автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Нелинейное управление сельскохозяйственными объектами в переходных режимах

На правах рукописи

ЛИТВИНОВ МАКСИМ МИХАЙЛОВИЧ

НЕЛИНЕЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям ЛПК)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре электрооборудования и автоматики Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Солдатов Виктор Владимирович

Официальные оппоненты: доктор [ехнических наук, профессор

Федоров Павел Валентинович;

доктор технических наук, профессор Викторов Алексей Иванович

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ)

'Защита состоится 15 марта 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 220.056.03 в Российском государственном аграрном заочном университете (РГАЗУ) по адресу 143900, Московская обл , г. Балашиха, Лео-новское шоссе, д. 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ).

Отзывы просим направлять по адресу: Московская область, г Балашиха, ул. Ю.Фучика, д.1, ученый совет.

Автореферат разослан 06 февраля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. т. н., профессор

/ А.В. Шавров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Автоматизация технологических процессов и производств способствует повышению производительности труда, качества выпускаемой продукции и снижению удельных энергозатрат при ее производстве.

Исследования показали что, превышение температуры воздуха в геплице вследствие неточного регулирования всего на 1°С приводит на площади 6 га к перерасходу газа до 116 м3 за один час. Кроме того, регулирование климата в теплицах с помощью микроэлектроники обеспечивает прибавку урожая огурцов на 15% и экономит 15 ... 20% энергии.

В животноводческих помещениях при создании необходимых темпера-турно-влажностных условий электротермическими установками перерасход электрической энергии на отопление и вентиляцию ввиду неудовлетворительного качества регулирования достигает 10 ... 12%. При этом, указанные потери сопровождаются потерями продуктивности животных (до 15,5%) и перерасходом кормов (до 5%).

Как показывают расчеты, оптимизация управления обработкой и хранением зерна позволяет повысить производительность машин на 20 ... 25%, снизить простои поточных линий в 4 ... 5 раз, обеспечить заданное качество готовой продукции и уменьшить затраты ручного труда в 2 ... 3 раза.

Необходимо, однако, учитывать, что условия работы средств автоматики в сельском хозяйстве очень тяжелые и вероятность возникновения неисправностей значительно выше, чем в других отраслях народного хозяйства. Поэтому средства сельскохозяйственной автоматики должны быть относительно дешевыми, простыми по устройству и надежными в эксплуатации.

Наиболее высокие требования к надежности указанных средств предъявляются при управлении энергоемкими объектами АПК в переходных режимах их работы, т.к. переходные процессы определяют наиболее важные показатели качества управления.

Действительно, при изменении режимов работы энергоемких объектов АПК, особенно при пуске и останове, изменение управляющих воздействий и управляемых технологических параметров весьма значительно, что существенно повышает влияние на качество управления различных нелинейностей, присущих характеристикам управляемых объектов.

Вместе с тем, использование существующих методов нелинейного управления (базирующихся, например, на принципе максимума Л.С. Понтрягина или методе динамического программирования Р. Беллмана) для сельскохозяйственных объектов оказывается затруднительным, т.к. решение задачи идентификации приходится осуществлять на основе весьма ограниченного объема зашум-ленных экспериментальных данных и расплывчатой априорной информации об объекте, характеристики которого могут к тому жд дрейфовать во времени.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ 3 I БИБЛИОТЕКА

! ¡Я&ЖГ

Поэтому актуальна разработка методов и систем управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах работы с учетом нелинейности их ^ характеристик.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключается в разработке методов и программно-технических средств для практической реа- д

лизации систем управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах работы, эффективных в условиях информационной неопределенности относительно динамических характеристик каналов управления технологическими параметрами и статистических характеристик, действующих на них возмущений.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Разработать метод робастного управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах работы, позволяющий учитывать существующие ограничения на величину управляющих воздействий, а также наличие статических и динамических нелинейностей управляемых объектов.

2 Разработать метод адаптивного управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах работы, позволяющий учесть возможные изменения их характеристик в процессе функционирования.

3. Разработать регулятор переменной структуры для управления линейными и нелинейными энергоемкими объектами АПК, как в переходных, так и в стабильных режимах работы.

4. Разработать программно-технический комплекс для управления энергоемкими объектами АПК с использованием регулятора переменной Сфукту-ры.

Методическая база и методы исследования. Решение постеленных задач проведено на основе применения теорий автоматическою управления, вероятностей и математической статистики, линейной алгебры, оптимизации, интегральных преобразований, дифференциальных уравнений, а также методов системного и функционального анализов.

Достоверность теоретических положений подтвердилась проверкой полученных результатов на компьютерных имитационных моделях, а также испытаниями и эксплуатацией разработанных технических средств управления на действующем оборудовании сушильной установки «Нема-500» Мелеузовского молочно-консервного комбината.

Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Установлено, что по завершении переходных процессов, как в линейных, так и нелинейных системах с устойчивыми объектами сигпал управления стремится к значению, определяемому лишь статической характеристикой управляемого объекта и не зависящему от вида используемого регулятора.

2. Предлагается использовать статические характеристики управляемых объектов для синтеза алгоритмов управления, как линейными, так и нелинейными объектами в переходных режимах, поскольку в этом случае значительно

уменьшается длительность переходных процессов, а для объектов, не содержащих колебательных звеньев, удается полностью устранить перерегулирование, что способствует сокращению тепловых потерь в системах управления процессами теплообмена.

3. Для управления энергоемкими объектами АПК в переходных и установившихся режимах разработан нелинейный регулятор переменной структуры, что позволяет осуществлять эффективное управление в указанных режимах, как линейными, так и нелинейными объектами.

4. Разработан метод определения неизвестных статических характеристик управляемых энергоемких объектов АПК.

Практическая ценность результатов исследований заключается в создании новых программно-технических средств и регуляторов с переменной структурой для управления энергоемкими объектами ЛПК с нелинейными характеристиками в переходных и установившихся режимах работы, позволяющих:

- экономно расходовать энергетические ресурсы, а также увеличить выход продукции;

- существенно повысить надежность систем управления в режимах пуска и останова;

- повысить эффективность учебного процесса при изучении студентами дисциплин: «Автоматика», «Основы теории управления», «Управление техническими системами» и «Технические средства автоматизации».

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований использованы:

1. При управлении температурным режимом сушильной установки «Не-ма-500» ЗАО «Мелеузовский молочно-консервный комбинат» г. Мелеуз.

2. В учебном процессе, т.е. в методических пособиях, лабораторных работах и лекциях для студентов Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ) и Московского государственного агроинженерного университета имени В. П. Горячкина (МГАУ).

Апробация. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: X Международной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий «Инноватика 2005» (Сочи, 2005); XI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» (Москва, 2005).

Публикации. Теме диссертации посвящены 4 научные работы, в которых изложены ее основные положения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Она изложена на 144 страницах, включая 50 рисунков и список литературы из 141 наименования.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Метод управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах, базирующийся на использовании их статических характеристик.

2. Регулятор переменной структуры, предназначенный для управления энергоемкими объектами АПК, как в переходных, так и установившихся режимах работы.

3. Методы идентификации статических характеристик управляемых энергоемких объектов АПК.

Совокупность сформулированных и обоснованных научных положений, а также результаты их практической реализации и внедрения в сельхозпроизвод-ство представляют собой решение актуальной задачи по разработке методов и программно-технических средств для практической реализации систем управления энергоемкими объектами АПК с нелинейными характеристиками в переходных и установившихся режимах работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой ироблемы, изложено краткое содержание глав диссертации, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируются литературные источники, рассматриваются особенности управления сельскохозяйственными объектами в переходных режимах. В результате установлено, что актуальна разработка методов, обеспечивающих высокое качество управления в переходных режимах работы объектов с учетом имеющихся нелинейностей, присущих как самому объекту, так и исполнительным механизмам. Анализируется эффективность существующих методов управления переходными процессами, и их применимость при неполноте и даже отсутствии информации о статистических характеристиках возмущающих воздействий и динамических характеристиках каналов управления объектов. Рассматриваются также критерии управления и ограничения при их оптимизации. Представлен обзор программно-технических комплексов, предназначенных для формирования и обработки информации об объектах, управляемых посредством микропроцессорных средств в комплекте с межсетевыми структурами, программным обеспечением и сервисными средствами для эксплуатации, поверки, контроля работы, наладки и обслуживания и др. В заключение главы даны выводы, определяющие конкретные задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассматриваются задачи, связанные с разработкой методов робастного управления сельскохозяйственными объектами в переходных режимах работы.

