывает актуальность решения проблем комплексной автоматизации вагоноремонтного производства.

В адаптивных системах управления используется компромисс принципов активного контроля и адаптации. Например, адаптивная система управления технологическим модулем механообработки с использованием данных активного контроля подразумевает управление процессом работы модуля не только по результатам измерения текущего значения размера, но и по измеренным параметрам, характеризующим интенсивность обработки.

Основная цель такой адаптации заключается в обеспечении постоянства условий процесса обработки независимо от величины припуска, нестабильности механизма подачи и других факторов. Разная интенсивность обработки деталей из одного материала одного и того же размера приводит к разному нагреву, и, следовательно, будут различаться температурные деформации заготовки, инструмента, силовые деформации в системе станка. Все это вместе оказывает влияние на окончательный размер деталей, качество обработанной поверхности. Так, например, современные системы управления металлорежущими станками измеряют скорость изменения размера и величину оставшегося припуска на обработку и вычисляют оптимальный управляющий сигнал на изменение режима работы станка при достижении определенного значения комбинации этих сигналов.

Практика применения адаптивного подхода в станкостроении показывает, что системы адаптивного управления позволяют успешно решать следующие задачи [1, 11, 12, 40, 128, 132]:

- оптимизировать режим резания, при этом устраняется влияние многих факторов, воздействующих на точность реализации операций резания: о уменьшается разброс размеров в партии деталей на 50%; о уменьшается конусообразность детали в 1,5-2 раза; о уменьшаются поверхностные неровности более чем на 30%;

- обеспечивать компенсацию температурных и упругих деформаций в системе станка;

- повышать производительность, в частности, на этапе черновой обработки можно применять максимальные подачи.

Для современного автоматизированного производства характерны следующие тенденции «безлюдных» технологий управления:

1. Работа оборудования в автоматическом режиме по заданному циклу.

2. Снижение или полное отсутствие необходимости вмешательства оператора в процесс управления.

3. Стремление к автоматизированному объединению конструкторско-технологической подготовки и производства в единый комплекс.

Это означает, что, не смотря на объективное влияние типа производства (единичного, серийного, массового) и специфики задач управления технологическими процессами (дискретных, непрерывных) на целесообразную степень их автоматизации, наблюдается тенденция к полной автоматизации производства.

Таким образом, одним из решающих способов повышения эффективности производства является комплексная автоматизация технологических процессов (ТП) на основе адаптивного подхода.

Приведенные примеры востребованности и эффективного применения адаптивных способов автоматизации на различных уровнях производства определяют актуальность общей проблемы синтеза адаптивного управления сложными технологическими процессами.

Дополнительным аргументом в пользу адаптивного подхода является наличие большого арсенала программно-технических средств, развитие алгоритмической базы и методов синтеза систем управления, которые создают объективные предпосылки построения многофункциональных систем автоматизации ТП.

Проектированию системы управления предшествует трудоемкий этап практического и теоретического изучения объекта автоматизации. Тем не менее, объективная неопределенность ТП внутри интервалов технологических допусков, приводит к необходимости адаптации процессов управления.

Однако, несмотря на огромный потенциал, теория адаптивного управления до сих пор не получила должного применения в инженерной практике автоматизации ТП. Одна из причин состоит в том, что многие алгоритмы адаптации малоэффективны в задачах управления технологическими процессами, поскольку в составе оборудования для их реализации всегда имеются звенья с немоделируемой динамикой (люфт, трение, гистерезис, запаздывание и т.п.). Поэтому проблема создания адаптивных систем управления в целом остается предметом инженерного искусства.

Практически эффективным, а иногда единственным, способом адаптации систем с неопределенностью в структуре объекта являются- разрывные (signum) управления на скользящих режимах. Для упрощенного анализа разрывных систем используются разрывные функции, например, для описания релейного управления в задачах оптимизации или функций активации в интеллектуальных системах. В таких системах возможно возникновение скользящих режимов, уникальное свойство грубости которых часто используется для сигнальной адаптации управления. Несмотря на большое число работ в этой области, синтез разрывных систем адаптивного управления ТП представляется сложной научной проблемой и требует обобщения накопленных результатов.

Традиционно к недостаткам разрывных систем относят:

- разрушимость скользящих режимов неучтенными запаздываниями,

- жесткое действие на объект прямых разрывных управлений,

- неопределенность разрывных систем на множестве точек разрыва.

В'настоящей диссертации разрывные системы выделены в особый класс интеллектуальных систем адаптивного управления, для которых получены весьма простые и вместе с тем эффективные методы синтеза, снимающие указанные выше проблемы. Исследование разрывных систем выполнено прямым методом A.M. Ляпунова (1892), развитым для анализа дифференциальных систем с разрывными функциями многими авторами.

Прямой метод A.M. Ляпунова — метод локализации предельного множества решений дифференциальных систем, является строгим научным методом анализа, хорошо опробованным на многочисленных задачах. На основе фундаментальной идеи сравнения A.M. Ляпунова созданы такие методы анализа и синтеза устойчивоподобных свойств сложных дифференциальных систем как метод локализации (А.С. Востриков, 1968) и метод векторных функций Ляпунова (В.М. Матросов, 1973).

На протяжении более чем ста лет метод функций Ляпунова успешно развивался, в том числе, и для исследования систем дифференциальных уравнений с разрывными функциями: А.И. Лурье (1951), Н.П. Еругин (1952), A.M. Летов (1955), В.И. Зубов (1957), Н.Н. Красовский (1959), А.Ф. Филиппов (1960), Н.Г. Четаев (1962), В.А. Якубович (1966), С.В. Емельянов (1967), В.М. Матросов (1967), А.С. Востриков (1968), Р.И. Козлов (1974), В.И. Уткин (1974), Г.А. Леонов (1978), А.А. Толстоногов (1980), С.Н. Васильев (1980), Л.Ю. Анапольский (1983), И.Б.Юнгер (1986), Ю.В.Орлов (1990),

A.А.Шестаков (1990), В.В. Путов (1993).

Сегодня прямой метод Ляпунова распространен практически на все классы систем, включая распределенные (А.А. Шестаков, 1990) и бесконечномерные системы на скользящих режимах (Ю.В.Орлов, В.И.Уткин, 1990).

Самостоятельное направление в теории управления, связанное с применением разрывных систем, появилось после создания научной школой академика С.В. Емельянова в 1967 году теории систем с переменной структурой. Особенно эффективны разрывные системы управления на скользящих режимах, исследованию которых посвящены основные работы1 в этой области

B.И.Уткина (1974), И.Е. Казакова (1977), И.Б. Юнгера (1986):

Инвариантность разрывных систем на скользящих режимах к возмущениям (свойство грубости) широко используется для сигнальной адаптации в системах управления техническими объектами - Ю.А. Борцов, Д.П. Деревиц-кий, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов, В.Н. Фомин, A.JI. Фрадков, В.А. Якубович.