При этом вначале анализируются переходные процессы в системах управления с линейными стационарными объектами, т.к. в этом случае их анализ можно выполнить достаточно просто.

Рассмотрим систему управления, функциональная схема которой представлена на рис. 1.

Рис. 1 Односвязная система управления: КБ - командный блок; у3д(0> м(0 и

Я (Г) - задающее, управляющее и возмущающее воздействия; £{() и .У (О - сигналы ошибки управления и выхода объекта; I - переменная времени

Дифференциальное уравнение объекта (теплицы) в рассматриваемой сис-

теме имеет вид

+

<Г

Ж

Ж"

А3

+ 4 • 103 - ^ +100+ у(0 = Коби{1),

<и Ж

(1)

где Коб= 2,5.

Для управления объектом (1) использовались ПИД и ПИ регуляторы, причем задающее воздейсгвие узд(¿) изменялось скачкообразно, т.е.

_ ГО, 1< 0; Узд(0 [100,

Переходные процессы, возникающие при этом в системе, представлены на рис. 2а и 26.

100 200 зол 400 55) 5Й0 700' Рис. 2а Система с ПИД регулятором

300 ЯП 900 600

Рис. 26. Система с ПИ регулятором

Обычно при исследовании переходных процессов ограничиваются анализом изменения управляемой величины >»(/), однако, закономерность в изменении управляющего воздействия и(1) (см. рис. 3а и 36), также представляез интерес.

1<Уз " 2(55 зЗо Зо яй ТЯГ" 7оо Рис. За Система с ЛИД регулятором

мо " i&> ' ' ' wa " ' ••«:<; Рис 36. Сис1ема с ПИ регулятором

Как видно из рис. 3а и 36, в обоих рассматриваемых случаях выполняется равенство

(2)

*уст

- lim u(t) = Узд / Коб =100/2,5 = 40.

t

■ 00

Следовательно, независимо от используемого закона управления, установившиеся значения иус1 управляющего воздействия и(/) совпадают.

Для объяснения установленной закономерности воспользуемся уравнением (1), описывающим взаимосвязь величин у(!) и и(/) для устойчивого объекта управления.

Вследствие устойчивости данного объекта при I —» со, т.е. в установившемся режиме работы, выполняются равенства

lim^ dtk

t 00

(3)

С учетом равенств (3) в установившемся режиме работы уравнение объекта (1) принимает вид

lim y{t) = y.in = Коб lim u(t) = Ko6uyci. (4)

t ->CO i ->00

Как можно заметить, из равенств (4) выгекает равенство (2). В общем случае, когда уравнение устойчивого объекта представимо в виде

-о,

(5)

¿иу(0 ау{ о с1и(() л«

где пят- целые положительные числа, Р - нелинейная функция, в

установившемся режиме работы объекта выполняется равенство

'^....м.мт,**й.

<11 уу' л

Нт Т7

й?

г

= F( 0,... ,0, , муст ,0,... ,0) -= Ф(узи, муст ) = 0. (6)

Таким образом, в установившемся режиме работы нелинейное дифференциальное уравнение объекта (5) превращается в значительно более простое для решения нелинейное алгебраическое уравнение (6), из которого по известной постоянной величине узя можно определить значение неизвестной величины

КуС[.

Установим, каким образом полученную закономерность можно использовать для повышения эффективности управления сельскохозяйственными объектами в переходных режимах работы.

С этой целью проанализируем, представленные на рис За и 36, графики изменения управляющего воздействия и(I). По их виду можно заключить, что график на рис. 3б значительно ближе к графику на рис. 4,

и®

41

40 5

40

39 5-

35!;

0 200 400 600 800 1000 * ° Рис. 4 Изменение управляющего воздействия согласно выражению (7)

отвечающему следующему закону изменения управляющего воздействия:

(О, ;<():

^-"■«-{^..»о. <7)

Воспользовавшись теперь графиками на рис. 1а и 26, установим, что переходный процесс на рис. 2б не имеет перерегулирования и достигав! установившегося значения Д'зд — 100 значительно быстрее, чем аналогичный процесс на рис. 2а.

Следовательно, можно предположить, что при использовании закона изменения управляющего воздействия заданного выражением (7), обеспечивается наилучшее качество управления переходными процессами.

В пользу этого предположения свидетельствует график переходного процесса, изображенный на рис. 5.

У®

Рис 5 Переходный процесс в системе при выполнении равенства (7)

Сопоставляя графики на рис. 5 и рис. 2а, 26, устанавливаем, что переходный процесс, представленный на рис. 5, не имеет перерегулирования и завершается в два раза быстрее, чем процесс на рис. 26.

Это объясняется тем, что при законах управления отличных от (7), управляющее воздействие вынуждено затрачивать дополнительное время на достижение своего установившегося значения ИуСТ, что в конечном итоге приводит к затягиванию переходного процесса у(/)> вызванного изменением сигнала задания, а для инерционных объектов это затягивание оказывается весьма значительным.

Отметим также, что использование в переходных режимах закона управления (7) обеспечивает уменьшение износа исполнительных механизмов, т.к. при этом исключается их колебательное движение, присущее, например, законам управления, представленных графиками на рис. За и 36. В случае же теп-лообменных процессов, мы устраняем тепловые потери, связанные с перегревом внутренней воздушной среды теплиц.

Таким образом, для оптимального управления переходными процессами в системах с линейными и нелинейными объектами необходимо воспользоваться алгебраическим уравнением (6) для определения значения величины Муст, а затем применить закон управления (7).

К преимуществам закона (7) необходимо отнести и то, что для его использования совсем не обязательно располагать дифференциальным уравнением управляемо! о объекта (5), получение которого обычно связано с серьезными магематическими и экспериментальными трудностями, а достаточно иметь лишь его статическую характеристику, заданную алгебраическим уравнением (6).

Для иллюстрации использования закона (7) для управления нелинейными сельскохозяйственными объектами рассмогрим объект, описываемый нелинейным дифференциальным уравнением

ж6 ж5 л4 лг

+ 4.103^ + 100^> + ^) = ^«3(О, (8)

йг Ж

где Кое~2,5.

Отметим, что левые части дифференциальных уравнений (1) и (8) совпадаю г, а правые отличаются друг от друга.

На основании уравнения (8) установим, что статическая характеристика рассматриваемого объекта описывается нелинейным аш ебраическим уравнением

Уз д = Коби уст • (9)

Решив уравнение (9), получим

^ = «3,42.

об V 2>5

Применив закон управления (7) получим переходный процесс, график которого приводится на рис. 5.

Следовательно, наличие статических нелинейностей, не приводит к какому либо изменению переходного процесса, если используется закон управления

(7).

И

Таким образом, разработанный закон управления (7) весьма прост и s то же время эффективен при управлении как линейными, так и нелинейными сельскохозяйственными объектами в переходных режимах работы.

Однако наряду с переходными режимами системам управления приходится достаточно длительное время функционировать и в установившихся режимах (режимах стабилизации), когда сигнал задания остается неизменным, а система должна парировать действие случайных возмущений А(/).

В установившихся режимах сигнал управления u(t) и управляемая величина y(t) изменяются значительно меньше, чем в переходных режимах и поэтому даже нелинейные объекты можно с достаточной для практических приложений точностью рассматривать как линейные, выполнив для этого стандартную процедуру линеаризации.

Для управления линеаризованными объектами с успехом можно использовать известные методы робастного управления, разработанные в научных трудах профессоров Шаврова A.B. и СолдатоваВ.В.

Следовательно, для эффективного управления как линейными, так и нелинейными сельскохозяйственными объектами в переходных и установившихся режимах работы целесообразно использовать регулятор переменной структуры, представленный на рис. 6.