Несмотря на большое число работ в этой области, синтез разрывных систем адаптивного управления ТП представляется сложной научной проблемой и требует обобщения накопленных результатов.

Цель диссертационной работы состоит в создании прикладных методов анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами для повышения эффективности производства.

Для достижения цели необходимо решить ряд взаимосвязанных задач:

- обосновать принципы организации технологических систем в области неопределенности пространства состояний и составить классификацию технологических процессов с позиций адаптивного подхода.

- обосновать цель адаптивного управления системой взаимосвязанных технологических процессов в условиях множества локальных целей подсистем.

- разработать методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления группой технологических процессов с интервальной неопределенностью структуры взаимосвязей.

- определить необходимые и достаточные параметрические условия устойчивости разрывных систем адаптивного управления, обеспечивающие заданные показатели качества динамических характеристик.

- экспериментально проверить аналитические условия устойчивости разрывных систем адаптивного управления разными классами технологических процессов и определить область применения разрывных алгоритмов адаптации.

Объектом исследования является информационно-технологическая среда машиностроительного профиля - вагонное хозяйство ОАО «РЖД», предмет исследования - методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами.

Методы исследования включают математическую теорию систем, теорию адаптивного управления, теорию графов, теорию систем с переменной структурой и прикладную теорию нелинейного функционального анализа.

Научная новизна. В диссертации на основе ассоциативных алгоритмов адаптации, обобщенных разрывных функций и разрывных систем с дуальными моделями решены задачи адаптивного управления сложными технологическими процессами с интервальной неопределенностью взаимосвязей.

На защиту выносятся следующие положения:

- Принцип наименьшего действия технологических систем в области неопределенности пространства состояний.

- Графо-аналитический метод оптимизации структуры технологических систем по критерию связности.

- Метод синтеза адаптивного управления на основе ассоциативного анализа дискретных наблюдений состояния технологической системы на границах области неопределенности.

- Метод синтеза адаптивного управления на основе параметрических условий устойчивости разрывных систем с дуальной моделью технологических процессов.

- Алгоритм структурной адаптации моделей технологических процессов в информационно-управляющей системе автоматизации.

Прикладная ценность работы состоит в следующем:

- Разработанные методы анализа и синтеза разрывных систем позволяют упростить решение задач адаптации управления технологическими процессами и гарантируют построение эффективных систем автоматического управления без многошаговых экспериментальных исследований.

- Разработанные разрывные алгоритмы адаптации могут успешно применяться для управления широким классом физико-технических систем.

- Практическая ценность и новизна результатов подтверждена 3 авторскими свидетельствами и 1 патентом РФ.

Реализация полученных результатов:

- Алгоритмические, структурные и технические решения разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами использованы в проектах реконструкции вагонных депо Восточно-Сибирского региона.

- Методика построения системных моделей и принципы организации разрывных систем адаптивного управления рекомендованы для использования в проектах реконструкции и развития предприятий вагонного хозяйства ПКБ ЦВ ОАО «РЖД», ВНИИАС, ВНИИЖТ, ВНИКТИ, ЗАО «Русские системы».

- Результаты диссертации используются в процессе обучения инженерным специальностям Иркутского государственного университета путей сообщений.

Достоверность научных положений, результатов и выводов диссертации обусловлена использованием строгого научного метода, корректностью применения апробированного математического аппарата, соответствием результатов имитационного и экспериментального исследования разрывных систем адаптивного управления.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 4 Международных, 3 Всероссийских, 3 отраслевых и 2 региональных научных конференциях, отраженных в списке публикаций.

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 40 работах, среди них 7 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 в монографиях, 4 в трудах международных, 8 в материалах всероссийских и отраслевых научных конференций, 14 в сборниках научных трудов и защищены 3 авторскими свидетельствами и 1 патентом РФ.

Личный вклад автора. Автору принадлежат постановки задач, методы их решения, представление и обоснование полученных результатов в рамках формализма пространства состояний. В работах, выполненных в соавторстве с

Ю.А. Борцовым и И.Б. Юнгером, автору принадлежат основы теории разрывных систем адаптивного (не грубого) управления и ее применения; в соавторстве с Ю.Ф. Мухопадом и Д.Ц. Пунсык-Намжиловым: идея ассоциативной адаптации автоматов управления и обоснование их устойчивости. В остальных совместных работах автор выполнял непосредственное научное руководство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, библиографического списка из 305 наименований, общий объем работы 320 страниц, включая 5 таблиц, 30 рисунков и Приложение.

Выводы по главе

Эффективность разработанного подхода оценивается трудоемкостью проектирования АСУ ТП цеха, которая в денежном выражении составила менее 10% от общей стоимости системы. Расчет с учетом рисков чистого дисконтированного экономического эффекта от внедрения АСУ ТП по сертифицированной ОАО «РЖД» методике составил 3,6 рубля на 1 рубль капитальных затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разрабатываются теоретические основы и методы синтеза разрывных систем адаптивного управления технологическими процессами в условиях технических ограничений, структурной неопределенности и разрыва измерительной информации. Совокупность научных положений и результатов диссертации представляется как обособленный раздел теории управления, содержащий методы решения задач дискретного адаптивного управления1 технологическими процессами на основе ассоциативного принципа адаптации, обобщенных разрывных функций и разрывных систем с дуальными моделями.

В диссертации получены следующие результаты, которые в совокупности представляются как крупное достижение в области теории адаптивного управления технологическими процессами:

Сформулирован и обоснован принцип наименьшего действия технологических систем, определяющий цель и задачи адаптивного управления сложными технологическими процессами и разработана теоретическая основа синтеза адаптивных систем автоматизации, позволяющая реализовать стратегию интеллектуального управления.

Предложен новый класс ассоциативных автоматов адаптивного управления группой взаимосвязанных технологических процессов, который реализуется существующими техническими средствами и обеспечивает достижение общей цели децентрализованного адаптивного управления в условиях неопределенности структуры взаимосвязей и локальных целей.

Определены структурные характеристики технологических модулей и технологических ячеек, позволяющие формализовать процедуру структурного проектирования систем управления сложными технологическими процессами.

Разработаны графо-аналитический метод структурной оптимизации, методика расчета структурных показателей' качества системы и критерий их оценки, которые в совокупности позволяют^ оптимизировать по критерию связности структуру адаптивной информационно-управляющей системы.

Разработанные методы анализа и синтеза разрывных систем адаптивного управления упрощают задачу проектирования и гарантируют работоспособность алгоритмов адаптивного управления технологическими^ процессами без трудоемких многошаговых экспериментальных исследований.

Разработанные методы являются эффективным* практическим аппаратом синтеза разрывных систем» адаптивного управления технологическими» процессами с интервальной неопределенностью взаимосвязей.

Разработанный алгоритм структурной адаптации разрывных систем с дуальной моделью и ассоциативные алгоритмы адаптации могут быть успешно распространены и на задачи адаптивного управления в других областях науки и техники

1. Адаптивное управление технологическими процессами/ Ю.М. Со-ломенцев, В.Г. Митрофанов, С.П. Протопопов и др. М.: Машиностроение, 1980.-536 с.

2. Адаптивные системы идентификации / А.Г.Кику, В.И.Костюк, В.Е. Краскевич и др. Под ред. В.И.Костюка. Киев: Техника, 1975. - 288 с.

3. Алпатов Ю.Н. Синтез систем управления методом структурных графов. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1988. - 184 с.

4. Анашкин А.С., Кадыров Э.Д., Харазов В.Т. Техническое и программное обеспечение распределенных систем управления. СПб.: Изд-во «П-2», 2004. - 400 с.

5. Андреев Ю.Н. Управление конечномерными линейными объектами.- М.: Наука, 1976. 424 с.

6. Андреев Ю.Н. Дифференциально-геометрические методы в теории управления / Автоматика и телемеханика. 1982. № 10. С. 5-46.

7. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Э. Теория колебаний. 2-е изд.- М.: Физматгиз, 1959. 915 с.

8. Антонов В.Н., Терехов В.А., Тюкин И.Ю. Адаптивное управление в технических системах. СПб.: Изд-во СПб ун-та, 2001. - 244 с.

9. Базров Б.М. Модульная технология в машиностроении. М.: Машиностроение, 2001'. - 368 с.

10. Балакшин Б. С. Теория и практика технологии машиностроения: В 2-х кн. Кн. 2. Основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1982.-367 с.

11. Баранчук Е.И. Взаимосвязанные и многоконтурные регулируемые системы. JL: Энергия, 1968. - 267 с.

12. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. — М.: Наука,1967

13. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. - 767 с.

14. Блэкман М. Проектирование систем реального времени. М.: Мир, 1977.-346 с.

15. Борцов Ю.А. Обобщенные структурно-топологические методы исследования динамики промышленных систем электропривода: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. — JL: ЛЭТИ, 1973. — 32 с.

16. Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Тиристорные системы электропривода с упругими связями. Л.: Энергия, 1979. — 160 с.

17. Борцов Ю.А. Математические модели автоматических систем. -Л.: ЛЭТИ, 1981.-97 с.

18. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1984. - 216 с.

19. Борцов Ю.А., Юнгер И.Б. Автоматические системы с разрывным управлением. — Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.I

20. Борцов Ю. А., Соколовский Г. Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. — СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербург.iотд-ние, 1992.-288 с.

21. Бромберг П.В. Матричные методы в теории релейного и импульсного регулирования. М.: Наука, 1967. - 324 с.I

22. Буков В.Н., Рябченко В.Н., Косьянчук В.В. и др. Решение линейных матричных уравнений методом канонизации // Вестн. Киевск. ун-та. Серия: Физико-математические науки. Киев: Изд. Киевск. нац. ун-та, 2002. Вып. 1.

23. Бродовский В.И., Иванов Б.С. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред. В.Н.Бродовского. — М.: Энергия, 1974. 168 с.

24. Булгаков А.А: Частное управление асинхронными электродвигателями. -М.: Изд. АН СССР, 1955.-216 с.

25. Бурков В.Н., Заложнев А.Ю., Новиков Д.А. Теория графов в управлении организационными системами. М.: СИНТЕГ, 2001. — 124 с.

26. Буслаев B.C. Вариационное исчисление. JL: Изд-во Ленингр. унта, 1980.-288 с.

27. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем-. — М.: Наука, 1968.-355 с.

28. Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Введение в теорию нелинейных колебаний. -М>: Наука, 1987. — 384 с.

29. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем: — М.: Наука, 1977. -320 с.

30. Ван Д., Ли Ч:, Чоу LII.-H. Нормальные формы и бифуркации векторных полей на плоскости / Перевод с англ. под'ред. Ю.С. Ильяшенко — М.: МЦНМО, 2005. 416 с.

31. Вейц В.Л., Максаров В.В. Динамика технологических систем механической обработки резанием: Монография в 5-ти частях. 4.1: Схематизация процессов в технологических системах механической обработки. — СПб.: СЗТУ СПбИМаш, 2001.- 184 с.

32. Венда В.Ф. Системы гибридного интеллекта: Эволюция, психология, информатика. — М.: Машиностроение, 1990. — 448 с.

33. Вектор-функции Ляпунова и их построение. / Под ред. В.М. Мат-росова и Л.Ю. Анапольского. Новосибирск: Наука, 1980. - 288 с.

34. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1997. - 510 с.

35. Воронов А.А. Введение в динамику сложных управляемых систем. М.: Наука, 1985.-352 с.

36. Востриков А.С. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1990. - 120 с.

37. Востриков А.С. Синтез систем регулирования методом локализации. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2007. - 252 с.

38. Врагов Ю.Д. Анализ компоновок металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1978. - 208 с.

39. Вунш Г. Теория систем / Пер. с нем. Т.Э. Кренкеля. М.: Сов. радио, 1978.-288 с.

40. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Особые оптимальные управления. — М.: Наука, 1973.-256 с.

41. Гаврилов С.В., Коноплев В.А. Компьютерные технологии исследования многозвенных мехатронных систем. СПб.: Наука, 2004. - 191 с.

42. Гантмахер Ф.Р. Лекции по аналитической механике. М.: Физ-матгиз, 1960. - 260 с.

43. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. 4-е изд. М.: Наука, 1988. - 552 с.

44. Гелиг А.Х., Леонов Г.А., Якубович В. А. Устойчивость нелинейных систем с неединственным положением равновесия. — М.: Наука, 1978. — 400с.

45. Гелиг А.Х. Динамика импульсных систем и нейронных сетей. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1982. 192 с.

46. Геращенко Е.И., Геращенко С.М. Метод разделения движений и оптимизация нелинейных систем. — М.: Наука, 1975. 296 с.

47. Гладков Л.А., Курейчик В.М. Генетический алгоритм планариза-ции графов / Известия РАН. Теория и системы управления. 2004, № 5. — с. 113-126.