КБ

•Ьд

Регулятор 1

МО —»1

«К-

_ u(t) Регулятор 2 —Н>Р-р

-- Uc(t)

A(t)

О&ъегт

y(t)

Рис. 6 Функциональная схема системы управления с регулятором переменной струюуры Ып0) и ис(/") -управляющие воздействия в переходном и стабильном режимах работы

В переходном режиме работы схемы на рис. 6 ключ между сумматором и регулятором 2 разомкнут, и система управляется лишь регулятором 1. По прошествии некоторого времени, когда выходной величиной у(1) с заданной точностью будет достигнуто заданное значение узд, этот ключ замыкается и система совместно управляется регуляторами 1 и 2, причем регулятор 1 задает расположение рабочей точки на статической характеристике объекта «вход-выход», а регулятор 2 минимизирует сравнительно небольшие отклонения о г нее, возникающие при действии на систему возмущения Л(1). При этом закон

изменения воздействия ии (/) задается выражением (7), а стабилизирующее воздействие ис(I) определяется одним из типовых алгоритмов управления.

Третья глава посвящена решению задач адаптивного управления сельскохозяйственными объектами, как в переходных, так и в установившихся режимах работы с использованием нелинейного регулятора переменной структуры. При этом разработаны методы идентификации статических характеристик объектов управления.

Поскольку применение разработанного робастного метода управления сельскохозяйственными объектами в переходных режимах работы требует знания лишь статических соотношений «вход-выход», то в тех случаях, когда вид этих зависимостей известен, а неизвестны лишь значения используемых в них коэффициентов, то для их определения можно использовать экспериментальные методы, базирующиеся па принципе наименьших квадратов

Рассмотрим ситуацию, когда уравнение (6) принимает вид Л ,

ФОзд'"уст) = -V« - уст = 0, (10)

¿=1

где 0к, к -\,п - неизвестные вещественные коэффициенты.

Воспользовавшись обозначениями

хк-икуст-,к = \,п, (11)

уравнение (10) приведем к следующему виду:

Ыч -Лд- (12)

/Ы

Для получения экспериментальных оценок неизвестных коэффициентов в уравнении (12) на вход системы (см. рис.1) необходимо поочередно подать несколько различных задающих воздействий где М> п. При этом необходимо измерить установившиеся значения управляющею воздействия иуст ^, g — l,N. Затем, воспользовавшись обозначениями (И), можно определить значения величин х^ (к = 1,/г; g~\,N).

В результате получим переопределенную систему линейных уравнений п __

I! вкЧц = Уга,в > 8 = 1> ^ ■. (13)

1

Применив к сис1еме уравнений (13) принцип наименьших квадратов приходим к системе нормальных уравнений N

= 0; ц — \,п,

£ хни

Узд.8 " И&кхкё к=1

решив которую, определим значения искомых оценок к = 1,п.

Однако далеко не всегда вид зависимости Ф( >'.!Д,М>1(_Г) бывает известен.

Поэтому при данных обстоятельствах целесообразно использовать методы ее интерполяции многочленами различного вида, т е.

ф(>'зд ."уст^^зд"^ ("уст)' где 11 (иуст) многочлен произвольного порядка.

Рассмотрим итерационно-интерполяционный метод Эйткена. Если требуется найти значения интерполяционного многочлена £/(ЫуСГ), то может быть

применена следующая схема. Пусть „ интерполяционный многочлен,

определяемый парами (иуП1,уЗХ1), (иусг^,у, ("уст,*-Узд,*), ... , ("уст,и > Узд.п ) > так что

^012. п=У(иуст)-

Интерполяционные многочлены возрастающих степеней могут быть получены последовательно так:

С/,

1

01

и

^12="

уст,1 "уст,0 1

"уст "уст,0 -Узд,о

"уст

••уст.

Д УзяЛ

^012 ~

"уст,2 "уст,1 1

"уст "уст,1 УъдЛ

уст

- и,,,

уст, 2 У:

¿Л

"уст,2 "уст,0 1

"уст "усг,0 "уст ~ "уст,2

0123

"уст,3 "уст,О

"уст "ус г,О "уст ~ "уст,3

зд,<

ит ^12

^123

Этот процесс можно закончить, когда у значений двух интерполяционных полиномов последовательных степеней совпадет требуемое количество знаков.

Представляет интерес также метод интерполяции с оптимальным выбором узлов. Многочлен £/(иуст) степени п, который совпадает с узд(г<уст) в

точках мусТ 7, ./ ~ 0, и на отрезке \а,Ь] таки-х, что

шах

П(«уст мусг ,к)

к= О с-[а,Ь\

принимает наименьшее значение, приближенно минимизируе! максимум абсолютом величины ошибки интерполяции на отрезке [а,6]. Такой многочлен £/(иуст) задается формулой

-ц>ст - Ь-а

Ъ-а

2

где Тк (£) - полиномы Чебышева степени к, причем Тк($) = cos( A: arceos^);

Ак =

¿

, I Д'зд.

соя

(2у + 1)Атг

У ст. У

afЪ Ъ~а

--ь----eos

2 2

(к = 0,и);

=

2п + 2 "(2у + 1)аг 2л+ 2

После того, как с помощью чюбой подходящей интерполяционной формулы зависимость З'зд (иуст) будет представлена в виде степенного ряда

11(иус.с) = а0+ ахиусг + агиг]СХ +..., (14)

то значения коэффициентов щ, ао> -•• могут быть уточнены с помощью рассмотренного выше принципа наименьших квадратов.

Когда зависимосгь (14) будет получена с приемлемой точностью, то она может быть использована для управления объектом в переходных режимах работы, когда при заданном значении сигнала задания }>1Д необходимо определить требуемое управляющее воздействие муи.

Для этого существует ме год обратной интерполяции с помощью обращения рядов, согласно которому получаем

}'зд-а0

+ С,

У

зд

V а\

«О

+ ...,

где

Я,

с2=--;С3

ai «i

+ 2

ai «i

\2

,с4 =

_ _ ал +5а2аз_

ах

Таким образом, разработан метод, позволяющий в процессе проведения экспериментов на действующих объектах определять статические зависимости между их входными и выходными сигналами и уточнять их в процессе функ-

ционирования объекта.

В четвертой главе решается комплекс задач по внедрению разработанных методов для управления энергоемкими объектами АГПС в переходных режимах работы. При этом обосновывается целесообразность использования SCADA- пакета программ GENIE, являющегося инструментальной средой разработки приложений сбора, обработки, графического представления данных и управления, содержащего встроенные функциональные блоки и графические элементы отображения, позволяющие значительно сократить затраты на разработку программного обеспечения для систем автоматизации.

С помощью пакета GENIE можно в реальном масштабе времени отображать на экране монитора информацию об изменении управляемых технологических параметров в виде таблиц и графиков (см. рис. 7 и 8).

Trend Statistics

Xj

Pen Name

PICS im Levels. Tank 1 PLCStm Tempeiatuies T001

p' Include Samples

Pen Type

Real Time Real Time

Mh f

007

32.00

Мак ' Avg

933 4 99 218 40 120 38

11

Help

Рис. 7. Табличное отображение информации пакетом GENIE

fI

д МЬЬ\ ij . ! * ..J. I

\ |пН— \ ( .ь ■ :

"f ......1 - r \ ' 1 ,

1 .1 . \L....... I- * i /

f —f—— - - i"'e..... rr \ V I/ X-1.1— 'W

\ —1--- J ■ \ / f

4-4®56 РЩ*7.б1 ГМ£ 47 07?№А7Л?РЫ

f 1 1 я f яооги/няоог

Рис 8. Графическое отображение информации пакетом GENIE

На основании выполненного анализа возможностей пакета GENIE сделан вывод о целесообразности его использования для управления в реальном времени энергоемкими технологическими процессами на предприятиях АПК.

Для технической реализации разработанных методов применительно к управлению энергоемкими объектами АПК используется программируемый логический контроллер (ПЛК) Modicon TSX Momentum, выпускаемый компанией «Шнейдер Электрик» и имеющий модульную структуру, в состав которой входят модули распределенного ввода/вывода, процессоры коммуникационных адаптеров и адаптеров расширения.

Внешний вид ПЛК Modicon TSX Momentum представлен на рис. 9.