48. Горбатов В.А. Теория частично упорядоченных систем. — М.: Советское радио, 1976. 336 с.

49. Горбатов В.А., Кафаров В.В., Павлов П.Г. Логическое управление технологическими процессами. М.: Энергия, 1978. - 272 с.

50. Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики.- М.: Наука, Физматлит, 1999. 544 с.

51. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М. Динамические системы, устойчивые к отказам. М.: Радио и связь, 1985. — 267с.

52. Гурман В.И. Принцип расширения в задачах управления. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1985. 288 с.

53. Двухзонные следящие системы / В.В. Шеваль, Е.И. Дорохов, С.А. Исаков, В.И. Земцов. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 88 с.

54. Демидович Б.П. Лекции по математической теории устойчивости.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988.-480 с.

55. Деревицкий Д.П. Фрадков А.Л. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления. М.: Наука, 1981. — 216 с.

56. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления. — М.: Наука, 1970. 620 с.

57. Динамика управления роботами / Под ред. Е.И.Юревича. М.: Наука, 1984.-336 с.

58. Дмитриенко Ю.И. Тензорное исчисление: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк. 2001. - 575с.

59. Дружинина М.В., Фрадков А.Л. Адаптивное управление нелинейными взаимосвязанными системами. СПб.: ИПМаш РАН, 1997. — 57 с.

60. Евланов Л.Г. Контроль динамических систем. М.: Наука, 1972. —432 с.

61. Евланов Л. Г. Самонастраивающиеся системы с поиском градиента методом вспомогательного оператора // Известия АН СССР. Техническая кибернетика.-М.: 1963.-С. 113-120.

62. Еругин Н.П. Качественные методы в теории устойчивости // ПММ. 1955. - Т. 19, вып. 5. - С. 588-616.

63. Елкин В.И. Методы алгебры и геометрии в теории управления. Управляемые динамические системы. М.: ВЦ АН СССР, 1984. - 66 с.

64. Елкин В.И. Редукция нелинейных управляемых систем. Дифференциально-геометрический подход. -М.: Наука. Физматлит, 1997. — 320 с.

65. Елкин В.И. Редукция нелинейных управляемых систем. Декомпозиция и инвариантность по возмущению. —М.: ФАЗИС ВЦ РАН, 2003.-208 с.

66. Емельянов С.В. Бинарные системы автоматического управления. — М.: МНИИПУ, 1984.-313 с.

67. Емельянов С.В., Коровин А.С. Новые типы обратной связи (управление при неопределенности). — М.: Наука, Физматлит, 1997. — 352 с.

68. Живоглядов В.П. Адаптация в автоматизированных системах управления технологическими процессами. — Фрунзе: Илим, 1974. — 227 с.

69. Жильцов К.К. Приближенные методы расчета систем с переменной структурой. М.: Энергия, 1974. - 224 с.

70. Зайцев Г.Ф., Стеклов В.К. Компенсация естественных нелинейно-стей автоматических систем. М.: Энергоиздат, 1982. - 96 с.

71. Земляков А. С. Способ построения квадратичной вектор-функции Ляпунова для линейной многосвязной системы. Казань: Тр. Казанск. авиац. ин-та, 1975. Вып. 180. - с. 14-22.

72. Зубов В.И. Математические методы исследования систем автоматического регулирования. — Л.: Машиностроение, 1974. 336 с.

73. Зубов В.И. Лекции по теории управления. М.: Наука, 1975 — 495 с.

74. Зубов В.И. Динамика управляемых систем. М.: Высш. шк. 1982. -285 с.

75. Изосимов Д.Б. Скользящий асинхронный электропривод // Методы синтеза систем с разрывным управлением на скользящих режимах. М.: Ин-т проблем упр. 1983. с. 44-51.

76. Иоффе А.Д., Тихомиров В.М. Теория экстремальных задач. — М.: Наука, 1974.-480 с.

77. Кадымов Я;Б. Переходные процессы в системах с распределенными параметрами. М.: Наука;.1968. - 192 с.

78. Казаков И.Е. Статистическая динамика систем с переменной структурой. М.: Наука, 1977. - 416 с.

79. Казаков E.Hi, Артемьев В.М. Оптимизация динамических систем случайной структуры. М.: Наука, 1980. - 384 с.

80. Казамаров А.А., Палатник A.M., Роднянский Jl.O. Динамика двумерных систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1967. — 308 с.

81. Карташов А.П., Рождественский Б.Л. Обыкновенные дифференциальные уравнения и основы вариационного исчисления. М.: Наука; 1976.- 256 с. ■;.■.'.' . ■■■ ■.'• ■•

82. Каюмов О.Р. Глобально управляемые механические системы. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 168 с.

83. Кейн В:М. Оптимизация систем; управления по минимаксному критерию. М.: Наука, 1985. - 248 с.

84. Киричков В.Н. Идентификация объектов систем управления технологическими процессами. Кн. 2. Под ред. А.А.Краснопрошиной / Автоматика и управление; в технических системах: В 11 кн. / Отв. ред. Емельянов С.В., Михалевич B.C. Киев: Высш. шк. 1990. - 263 с.

85. Киселев Н.В., Мядзель В.Н., Рассудов Л.Н. Электроприводы с распределенными параметрами: Л1: Судостроение, 1985. - 220 с.

86. Ключев В.И. Теория электропривода. М.:; Энергоатомиздат, 1985.-560 с,

87. Когут А.Т. Полиномиальная аппроксимация в некоторых задачах оптимизации и управления. Омск: ОмГУПС, 2003. - 244 с.

88. Козлов Ю.М., Юсупов P.M. Беспоисковые самонастраивающиеся системы.-М.: Наука, 1969.-455 с.

89. Колесников А.А. Синергетическая теория управления: Таганрог:: Изд-во ТРТУ, 1994.- 344 с. .,

90. Колесников; А.А. Синергетическая теории управления. — М.: Энер-гоатомиздат, 1994. — 260 с.

91. Колесников А.А. Основы синергетической; теория управления. — М.: ИСПО-Сервис, 2000. — 260 с

92. Колпакова Н. П., Петров Б: Н. Структурные методы синтеза многоканальных: систем с помощью теории графов •// Теория и методы построения систем многосвязного регулирования. М.: Наука; 1973: — с: 18-38.

93. Колчин В.Ф. Случайные графы. М.: Физматлит, 2004. -256 с.

94. Коровин С.К., Фомичев ВВ. Наблюдатели; состояния для линейных систем с неопределенностью. М:: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 224 с.