Рис 9 Внешний вид ПЛК Modicon TSX Momentum

Модульная конструкция и адаптируемость контроллера Modicon TSX Momentum обеспечивают необходимую гибкость в создании систем, отвечающих всем требованиям современного сельскохозяйственного производства.

Разработанный программно-технический комплекс (ПТК) применяется для практической реализации микропроцессорной системы управления сушильной установкой «Нема-500», используемой для сушки молока. Функциональная схема этой установки приводится на рис. 10, где u(t) - давление пара; f-i(t) - температура горячего воздуха, поступающего в сушильную камеру; y(t) - температура воздуха на выходе из сушильной камеры.

При проведении экспериментальных исследований динамических характеристик сушильной установки «Нема-500» величины u(t) и fi{t) изменялись скачком. В результате на выходе калорифера и сушильной камеры возникали переходные процессы Ll(t) и у(г), графики которых представлены на рис. 11 и 12.

Рис. 10. Функциональная схема сушильной установки «Нема-500»

Рис. 11. Переходный процесс на выходе из сушильной камеры

Рис. 12. Переходный процесс на выходе из калорифера

В результате графических построений, выполненных на рис. 11 и 12 было установлено, что передаточные функции каналов и{() —> //(/) и —» у{() можно представить в виде

= (15)

где

7} = 90с; = 65с; К^ — 1,34;

Тг = 180с; г2 -40с; Ким ---1,25 град/ МПа.

Поскольку передаточная функция объекта для канала управления и(/) —> определяется выражением

то с учетом равенств (15) имеем

-в

)¥иЛ$) = Кю---,-----, (16)

иу (1 + 7^)0

где

Киу = ~ 1,675град/М7а; т = г, + г2 = 105с.

На основании выражения (16) были рассчитаны параметры настройки регулятора переменной структуры, использовавшегося для управления температурой причем сигнал задания определялся равенством — 73° С.

Отметим, что интервал допустимых изменений температуры у{1) составляет 60°С ... 75°С.

Экспериментальные исследования переходных процессов _у(/), возникающих на выходе обьекта при скачкообразном изменении сигнала задания у 1д, приводятся на рис. 13.

Как видно из рис. 13, при использовании типового алгоритма управления (ПИД-регулятора) переходный процесс имеет перерегулирование и его длительность в 3,5 раза превышает длительность переходного процесса при использовании регулятора переменной структуры. Поэтому первоначальное значение узд = 65"С удалось повысить, задав ум) = 73°С, что позволило увеличить производительность сушильной установки и получить годовой экономический эффект в объеме 685,3 тыс. рублей.

Кроме того, были выполнены исследования по использованию регул я юра переменной структуры для управления температурой внутренней воздушной среды теплиц ЗАО «Агрофирма «Подмосковное». Выбор теплиц в качестве объекта управления объясняется высокой энергоемкостью выпускаемой продукции (затраты на обогрев составляют до 60 % себестоимости продукции) и

наличием технологического перехода «день-ночь», т.к. в ночные часы, когда фотосинтез отсутствует, температура воздуха в теплице должна быть понижена на 4 ... 6 °С.

r(t)

Рис 13 11ереходные процессы на выходе объекта при скачкообразном изменении сигнала задания: I - при использовании типового алгоритма управления, 2 - при использовании регулятора переменно'-} структуры

Поэтому система управления обогревом теплиц функционирует в периодически сменяющих друг друга переходных и установившихся режимах, что способствует применению разработанных методов управления.

Графики переходных процессов, возникающих при переходе теплицы на ночной режим обогрева представлены на рис. 14 и 15.

переменной структуры

На основании анализа указанных графиков приходим к выводу, что применение регулятора переменной структуры обеспечивает полное устранение перерегулирования температуры воздуха в теплицах, а также уменьшение длительности переходного процесса на 25 %, сравнительно со случаем, когда используется ПИД регулятор.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 При управлении обьектами АПК в переходных режимах работы, к числу которых относятся также режимы пуска и останова, на систему по каналу задания действуют значительные возмущения и поэтому на качестве управления может существенно сказываться нелинейность характеристик исполнительных механизмов и самого объекта. '

2. Для устойчивых объектов установлена важная закономерность, выражающаяся в том, что независимо от вида используемых регуляторов cm нал управления по завершении переходного процесса стремиться к одному и гому же установившемуся значению, определяемому лишь статической характеристикой управляемого объекта.

3. Па основании указанной закономерности разработан метод робастного управления объектами АПК в переходных режимах работы, применимый как к линейным, так и нелинейным объектам.

4. Исследования переходных процессов в линейных системах показали, что разработанный метод является более эффективным, чем традиционные методы линейного управления, т.к при его использовании длительность переходных процессов значительно уменьшается.

5. Для управления объектами АПК, как в переходных, так и в установившихся режимах работы разработан регулятор переменной структуры, обеспечивающий высокоэффективное управление линейными и нелинейными объектами.

6. Разработаны методы адаптивного управления системами, использующими раулятор переменной структуры.

7. Для систем автоматического управления энергоемкими объектами ЛПК обоснована целесообразность использования SCADA- пакета программ GENIE, являющегося инструментальной средой разработки приложений сбора, обработки, графического представления данных и управления, содержащего встроенные функциональные блоки и графические элементы отображения, позволяющие значительно сократить затраты на разработку программного обеспечения для программно-технических комплексов.

8. На основе SCAD А- пакета программ GENIE и программируемого логического контроллера Modicon TSX Momentum разработан программно-технический комплекс для управления энергоемкими объектами A1IK с помощью регулятора переменной структуры.

9. Применение разработанного программно технического комплекса для управления сушильной установкой «Нема-500» позволило получить годовой

экономический эффект в объеме 685,3 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Солдатов В.В., Литвинов М.М. Робастное управление переходными процессами в нелинейных системах / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. № 12. - С. 1 - 6.

2. Солдатов В.В., Литвинов М.М., Юдин A.A. Управление нелинейными системами в условиях информационной неопределенности / «Системные проблемы надежности качества, информационных и электронных технологий». Материалы X Международной конференции и Российской научной школы. Ч. 3. М.: Радио и связь, 2005. - С. 134 - 136.

3. Солдатов В.В., Литвинов М.М., Агабекян Н.Г. Управление объектами при ограничениях на величину управляющих воздействий / Труды XI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». Вып. 10. Т. 3. - М.: МГУТУ, 2005. - С. 139 - 144.

4. Солдатов В.В., Литвинов М.М. Применение регуляторов переменной структуры для управления объектами в переходных и установившихся режимах работы / Естественные и технические науки. 2006. , - С. 15 - 22.

Оригинал-макет подписан к печати 06 02 2006 г. Формат 60x84 1/16 Печать офсетная. Объем 1,0 п л

ЗвЛ. 93 Тираж 100 экз-

Издательство РГАЗУ 143900, Балашиха 8 Московской области

200£fi Í

*-S111

i

i

í

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Особенности управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах.

1.2. Проблема выбора критериев качества управления.

1.3. Анализ методов управления переходными процессами.

1.4. Программно-технические комплексы для реализации систем управления энергоемкими объектами АПК.

1.5. Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭНЕРГОЕМКИМИ ОБЪЕКТАМИ АПК В ПЕРЕХОДНЫХ

РЕЖИМАХ

2.1. Исследование переходных процессов в линейных системах управления технологическими процессами сельскохозяйственного производства.

2.2. Разработка алгоритма управления линейными объектами с учетом ограничений на величину управляющих воздействий.

2.3. Исследование систем с нелинейными регуляторами.

2.4. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКИМИ ОБЪЕКТАМИ АПК

3.1. Адаптивное управление объектами в переходных режимах на основе принципа наименьших квадратов.

3.2. Адаптивное управление объектами в переходных режимах с использованием методов интерполяции.

3.3. Адаптивное управление объектами в режимах стабилизации управляемых технологических параметров.

3.4. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОЕМКИМИ ОБЪЕКТАМИ АПК

4.1. Применение Scada-системы GENIE для управления энергоемкими объектами АПК.

4.2. Применение программируемых логических контроллеров для управления энергоемкими объектами АПК.

4.3. Микропроцессорная система для управления энергоемкими объектами АПК.

4.4. Анализ технико-экономической эффективности системы робастного управления процессом сушки молока.