95. Костюк ВЖ Беспоисковые градиентные самонастраивающиеся системы. Киев: Техника, 1969. - 274 с. ,

96. Корнилов С.Н. Формирование и развитие системы ремонта железнодорожного подвижного- состава промышленных предприятий на основе логистических принципов: Дисс. . д-ра техн. наук / СПб.: ПГУПС. 2004. 267 с.

97. Корытин A.M., Петров Н.К., Радимов С.Н:, Шапарев Н.К. Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок. -Киев-Одесса: Вища школа, 1980.- 372 с.

98. Кошелев В.Н., Морозов С.Ф. Теоремы существования разрывных решений" в пространственных вариационных задачах. I, II. Известия вузов. Сер. Математика, 1970. № 5(96), - с. 47-52; 1977. № 2(177), - с. 49-59.

99. ЮЗ'. Кочин Н.Е. Векториальное исчисление. Изд. 2-е. М.: Гос. технико-теоретическое изд-во, 1932.-152 с.

100. Кочубиевскии И.Д., Король Е.В. Предельные возможности систем управления при ограничениях на переменные состояния. — М.: Наука, 1979. — 160 с.

101. Красовский А.А*. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. М.: Физматгиз, 1963. - 468 с.

102. Красовский А.А., Буков В.Н., Шендрик B.C. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными'процессами. М.: Наука, 1977.-271 с.

103. Красовский Н.Н. Теория управления движением. Линейные системы. М.: Наука, 1968. - 475 с.

104. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Линейные системы. — М.: Наука, 1987. 304 с.

105. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Нелинейные системы. М.: Наука, 1988. - 327 с

106. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение, 1976. - 184 с.

107. Куликовский Р. Оптимальные w адаптивные процессы в системах автоматического регулирования. М.: Наука, 1967. — З80'с. (рис. 1.9 с. 61).

108. Кунцевич В.М., Лычак М.Н. Синтез систем автоматического управления с помощью функций Ляпунова. — М.: Наука, 1977. 400 с.

109. Куржанский А.Б. Управление и наблюдение в условиях неопределенности. М.: Наука, 1977. - 392 с.

110. Ланда П.С. Автоколебания в распределенных системах. М.: Наука, 1983.-320 с.

111. Лебедев A.M., Орлова Р.Т., Пальцев А.В. Следящие электроприводы станков с ЧПУ. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 223 с.

112. Леонов М.Я. Управляемый параметрический резонанс // Избр. проблемы прикл. мат. М.: Наука, 1974. - с. 445- 451.

113. Летов A.M. Устойчивость нелинейных регулируемых систем. — М.: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1955. 312 с.

114. Литюк В.И., Литюк Л.В. Методы цифровой многопроцессорной обработки ансамблей радиосигналов. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2007. — 592 с.

115. Локтюхин В.Н., Челебаев С.В. Нейросетевые преобразователи импульсно-аналоговой1 информации: организация, синтез, реализация / Под общей ред. А.И.Галушкина. М.: Горячая линия - Телеком, 2008. - 144с.

116. Лурье А.И. Аналитическая механика.-М.: Физматгиз, 1961.-824 с.

117. Ляпунов A.M. Общая задача об устойчивости движения. — М.-Л.: Гостехиздат, 1950. 387 с.

118. Матросов В.М. О дифференциальных уравнениях и неравенствах с разрывными.правыми частями. // Дифференциальные уравнения, 1967. 3 т. № 3. с. 395-409; № 5. - с. 839-848.

119. Матросов В.М., Анапольский Л.Ю., Васильев С.Н. Метод сравнения в математической теории систем. — Новосибирск: Наука, 1980. — 481 с.

120. Мееров М.В. Системы многосвязного регулирования. — М.: Физматгиз, 1965. — 240 с.

121. Месарович М., Такахара Я. Общая теория систем: математические основы. М-.: Мир, 1-978. - 332 с.126: Метод функций Ляпунова в динамике нелинейных^ систем // Под ред. В.М. Матросова и Р.И. Козлова. — Новосибирск: Наука, 1983. 192 с.

122. Методы исследования нелинейных систем автоматического управления / А.Т.Барабанов, В.Я.Катковник, Р.А.Нелепин, Е.И.Хлыпало, В.А.Якубович // Под ред. Р.А.Нелепина. М.: Наука, 1975. - 448 с.

123. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / Анализ и синтез нелинейных систем // Под общей ред. Г.А. Леонова и А.Л. Фрадкова. СПб.: Наука, 2000. - 549 с.

124. Митрофанов С. П. Групповая технология машиностроительного производства. В 2-х томах. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1983.-404 е.

125. МухопадЮ.Ф. Микроэлектронные информационно-управляющие системы. Иркутск: ИрГУПС, 2004. - 404 с.

126. Неймарк Ю.И. Метод точечных отображений в теории* нелинейных колебаний. М.: Наука. 1972. - 471 с.

127. Неймарк Ю.И. Динамические системы и управляемые процессы. -М.: Наука. 1978.-336 с.

128. Никифоров А.Д., Ковшов А.И., Назаров Ю.Ф. Процессы управления объектами машиностроения. — М.Высшая школа, 2001. — 455 с.

129. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. — JI:: Машиностроение, 1985. 199 с.

130. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования / B.JI. Афонин, А.Ф.Крайнев, В.Е.Ковалев и др. // Под ред. ВШ: Афонина. М.: Машиностроение, 2001. - 256 с.

131. Однородные микроэлектронные ассоциативные процессоры / И.В.Прангишвили, Г.М.Попова, О.Г.Смородинова, А.А.Чудин. — М.: Сов. Радио, 1973.-280 с.

132. Оре О. Теория графов. М.: Наука; 1980. - 336 с.

133. Основы управления технологическими процессами / Под ред. Н.С. Райбмана. М.: Наука, 1978. - 440 с.

134. Панкратов В.В., Зима Е.А. Энергооптимальное векторное управление асинхронными электроприводами. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005.- 120 с.

135. Пантелеев А.В., Нелинейные системы управления: описание, анализ и синтез / А.В. Пантелеев, Е.А. Руденко, А.С. Бортаковский. М.: Вузовская книга, 2008. - 312 с.

136. Пашков Н.Н. А^С. №' 1024877, G 05 В' 13/00. Система'управления / Ю:А>Борцов, Ю:А.Пахомов, Н:НШашков; И:Б.Юнгер // БИ, № 23, 1983.

137. Пашков Н.Н. Аддитивное управление с использованием скользящих режимов / Н.НЛашков, И.Б.Юнгер // Корреляционно-экстремальные и адаптивные автоматические системы. Деп; в ВИНИТИ 30.10.84 № 7001-84. — Л.: ЛЭТИ, 1984, с. 126-146.

138. Пашков Н.Н. А.С. № 1319524, G 05 В 13/02. Самонастраивающаяся система управления / Ю.А. Борцов, А.А. Егоров, Н.Н. Пашков, А.Г.Черных, И.Б. Юнгер // БИ, № 19, 1987.

139. Пашков Н.Н. Управление асинхронным двигателем с использованием многомерных скользящих режимов на дуальной модели / Монография: Ю.А.Борцов, И.Б.Юнгер. Автоматические системы с. разрывным управлением: Л;: Энергоатомиздат,; 1986: - с. 141-149;

140. Пашков Н.Н. Управление асинхронным двигателем с использованием скользящих режимов, нелинейной модели / Ю.А.Борцов, Н.Н.Пашков, И.Б.Юнгер // Электричество. М.: 1987, № 4, - с. 5-12.

141. Пашков» Н.Н. Прецизионный' вибропривод / Г.А. Обыскалов, Н.НШашков, В.А.Ружников // Динамика виброактивных систем и конструкций. Сб. научн. тр. Иркутск: ИПИ, 1992. - с. 72-78.

142. Пашков Н.Н. Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта управления / Н.Н.Пашков, Н.М.Андреев // Динамика виброактивных систем и конструкций. Сб. научн. тр. Иркутск: ИПИ; 1992. - с. 91-95.

143. Пашков Н.Н., Ружников В.А. Адаптивное управление асинхронными электроприводами. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та. 1992. - 144 с.

144. Пашков Н.Н. А.С. № 2046473. Антенная система / Е.П. Мецнер, Н.Н. Пашков, В.И. Сергеев // БИ № 20, 1995.

145. Пашков Н.Н. Основные направления реконструкции колесно-роликового цеха вагонного депо ст. Нижнеудинск / Н.Н.Пашков,

146. Пашков H.Hi Идентификационные свойства разрывных алгоритмов адаптации на скользящих режимах / Информационные системы контроля^ управления в промышленности^ и на транспорте. Сб. научн. тр. Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 12. - С. 19-27.

147. Пашков Н.Н-. Применение скользящих режимов для инвариантного адаптивного управления динамикой сложного объекта / Информационные системы контроля и управления в промышленности.и на транспорте. Сб. научн. тр. Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 12. - С. 28-34.

148. Пашков Н.Н. Алгоритмы адаптивно-модального разрывного управления с эталонной моделью и стационарным наблюдателем / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск: ИрГУПС, 2005. № 2(6). - С. 62-65.

149. Пашков Н.Н. Адаптивный алгоритм структурной оптимизации базы данных АСУ / Н.Н.Пашков, В.В.Тюньков, А.В.Кулешов // Информационные технологии и проблемы математического моделирования: Сб. науч. тр. — Иркутск: ИрГУПС, 2006: Вып. 4. С. 26-38.

150. Пашков Н.Н. Алгоритм поиска оптимальных параметров климатических систем пассажирских вагонов / Н.Н.Пашков, М.С.Ильченко // Транспорт Урала. Екатеринбург: 2006. № 3(10), - с. 25-28.

151. Пашков Н.Н. Системные графовые модели управляемых пневмо-структур / Ю.Ф.Мухопад, Н.Н'. Пашков* А.З.Комков // Транспорт Урала. -Екатеринбург: УрГУПС, 2007. № 4(15),. с. 95-100.

152. Пашков Н. Н. Алгоритм мониторинга эксплуатационных технических параметров вагона / Пашков Н. Н., Кулешов А. В. // Транспорт Урала. -Екатеринбург: УрГУПС. 2008. № 3-(18). С. 51-55.

153. Пашков Н.Н. Аналитический синтез оптимальных траекторий программного движения многозвенного манипулятора / Мехатроника. Автоматизация. Управление. М!: 2008. № 9. Робототехнические системы. — С.10-15.

154. Пашков Н.Н. Параметрические условия устойчивости разрывных систем управления / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск: ИрГУПС, 2008. № 3(19), с. 114-118.

155. Пашков Н.Н. Система адаптивного управления тяговым асинхронным электроприводом / Н.Н.Пашков, Д.В.Морозов, В.В.Швыдкий // «Подвижной состав XXI века»: Труды Международной научно-технической конференции. Хабаровск: ДВГУПС, 2008. - с. 52-56.

156. Пашков Н.Н. Адаптивные системы управления реального времени с динамической структурной организацией / Ю.Ф.Мухопад, Н.Н.Пашков, Д.Ц.Пунсык-Намжилов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск: ИрГУПС, 2009. № 5(21), с. 102-105.

157. Пашков Н.Н. Ассоциативный автомат децентрализованного адаптивного управления распределенными вычислительными процессами / Н.Н.Пашков, Ю.Ф.Мухопад, Д.Ц.Пунсык-Намжилов // Научный вестник НГТУ. 2008. № 4(33), с. 61-64.

158. Первозванский А.А. Математические модели в управлении производством. М.: Наука, 1975. - 615 с.

159. Петров. Б.Н., Рутковский В.Ю., Крутова И.Н., Земляков С.Д. Принципы построения- и< проектирования самонастраивающихся систем управления. — М:: Машиностроение, 1972. 260 с.

160. Петров Б.И., Полковников В.А. Динамические возможности следящих электроприводов. М.: Энергия, 1976. — 128 с.

161. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и> приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В.П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 256 с.

162. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при неполностью известных возмущающих силах. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. — 292 с.

163. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота-манипулятора. М.: Мир, 1976. - 80 с.

164. Поляк Б.Т., Цьтпкин Я.З. Псевдоградинтные алгоритмы адаптации и обучения // Автоматика и телемеханика. 1973. - № 3. — С. 45-69.

165. Поляхов Н.Д., Путов В.В. Адаптация и идентификация автоматических систем / Под ред. Ю. А. Борцова. Л.: ЛЭТИ, 1984. - 64 с.

166. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1979. - 256 с.

167. Попов В.М. Гиперустойчивость автоматических систем. — М.: Наука, 1970.-453 с.

168. Портер У. Современные основания общей теории систем. М.: Наука, 1971.-556 с.

169. Пупков К.А, Коньков В.Г. Интеллектуальные системы. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2003. - 348 с.

170. Путов В.В. Методы построения адаптивных систем управления нелинейными нестационарными динамическими объектами с функционально-параметрической неопределенностью: Дисс. . д-ра техн. наук / СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 1993. 590 с.

171. Путов В.В. Алгебраические методы теории линейных систем. (Методы элементарных делителей и функций матриц). СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2000. - 108 с.

172. Путов В.В. Адаптивное управление динамическими объектами: беспоисковые системы с эталонными моделями. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.-92 с.