4.5. Выводы по четвертой главе.

Автоматизация технологических процессов и производств способствует повышению производительности труда, качества выпускаемой продукции и снижению удельных энергозатрат при ее производстве.

Автоматизация сельского хозяйства опирается на богатый опыт промышленности. Вместе с тем к методам и средствам автоматизации, применяемым в сельскохозяйственном производстве, предъявляют специфические требования, обусловленные его особенностями.

Основная особенность сельскохозяйственного производства заключается в неразрывной связи техники с биологическими объектами (животными и растениями), для которых характерны непрерывность процессов образования продукции и цикличность ее получения, невозможность увеличения выпуска продукции за счет ускорения производства. В этих условиях автоматика должна работать надежно, так как такой процесс нельзя прервать и практически невозможно наверстать упущенное путем интенсификации последующего периода [16, 130].

Необходимо также учитывать, что условия работы средств автоматики в сельском хозяйстве очень тяжелые и вероятность возникновения неисправностей значительно выше, чем в других отраслях народного хозяйства.

Поэтому средства сельскохозяйственной автоматики должны быть относительно дешевыми, простыми по устройству и надежными в эксплуатации.

Наиболее высокие требования к надежности средств сельскохозяйственной автоматики предъявляются при управлении энергоемкими объектами АПК в переходных режимах их работы, т.к. переходные процессы определяют наиболее важные показатели качества управления [46].

Действительно, при изменении режимов работы энергоемких объектов АПК, особенно при их пуске и останове, изменение управляющих воздействий и управляемых технологических параметров весьма значительно, что существенно повышает влияние различных нелинейностей, присущих характеристикам сельскохозяйственных объектов, на качество управления.

Поэтому применение традиционных методов анализа и синтеза автоматических систем, основанных на использовании линейных моделей управляемых объектов, в переходных режимах их работы может приводить к снижению качества управления и к различным нештатным ситуациям.

Кроме того, в процессе функционирования сельскохозяйственные объекты подвергаются действию аддитивных и мультипликативных возмущений, причем аддитивные возмущения влияют на управляемые величины, а мультипликативные на статические и динамические характеристики управляемых объектов.

Это приводит к тому, что решение задачи идентификации, т.е. построения математической модели объекта, приходится осуществлять на основе весьма ограниченного объема зашумленных экспериментальных данных и расплывчатой априорной информации об объекте [131]. Наряду с этим характеристики объекта могут дрейфовать во времени, вследствие чего происходит старение модели.

При данных обстоятельствах использование эффективных методов нелинейного управления, основанных на принципе максимума JI.C. Понтря-гина [127, 132] и методе динамического программирования Р. Беллмана [128, 132] оказывается весьма затруднительным.

Поэтому в настоящей работе была поставлена задача разработки достаточно универсальных и простых в использовании методов управления различными сельскохозяйственными объектами в переходных режимах, обеспечивающих высокое качество управления при весьма ограниченной информации о характеристиках управляемых объектов.

Наибольшие издержки сельскохозяйственных предприятий обусловлены расходами на корма, оборудование и энергоносители. В частности, расходы на эти цели животноводческих комплексов по производству говядины и свинины составляют ежедневно десятки миллионов рублей, приходящихся на один комплекс. Аналогичные затраты имеют место на тепличных комбинатах, птицефабриках, предприятиях по производству и переработке кормов, зерноочистительно-сушильных пунктах и других технологических объектах сельскохозяйственного производства.

Автоматизация указанных объектов - доступный и сравнительно легко реализуемый практический способ увеличения эффективности производства. В первую очередь это объясняется тем, что технологические аспекты большинства сельскохозяйственных технологических процессов в настоящее время отработаны достаточно полно, а резервы повышения их эффективности, связанные с качеством управления и уровнем автоматизации в целом, использованы в меньшей степени.

Указанные резервы повышения эффективности технологических процессов производства особенно велики в случае автоматизации объектов сельскохозяйственных агрегатов, функционирование которых связано с тепло- и массообменом. Это теплицы, парники, сушильные установки, животноводческие помещения, птичники, хранилища сельскохозяйственной продукции, паровые и водогрейные котлы и другие энергоёмкие объекты.

Как известно [134], превышение температуры воздуха в теплице вследствие неточного регулирования всего на 1°С приводит на площади 6 га к перерасходу газа до 116 м за один час. Согласно исследованиям, выполненным в работе [135] система регулирования климата в теплицах с помощью микроэлектроники обеспечивает прибавку урожая огурцов на 15% и экономит 15 . 20% энергии.

В животноводческих помещениях при создании необходимых темпе-ратурно-влажностных условий электротермическими установками перерасход электрической энергии на отопление и вентиляцию ввиду неудовлетворительного качества регулирования достигает 10 . 12%. Кроме того, указанные потери сопровождаются потерями продуктивности животных (до 15,5%) и перерасходом кормов (до 5%) [136].

Как показывают расчеты [137], оптимизация управления обработкой и хранением зерна позволяет повысить производительность машин на 20 . 25%, снизить простои поточных линий в 4 . 5 раз, обеспечить заданное качество готовой продукции и уменьшить затраты ручного труда в 2 . 3 раза.

Таким образом, из всего многообразия сельскохозяйственных технологических процессов можно выделить тепло- и массообменные как экономически наиболее подходящие для автоматизации.

В этой связи отметим, что при управлении температурными режимами теплиц регулярно приходится осуществлять технологический переход «день-ночь», обусловленный отсутствием фотосинтеза в ночное время. При этом температура воздуха в теплицах снижается на 4 . 6 °С [130].

Поэтому решение задачи управления обогревом теплиц в переходных режимах работы весьма актуально и экономически эффективно.

В плане практической реализации систем управления обогревом теплиц в переходных режимах наиболее подходящими техническими и программными средствами управления являются программируемые логические контроллеры (ПЛК) и SCADA-системы, позволяющие реализовать алгоритмы управления практически любой сложности, осуществлять по мере необходимости их оперативную коррекцию, а также предоставлять оператору-технологу оперативную информацию об управляемом процессе в удобном для восприятия виде.

Термин SCADA - это сокращение английского термина Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных.

SCADA - пакеты прикладных программ поддерживают анимацию, мастер-объекты, исторические тренды и тренды реального времени, имеют встроенные языки программирования и библиотеки функций. Включают в себя среду разработки и исполнения, модули статистического контроля технологического процесса, менеджер рецептов, модули обращения к структурному языку SQL. SQL - Structured Query Language - структурированный язык запросов, это наиболее популярный и распространенный сервер баз данных.

Различные методы управления рассматриваемыми в работе технологическими процессами представлены в трудах отечественных и зарубежных ученых [1 - 137]. Однако, не решенной до конца, остается проблема разработки методов управления, не утрачивающих своей эффективности в характерных для сельскохозяйственного производства условиях информационной неопределенности (неполноте или даже отсутствии достоверной информации о статистических характеристиках возмущающих воздействий, влияющих на контролируемые параметры технологических процессов, изменяющихся параметрах динамических характеристик управляемых объектов).

Таким образом, разработка методов, а также программно-технических средств управления сушильными установками и технологическими процессами обогрева теплиц в переходных режимах является актуальной задачей.

Диссертационная работа посвящена решению изложенных выше актуальных проблем и задач. Ее результаты отражены в публикациях [138-141]. Они нашли практическое применение:

1. При управлении температурным режимом сушильной установки «Нема-500» ЗАО «Мелеузовский молочно-консервный комбинат» г. Меле-уз.

2. В учебном процессе, методических пособиях, лабораторных работах и лекциях для студентов Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ) и Московского государственного агроинженерного университета имени В.П. Горячкина (МГАУ).

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены, обсуждены и одобрены на: X Международной конференции «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий «Инноватика 2005», г. Сочи в 2005 г.; XI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности», г. Москва в 2005 г.

Основное содержание диссертационной работы представлено в четырех главах.