173. Путов В.В. Адаптивное и модальное управление механическими объектами с упругими деформациями. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002.-120 с.

174. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. М.: Металлургия, 1993. - 279 с.

175. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами. М.: Высш. шк., 2003. - 299 с.

176. Рассудов Л.Н., Мядзель В.Н. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987.- 144 с.

177. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 136 с.

178. Руш Н., Абетс П., Лалуа М. Прямой метод Ляпунова в теории устойчивости / Пер. с англ. Под ред. В.В.Румянцева. М.: Мир, 1980. - 300 с.

179. Самонастраивающиеся системы. Справочник / Под ред. П.И. Чи-наева. Киев: Наукова думка, 1969. - 528 с.

180. Сейдж Э.П., Уайт Ч.С. Оптимальное управление системами: Пер. с англ. / Под ред. Б.Р.Левина. М.: Радио и связь, 1982. — 392 с.

181. Сергеев К.А. Теоретические основы и методы построения системы технической подготовки производства вагоноремонтных предприятий: Дисс. . д-ра техн. наук / М.: РГОТУПС. 2005. 372 с.

182. Светлаков А.А. Адаптивное управление технологическими процессами на основе теории обобщенных обратных матриц: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Томск: ТПИ, 1993. - 42 с.

183. Сидоров И.М., Тимофеев В.В. Многочастотные колебания в нелинейных системах управления. М.: Наука, 1984. — 248 с.

184. Системы* подчиненного регулирования электроприводов переменного тока, с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

185. Следящие электроприводы переменного тока, управляемые в скользящем режиме / В.И.Уткин, Д.Б.Изосимов, Г.И.Андреев и др. // Научн. труды ЭНИМС. Под ред. В.А.Кудинова. М.: 1982. - с. 63-70:

186. Смирнов Е.Я. Некоторые задачи математической теории управления. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1981. - 200 с.

187. Смолов Байков Специализированные процессоры: метод цифра за цифрой.

188. Соколов Н.П. Пространственные матрицы и их приложения. М.: Гос. изд-во физ. мат. литературы, 1960. - 300 с.

189. Солодовников В.В., Шрамко Л.С. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями. М.: Машиностроение. 1972. - 270 с.

190. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука, 1987. - 712 с.

191. Срагович В.Г. Теория адаптивных систем.-М.: Наука, 1981.-384с.

192. Структуры систем управления автоматизированными электроприводами / Под ред. А.Г.Галкина. Минск: Наука и техника, 1978. - 368 с.

193. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002. — 684 с.

194. Тарков М.С. Нейрокомпьютерные системы: Учебное пособие / М.С. Тарков. М.: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 142 с.

195. Татт У. Теория графов. М.: Мир, 1988. - 424( с.

196. Теория систем с переменной структурой / С.В.Емельянов, В.И.Уткин, В.А.Таран, Н.Е.Костылева, А.М.Шубладзе, В.Б.Езерде, Е.Н.Дубровский // Под ред. С.В.Емельянова. М.: Наука, 1970. - 592 с.

197. Тимофеев А.В. Построение адаптивных,систем управления программным движением. — Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. — 86 с. (Б-ка*по автоматике: Вып. 610).

198. Тимофеев,А.В1 Управление роботами Л:: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.-240 с.

199. Тимофеев А.В: Адаптивные робототехнические комплексы. — Л.: Машиностроение, 1988. — 332 с.

200. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974. - 223 с.

201. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1972. - 735 с.

202. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989. - 752 с.

203. Точные методы исследования нелинейных систем автоматического управления / Под ред. Е.П.Попова и Р.А.Нелепина. — М.: Машиностроение, 1971.-324 с.

204. Тыоарсон Р1 Разреженные матрицы. М.: Мир, 1977. - 190 с.

205. Тюкин И.Ю., Терехов В.А. Адаптация в нелинейных динамических системах / Предисл. Г.Г. Малинецкого. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. - 384 с.

206. Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Е.Д. Лебедев, В.Е. Неймарк, М.Я. Пистрак, О.В. Слежановский. — М.: Энергия, 1970.-200 с.

207. Управление в физико-технических системах / Под ред. А.Л. Фрад-кова. СПб.: Наука, 2004. - 272 с.

208. Управление мехатронными вибрационными установками / Б.Р. Андриевский, И.И. Блехман, Ю.А. Борцов, С.В. Гаврилов, и др. // Под ред. И.И.Блехмана и А.Л.Фрадкова: СПб.: Наука, 2001. - 278 с.

209. Урсул А.Д. Отражение и информация. М.: Мысль, 1973. — 231 с.

210. Уткин В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой. М.: Наука, 1974. - 272 с.

211. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. М.: Наука, 1981. - 368 с.

212. Уткин В.И., Орлов Ю.В. Теория бесконечномерных систем на скользящих режимах. М.: Наука, 1990. - 133 с.

213. Федосов Е.А., Инсаров В.В., Селивохин О.С. Системы управления конечным положением в условиях противодействия среды. М.: Наука, 1989.-272 с.

214. Фельдбаум А.А. О проблемах дуального управления. В кн.: Методы оптимизации автоматических систем. М.: Наука, 1972. - с. 89-108.

215. Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью. М.: Наука, 1985. - 223 с.

216. Флюгге-Лотц И. Метод фазовой плоскости в теории релейных систем. — М.: Физматлит, 1959. 176 с.

217. Фомин В.Н. Математическая теория обучаемых опознающих систем. Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. - 236 с.

218. Фомин В.Н., Фрадков А.Л., Якубович В.А. Адаптивное управление динамическими объектами. М.: Наука, 1981. - 447 с.

219. Формальский A.M. Управляемость и устойчивость систем с ограниченными ресурсами. М.: Наука, 1974. - 368 с.

220. Фрадков A.JI. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы. М.: Наука, 1990. - 286 с.

221. Фрадков А.Л. Кибернетическая физика: принципы и примеры. — СПб.: Наука, 2003.-208 с.

222. Французова Г.А. Синтез систем экстремального регулирования для нелинейных нестационарных объектов на основе принципа локализации: Дис. . д-ра техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 2004. - 300 с.

223. Фурасов В.Д. Устойчивость движения, оценки и стабилизация. -М.: Наука, 1977.-248 с.249: Фурасов В.Д. Устойчивость и стабилизация дискретных процессов. М.: Наука, 1982. - 192 с.

224. Фурасов В.Д. Задачи гарантированной идентификации. Дискретные системы. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 150 с.

225. Хакен Г. Информация и самоорганизация. М.: Мир, 1991.-394 с.

226. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. 2-е изд., испр. / Пер. с англ. М.: ООО «И.Д.Вильямс», 2006. - 1104 с.