В первой главе анализируются литературные источники, рассматриваются особенности управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах. В результате установлено, что актуальна разработка методов, обеспечивающих высокое качество управления в переходных режимах работы объектов с учетом имеющихся нелинейностей, присущих как самому объекту, так и исполнительным механизмам. Анализируется эффективность существующих методов управления переходными процессами, и их применимость при неполноте и даже отсутствии информации о статистических характеристиках возмущающих воздействий и динамических характеристиках каналов управления объектов. Рассматриваются также критерии управления и ограничения при их оптимизации. Представлен обзор программно-технических комплексов, предназначенных для формирования и обработки информации об объектах, управляемых посредством микропроцессорных средств в комплекте с межсетевыми структурами, программным обеспечением и сервисными средствами для эксплуатации, поверки, контроля работы, наладки и обслуживания и др. В заключение главы даны выводы, определяющие конкретные задачи диссертационной работы.

Во второй главе рассматриваются задачи, связанные с разработкой методов робастного управления энергоемкими объектами АПК в переход-t ных режимах работы. При этом вначале анализируются переходные процессы в линейных системах управления, для которых установлено, что независимо от вида используемых регуляторов сигнал управления по завершении переходного процесса стремиться к одному и тому же установившемуся значению, определяемому статической характеристикой управляемого объекта. Затем полученная закономерность используется при разработке алгоритмов управления линейными объектами с учетом существующих ограничений на величину управляющих воздействий. На основании полученных результатов делается вывод, что для эффективного управления энергоемкими объектами АПК в переходных и установившихся режимах работы целесообразно использовать нелинейный регулятор с переменной структурой, причем для управления с помощью данного регулятора переходными режимами как линейных, так и нелинейных объектов требуется лишь информация об их статических характеристиках.

Третья глава посвящена решению задач адаптивного управления энергоемкими объектами АПК, как в переходных, так и в установившихся режимах работы с использованием разработанного нелинейного регулятора с переменной структурой. При этом разработаны методы идентификации статических и динамических характеристик нелинейных объектов управления. Причем установлено, что для объектов с известным законом изменения статических характеристик, оценку неизвестных значений численных коэффициентов этих характеристик целесообразно осуществлять на основе метода наименьших квадратов, а для объектов с неизвестным законом изменения статических характеристик для их идентификации предложено использовать различные методы интерполяции. В установившихся режимах работы объектов осуществляется идентификация динамических характеристик линеаризованного объекта, т.к. для этих режимов характерны сравнительно небольшие отклонения управляемых величин от их заданных значений, что в большинстве практически значимых случаев позволяет с достаточной точностью осуществить процедуру линеаризации.

В четвертой главе решается комплекс задач по внедрению разработанных методов управления в сельскохозяйственное производство. При этом обосновывается целесообразность использования SCADA- пакета программ GENIE, являющегося инструментальной средой разработки приложений сбора, обработки, графического представления данных и управления, содержащего встроенные функциональные блоки и графические элементы отображения, позволяющие значительно сократить затраты на разработку программного обеспечения для систем автоматизации. При этом на основании выполненного анализа возможностей пакета GENIE сделан вывод о целесообразности его использования для управления в реальном времени обогревом теплиц и другими технологическими процессами сельскохозяйственного производства. Для технической реализации разработанных методов применительно к управлению переходными режимами энергоемких объектов АПК используется программируемый логический контроллер Modicon TSX Momentum, выпускаемый компанией «Шнейдер Электрик», имеющего модульную структуру, в состав которой входят модули распределенного ввода/вывода, процессоры коммуникационных адаптеров и адаптеров расширения. Модульная конструкция и адаптируемость контроллера

Modicon TSX Momentum дает необходимую гибкость в создании систем отвечающих всем требованиям современного сельскохозяйственного производства. Разработанный программно-технический комплекс применяется для практической реализации микропроцессорной системы нелинейного управления сушильной установкой "Нема-500" на ЗАО "Мелеузовский мо-лочноконсервный комбинат" (г. Мелеуз) и обогревом теплиц на ЗАО «Агрофирма «Подмосковное».

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Установлено, что по завершении переходных процессов, как в линейных, так и нелинейных системах с устойчивыми объектами сигнал управления стремится к значению, определяемого лишь статической характеристикой управляемого объекта и не зависящего от вида используемого регулятора.

2. Предлагается использовать статические характеристики управляемых объектов для синтеза алгоритмов управления, как линейными, так и нелинейными объектами в переходных режимах, поскольку в этом случае значительно уменьшается длительность переходных процессов, а для объектов, не содержащих колебательных звеньев, удается полностью устранить перерегулирование, что способствует сокращению теплопотерь в системах управления процессами теплообмена. I

3. Для управления энергоемкими объектами АПК в переходных и установившихся режимах разработан нелинейный регулятор переменной структуры, что позволяет осуществлять эффективное управление в указанных режимах, как линейными, так и нелинейными объектами.

4. Разработан метод определения неизвестных статических характеристик управляемых энергоемких объектов АПК.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Метод управления энергоемкими объектами АПК в переходных режимах, базирующийся на использовании их статических характеристик.

2. Регулятор переменной структуры, предназначенный для управления энергоемкими объектами АПК, как в переходных, так и установившихся режимах работы.

3. Методы идентификации статических характеристик управляемых энергоемких объектов АПК.

Диссертация выполнена на кафедре электрооборудования и автоматики Российского государственного аграрного заочного университета (РГАЗУ).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. При управлении объектами АПК в переходных режимах работы, к числу которых относятся также режимы пуска и останова, на систему по каналу задания действуют значительные возмущения и поэтому на качестве управления может существенно сказываться нелинейность характеристик исполнительных механизмов и самого объекта.

2. Для устойчивых объектов установлена важная закономерность, выражающаяся в том, что независимо от вида используемых регуляторов сигнал управления по завершении переходного процесса стремиться к одному и тому же установившемуся значению, определяемому лишь статической характеристикой управляемого объекта.

3. На основании указанной закономерности разработан метод робаст-ного управления объектами АПК в переходных режимах работы, применимый как к линейным, так и нелинейным объектам.

4. Исследования переходных процессов в линейных системах показали, что разработанный метод является более эффективным, чем традиционные методы линейного управления, т.к. при его использовании длительность переходных процессов значительно уменьшается.

5. Для управления объектами АПК, как в переходных, так и в установившихся режимах работы разработан регулятор переменной структуры, обеспечивающий высокоэффективное управление линейными и нелинейными объектами.

6. Разработаны методы адаптивного управления системами, использующими регулятор переменной структуры.

7. Для систем автоматического управления энергоемкими объектами АПК обоснована целесообразность использования SCADA- пакета программ GENIE, являющегося инструментальной средой разработки приложений сбора, обработки, графического представления данных и управления, содержащего встроенные функциональные блоки и графические элементы отображения, позволяющие значительно сократить затраты на разработку программного обеспечения для программно-технических комплексов.

8. На основе SCADA- пакета программ GENIE и программируемого логического контроллера Modicon TSX Momentum разработан программно-технический комплекс для управления энергоемкими объектами АПК с помощью регулятора переменной структуры.

9. Применение разработанного программно-технического комплекса для управления сушильной установкой «Нема-500» позволило получить годовой экономический эффект в объеме 685,3 тыс. рублей.

1. Агафонова Н.А., Таламанов С.А., Тверской Ю.С. Анализ промышленных методик идентификации на основе критерия минимума дисперсии частотных характеристик. // Автоматика и телемеханика 1998. - № 6. — С. 117-129.

2. Александров А. Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высш. шк., 1989. - 263 с.

3. Александровский Н.М., Егоров С.В., Кузин Р.Е. Адаптивные системы автоматического управления сложными технологическими процессами.- М.: Энергия, 1973. 440 с.

4. Андреев Н. И. Теория статистически оптимальных систем управления. М.: Наука, 1980. - 416 с.

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

6. Аношин И.М., Мержианиан А.А. Физические процессы виноделия.- М.: Пищевая промышленность. 1976. С. 42-71.

7. Аристова Н.И., Корнеева. Промышленные программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУТП. М.: Научтехлитиздат, 2001. — 402 с.

8. Балакирев B.C., Дудников Е.Г., Цирлин A.M. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М.: Энергия, 1967. -226 с.

9. Баркин А.И. Оценки качества нелинейных систем регулирования. — М.: Наука, 1982.-256 с.

10. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. М.: Наука, 1987. - 320 с.

11. Бесекерский В. А., Небылов А. В. Робастные системы автоматического управления. М.: Наука, 1983. - 240 с.

12. Бесекерский В.А., Попов В.П. Теория автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. - 768 с.

13. Бобылев Н.А., Булатов А.В. О робастной устойчивости бесконечномерных динамических систем. // Известия Российской академии естественных наук, серия МММИУ. 1997. - № 3.-Т. 1.-С. 61-78.

14. Бобылев Н.А., Булатов А.В. О робастной устойчивости линейных дискретных систем. // Автоматика и телемеханика. 1998. - № 8. - С. 138-145.

15. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. М.: Колос, 1977. - 325 с.

16. Бородин И. Ф., Недилько Н. М. Автоматизация технологических процессов. М.: Агропромиздат, 1986. - 368 с.

17. Бохан Н.И., Бородин И.Ф., Герасенков А.А., Дробышев Ю.В., Фур-сенко С.Н. Средства автоматики и телемеханики. М.: Агропромиздат, 1992.-351 с.

18. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана Бьюси. Детерминиро-* ванное наблюдение и стохастическая фильтрация: Пер. с нем. // Под ред. И.

19. Е. Казакова. М.: Наука, 1982. - 200 с.

20. Булгаков Б. В. Колебания. М.: Техтеоретиздат, 1954.

21. Вентцель Е. С. Исследование операций: Задачи, принципы, методология. М.: Наука, 1980. - 208 с.

22. Весткотт Дж. Некоторые соображения по улучшению работы сервосистем, содержащих электронные усилители. / «Автоматическое регулирование». Материалы конференции в Крэнфилде, 1951. М.: Изд - во иностр. лит., 1954. - С. 44 - 62.

23. Волгин В. В., Каримов Р. Н., Корецкий А. С. Учет реальных возмущающих воздействий и выбор критериев качества регулирования при сравнительной оценке качества регулирования тепловых процессов // Теплоэнергетика. 1970. -№ 3. - С. 25 - 30.

24. Волгин В.В., Каримов Р.Н. Некоторые свойства амплитудно-частотных характеристик линейных систем автоматического регулирования при случайных воздействиях. // Известия вузов. Серия электромеханика. -1973.-№ 2.-С. 197-205.

25. Волгин В.В., Каримов Р.Н. Оценка корреляционных функций в промышленных системах управления. М.: Энергия, 1979. - 80 с.

26. Волгин В.В., Якимов В.Я. К вопросу выбора запаса устойчивости в системах автоматического регулирования тепловых процессов. // Теплоэнергетика. 1972. - № 4. - С. 76 - 78.

27. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. М.: Наука, 1983. - 340 с.

28. Гагарин М.А., Бакулин В.П., Жиров М.В., Соловьев И.А. и др. Исследование поля температур виноматериала в резервуаре цилиндрической формы. // Виноделие и виноградарство России. 2002. - №2. - С. 38 - 40.

29. Гельфанд И. М. Лекции по линейной алгебре. М.: Наука, 1966.280 с.

30. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения. Т. 1.-М.: Мир, 1971.-316 с.i 31. Дудников Е. Г., Левин А. А. Промышленные автоматизированныесистемы управления. -М.: Энергия, 1973. 192 с.

31. Еремин Е.Л., Цыкунов A.M. Синтез адаптивных систем управления на основе критерия гиперустойчивости. Бишкек: Илим, 1992. - 182 с.

32. Ермаченко А.И. Методы синтеза линейных систем управления низкой чувствительности. М.: Радио и связь, 1981. - 104 с.

33. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-541 с.

34. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969.-488 с.

35. Ицкович Э.Л., Соловьев Ю.А., Мурзенко И.В. Опыт использования открытых SCADA-программ. // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999. -№11. С. 13-18.

36. Калман Р. Е. Об общей теории систем управления // Труды I конгресса ИФАК. Т. 2. М.: Изд - во АН СССР, 1961. - С. 521 - 547.

37. Квакернаак X., Сиван Р. Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. - 650 с.

38. Колмогоров А. Н. Интерполирование и экстраполирование стационарных случайных последовательностей // Известия АН СССР, сер. мат. -1941.-№ 5-С. 3-14.

39. Колмогоров А. Н., Фомин С. В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1972. - 496 с.

40. Корецкий А. С., Остер Миллер Ю. Р. Экономический критерий качества регулирования // Теплоэнергетика. - 1973. - № 4 - С. 28 - 31.

41. Корнеева А.И., Матвейкин В.Г., Фролов С.В. Программно-технические комплексы, контроллеры и SCADA-системы. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1996. - 247 с.

42. Корнеева А.И. ПТК и SCADA-системы на отечественном рынке промышленной автоматизации. // Промышленные АСУ и контроллеры. -1999.-№12.-С. 15-22.

43. Красовский А. А., Буков В. Н., Шендрик В. С. Универсальные ал-f горитмы оптимального управления непрерывными процессами. М.: Наука,1977.-272 с.

44. Красовский А. А. Системы автоматизированного управления полетом и их аналитическое конструирование. М.: Наука, 1974. — 558 с.

45. Красовский А. А. Статистическая теория переходных процессов в системах управления. М.: Наука, 1968. — 240 с.

46. Красовский Н. Н. Теория управления движением. М.: Наука, 1968.-476 с.

47. Круг Е. К., Александриди Т. М., Дилигенский С. Н. Цифровые регуляторы. М.—Л.: Энергия, 1966.

48. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. -М.: Машиностроение, 1976. 184 с.4 50. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления:I

49. Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1986.-448 с.

50. Лейтон Дж. Некоторые соображения по улучшению работы сервосистем, содержащих электромашинные усилители. // Автоматическое регулирование: Материалы конференции в Крэнфилде, 1951. М.: Изд - воиностр. лит., 1954. С. 85 - 97.

51. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 600 с.

52. Мазуров В.М., Литюга А.В., Спицын А.Б. Развитие технологий адаптивного управления в Scada системе Trace Mode. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. - № 1. - С. 28 - 33.

53. Мелкумян Д.О. Анализ систем методом логарифмической производной. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 112 с.

54. Методы классической и современной теории автоматического $ управления: Учебник в 3-х томах. Т. 1: Анализ и статистическая динамикасистем автоматического управления. / Под ред. Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 748 с.

55. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х томах. Т. 2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления. / Под ред. Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 736 с.

56. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 3-х томах. Т. 3: Методы современной теории автоматического управления. / Под ред. Н.Д. Егупова. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 748 с.

57. Мурадов В. П., Солдатов В. В. Выбор и обоснование критериев |\ управления обогревом сельскохозяйственных предприятий. // Научнотехнический бюллетень по электр. с. х. ВИЭСХ. Вып. 1 (66).- М., 1990. С. 34-41.

58. Ордынцев В.М. Математическое описание объектов автоматизации. М.: Машиностроение, 1965. - 360 с.

59. ОстремК., ВиттенмаркБ. Системы управления с ЭВМ / Пер. с англ. под ред. С. П. Чеботарева. М.: Мир, 1987. - 487 с.

60. Отнес Р., Эноксон JI. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1982.-428 с.

61. Певзнер В. В. Комплекс технических средств для автоматизации технологических процессов Ремиконт-130. // Теплоэнергетика. 1989. — №10. - С. 8 - 11.

62. Понтрягин JI. С. Обыкновенные дифференциальные уравнения. -М.: Наука, 1965.-332 с.

63. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1989. - 304 с.

64. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1988. - 256 с.

65. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер, с i англ. М.: Мир, 1988.

66. Росин М. Ф., Булыгин В. С. Статистическая динамика и теория эффективности систем управления. М.: Машиностроение, 1981. - 312 с.

67. Ротач В. Я., Кузищин В. Ф. Итерационные алгоритмы настройки и самонастройки систем автоматического регулирования тепловых процессов. // Теплоэнергетика. 1968. - № 12. - С. 71-74.

68. Ротач В. Я., Кузищин В. Ф., Клюев А. С. и др. Автоматизация настройки систем управления. М.: Энергоатомиздат, 1984.