227. Хапаев М'.М. Усреднение в теории устойчивости: Исследование резонансных многочастотных систем. М.: Наука, 1986. - 192 с.

228. Харари Ф. Теория графов / Пер. с англ. и предисл. В.П.Козырева // Под ред. Г.П. Гаврилова. М.: КомКнига, 2006. - 296 с.

229. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 400 с.

230. Цыкунов A.M. Адаптивное управление объектами с последействием. М.: Наука, 1984. - 241 с.

231. Цыпкин Я.З. Теория релейных систем автоматического регулирования. М.: Гостехиздат, 1955. - 456 с.

232. Цыпкин Я.З., Попков Ю.С. Теория нелинейных импульсных систем. -М.: Наука, 1973.-416 с.

233. Цыпкин Я.З. Основы информационной теории идентификации. -М.: Наука, 1984.-320 с.

234. Цыпкин Я.З. Информационная теория идентификации. М.: Наука, 1995.-336 с.

235. Чернухин Ю.В. Нейропроцеесорные сети. — Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1999.-439 с.

236. Четаев Н.Г. Устойчивость движения. М.: Наука, 1965. - 208 с.

237. Чиликин М.Г., Клюев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. — М.: Энергия, 1979. 615 с.

238. Шварц Л. Анализ. М.: Мир. 1972. - Т I; 824 с. Т II, 528 с.

239. Шестаков А.А. Обобщенный прямой метод Ляпунова для систем с распределенными параметрами. М.: КомКнига, 2007. — 320 с.

240. Шрейнер Р.Т., Дмитриенко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. — Кишинев: Штиинца, 1982. —224 с.

241. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. — Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 654 с.

242. Эйкхофф П. Основы идентификации систем, управления. Оценивание параметров и состояния. М.: Мир, 1975. — 683 с.

243. Эпштейн И.И. Автоматизирований электропривод переменного тока. М.: Энергоиздат, 1982. - 192 с.

244. Эшби У.Р. Введение в кибернетику. М.: ИЛ, 1959. - 432 с.

245. Юнгер И.Б. Использование режимов, близких к скользящим в нестационарных электромеханических системах // Изв. вузов. Электромеханика.-М.: 1979, №3.-с. 209-218.

246. Ядыкин И.Б., Шумский В.М., Овсепян Ф.А. Адаптивное управление непрерывными технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985.-240 с.

247. Яковенко Г.Н. Групповые свойства динамических систем. Конечномерный случай. М.: Изд. МФТИ, 1994. - 140 с.

248. Яковенко Г.Н. Принцип суперпозиций для нелинейных систем: Софус Ли и другие. М.: Изд. МФТИ, 1997. - 96 с.

249. Bejley F.N. The application of Lyapunov's second metod to interconnected systems. SIAM J. of Control, 1966, ser. A, v. 3, N 3, p. 443-462.280; Bel 1 man R. Vector Lyapunov functions. SIAM J. of Control, 1962, ser. A. v. 1,N l,p. 32-34.

250. Biggs-N. Algebraic graph-theory. Cambridge Univ. Press, 19741

251. Dynamics of Mechanical Systems with Additional Ties // Eliseev S.V., Lukyanov A.V., Reznik Yu.N. and Khomenko A.P. Irkursk: Irkutsk State University, 2006, 315 p.

252. Dote Y. Stabilisation of controlled current induction motor drive system via new nonlinear state observer. IEEE Trans. Ind. Elektron. Instrum., vol. IECl-27. P.77-84. MAY, 1980.

253. Haykin S. Neural'Networks. New Jersey: Prentice Hall, Inc., 1999.

254. Hartman P. Ordinary Differential Equations. New York: John-Wiley & Sons Inc., 1964.

255. R.A. Jacobs, M.I: Jordan, S.J. Nowlan, G.E. Hinton. Adaptive mixtures of local expert. Neural Computation, 1991, vol. 3, p. 79-87.

256. M.I. Jordan; R.A. Jacobs. Modular and Hierarchical Learning Systems / M.A. Arbib, ed., The Handbook of Brain .Theory Neural Networks, 1995, p. 579583, Cambridge, M.A.: MIT Press.

257. Kalman R.E. Physical; and mathematical mechanisms of instability in nonlinear automatic control:systems // TASME. April. 1953. Vol. 79, 3.

258. Landau J.D. Adaptiv control systems-model reference approach — N.Y.: Marcel Dekker Inc. 1980.

259. Ljung L. System identification: Theory for The user. New Jersey. Pren-tice-IIall, 1987. :

260. Mukhopad; Yu. F. Formal transformations on the systems: Computer algebra and its Applications to Mechanics. Nova Science Publishers, Inc. N. Y, 1993. . ■■'/.'•" .; . ■

261. Nabac A., Otsuka K., Uchino H., Kirosawa R. An approach to Flux Control4 oflnductiomMotors; Operated with Variable Frequency Rower Supply,.■ IEEE Transactions on Industry Applccations. - vol. ГА - 16. 1980, May/June №3, p. 342-350.

262. Nabae A. Perfomence of slip frequency controlled induction machines // IEEE / IAS Annu. Meet. Conf. Rec., 1975. p. 852-856.

263. Narendra K.S., Valavani L.S. Direct and indirect adaptive; control"// Futomatica. 1979. - Vol. 15. - № 6. P. 653-664.

264. Nilsson N.J. Learning Machines: Foundations of Trainable Pattern-Classifying Systems, New York: McGraw-Hill, 1965.

265. Plunkett А.В., Lipo T.A. New methods of induction motor forque regulation // IEEE Trans. Ind. Appl. Vol. IA-012- P. 47-55. Jan/Feb, 1976.

266. Peterka V. On steady state minimum variance control strategy // Ky-bernetica. 1972. - V. 8. - P. 219-231.300: Siljak D.D. Large-Scale Dynamic Systems. Stability and Structure: -North-Holland, 1978. p. 352.1. V ' 343

267. Titterington D.M., Smith A.F.M., Makov V.E. Statistical Analysis of Finite Mixture Distributions. New York: Wiley, 1985.

268. Tolman E.C. Cognitive Maps in Rats and Men.//Psychological Review. 1948. V. 55.

269. Wang D., Li Ch., Chou Sh.-N. Normal forms bifurcations of planar vector fields. Cambridge University Press, 1994. - 416 p.

270. Winsor C.A., Roy R.J. Design of Model Reference Adaptiv Control by Lyapurov's Second Method/ЯЕЕЕ Trans., 1968. vol, AC 13, p. 204.

271. Toung D.K.-K. Design of variable structure model-following control systems // IEEE Trans. Autom. Contr. 1978, vol. 23, № 6.