69. Ротач В. Я. Настройка регуляторов по динамическим характеристикам системы регулирования // Тр. МЭИ. М.: Госэнергоиздат. 1957. Вып. XXIX. С. 168-184.

70. Ротач В. Я. Об одном принципе построения простейших самона-ь страивающихся регуляторов. // Науч. докл. высшей школы. Электромеханика и автоматика. 1958. № 1. С. 199-204.

71. Ротач В. Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973. - 440 с.

72. Ротач В. Я. Расчет настройки промышленных систем регулирования. М.: Госэнергоиздат, 1961.

73. Ротач В. Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985. 296 с.

74. Ротач В. Я., Шавров А. В., Бутырев В. П. Синтез алгоритмов машинного расчета оптимальных параметров систем регулирования // Теплоэнергетика. 1977. -№ 12. - С. 76 - 79.

75. Соболев О.С. Современный мир SCADA-систем. // Мир компьютерной автоматизации. 1999. - №3- С. 7 - 14.

76. Солдатов В. В. Критерии надежности и экономической эффективности управления технологическими процессами. / «Повышение надежности электрооборудования в сельском хозяйстве». Тр. ВСХИЗО. М.: ВСХИЗО, 1987.-С. 48-59.

77. Солдатов В.В., Толстой А.Ф. и др. Анализ эффективности алгоритмов реализации цифрового ПИД-регулятора. / «РГАЗУ агропромышленному комплексу». Сб. научн. тр. РГАЗУ в двух частях. Часть вторая.

78. М.: РГАЗУ, 2000. С. 273 - 275.

79. Солдатов В. В., Шавров А. В. Многокритериальная оптимизация автоматических систем. // Идентификация и управление технологическими процессами. Сб. научн. тр. ЦНИИКА. -М.: Энергоатомиздат, 1982. С. 13 -18.

80. Солдатов В. В., Шавров А. В. Оптимизация фильтрующих свойств и их параметрической чувствительности с обеспечением заданного демпфирования автоматических систем регулирования. Вып. 7. М.: ГОСИНТИ, 1981.-4с.

81. Судник Ю.А. Интервальный метод моделирования сложных объектов управления. / «Наука техника - образование». Межвуз. сб. научн. тр. - Барнаул: Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова, 1998.- С. 288 - 300.

82. Суэтин П. К. Классические ортогональные многочлены. М.: Наука, 1979.-416 с.

83. Теория систем с переменной структурой. / С. В. Емельянов, В. И. Уткин, В. А. Таран и др./ Под ред. С. В. Емельянова. М.: Наука, 1970.

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

85. Федоров П.В. Разработка методов оптимального управления транспортными ДВС. М.: МГТУ, 1996. - 42 с.

86. Фериер В. О нелинейных звеньях в системах автоматического регулирования. Тр. 1 Конгресса ИФАК. М.: Изд-во АН СССР. 1961. Т. 1. С. 569-581.

87. Хоменюк В. В. Элементы теории многокритериальной оптимизации. М.: Наука, 1983. - 124 с.

88. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974. -576 с.

89. Честнат Г., Майер Р.В. Проектирование и рачет следящих систем и систем регулирования. Часть 1. / Пер. с англ. Под ред. А.В. Фатеева. М. -JL: Государственное энергетическое издательство, 1959.-487 с.

90. Шавров А. В. Методы многокритериального управления технологическими процессами в условиях неопределенности // Электромеханические и электротехнологические системы и управление ими в АПК: Тр. ВСХИЗО.- М., 1992.- С. 58 80.

91. Шавров А. В. Показатель изменения управляющих воздействий в к автоматических системах.//Вестник сельскохозяйственной науки.-1991.-№ 8. С. 126-127.

92. Шавров А. В. Современные методы адаптации. // Межотраслевые вопросы науки и техники. Обзорная информация. Вып. 5. М.:ГОСИНТИ, -1981.-36 с.

93. Шавров А. В., Солдатов В. В. Многокритериальная оптимизация стационарных систем в условиях статистической неопределенности // Мех. и электр. с. х. 1986. - № 12 - С. 11 - 16.

94. Шавров А. В., Солдатов В. В. Многокритериальная оптимизация стационарных систем с запаздыванием в условиях статистической неопределенности //Мех. и электр. с. х. -1987. № 1 - С. 49 - 52.

95. Шавров А.В., Солдатов В.В. Многокритериальное управление в условиях статистической неопределенности. М.: Машиностроение. -1990. -160 с.

96. Шавров А. В., Солдатов В. В., Переверзев А. А. Метод активной идентификации объекта в замкнутых системах цифрового управления. / Сборник научных трудов РГАЗУ. Общество, экономика и научно технический прогресс. - М.: РГАЗУ, 1999. - С. 95 - 100.

97. Шавров А.В., Солдатов В.В., Переверзев А.А. Настройка цифро-if вых систем управления методом вспомогательной функции. / «РГАЗУ — агропромышленному комплексу». Сб. научн. тр. РГАЗУ в двух частях. Часть вторая. М.: РГАЗУ, 2000. - С. 271 - 273.

98. Шавров А.В., Коломиец А.П. Автоматика. М.: Колос, 1999. - 264 с.

99. Шапиро Ю. М. Новые регулирующие программируемые микропроцессорные приборы ПРОТАР. // Теплоэнергетика. 1987. - № 10. -С. 5-11.

100. Шашихин В.Н. Задача робастного размещения полюсов в интервальных крупномасштабных системах. // Автоматика и телемеханика. — 2002.-№2-С. 34-43.

101. Шичков Л.П., Алексеев А.Ф. Цифровой тиристорный регулятор. // г Радио.- 1986.-№8.-С. 56-58.

102. Andreev N.A. New Dimension a Self Tuning Controller that continually optimizes PID Constants / Control Engineering. 1981. Vol. 28, № 8. P. 84, 85.

103. Astrom K. J. Adaptation, Auto-Tuning and Smart Controls. Proc. ofthe 3th. International Conference on Chemical Process Control. California, 1987, p. 427-466.

104. Astrom K. J. Adaptive Feedback Control// Proc. IEEE. 1987. № 2.

105. Astrom K. J., Hogglung T. Automatic tuning of Simple Regulators. Proc. IF AC 9th World Congress. Budapest, 1984, Vol. Ill, p. 267-272.

106. Bailey S. J. Will Process Controllers Survive? // Control Engineering. 1984. №9. P. 117, 118.

107. Clarke D. W., Gawthrop P. J. Self-Tuning Control // Proc. IEE. 1979. Vol. 126. №6. P. 633-640.

108. Clarke D. W., Gawthrop P. J. Implementation and Application of Microprocessor-Based Self-Tuners // Automatica 1981. Vol. 17. № 1. P. 233-244.

109. Kraus T. W., Myron T. J. Self-Tuning PID Controller uses Pattern Recognation Approach // Control Engineering. 1984. № 6. P. 106-111.

110. Marsik J., Streja V. Application of identification free Algorithms for Adaptive Control. Proc. of the IFAC 10th Congress Munich, 1987, p. 15-20.

111. Morris H. N. How Adaptive are Adoptive Process Controllers? // Control Engineering. 1987. № 3. P. 96—100.

112. Seborg D. E. The prospects for advansed Process Control. Proc. of the IFAC 10th World Congress. Munich, 1987, p. 281-289.

113. Tachibana K., Suchiro Т., Tadayoshi S. A Single Loop Controller with ^ Auto-Tuning Systemusing the Expert Method // Hita- chi Review. 1987. № 6.

114. Солдатов B.B., Шаховской A.B., Жиров M.B. Робастные многопараметрические алгоритмы управления. // Промышленные АСУ и контроллеры.-2002.-№6.-С. 19-23.

115. Солдатов В.В., Шавров А.В., Громов А.С. Робастное управлениесистемами с неточно заданными параметрами объектов. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. № 7. - 2004. - С. 20 - 25.

116. Солдатов В.В., Ухаров П.Е. Адаптивная настройка систем управления с ПИД регуляторами в условиях информационной неопределенности // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 8. С. 16-20.

117. Солдатов В.В., Ухаров П.Е. Применение метода золотого сечения в адаптивных системах управления // Труды X Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности», 27 28 мая 2004 г. Вып. 9, том 2. - С. 402 - 405.

118. Математическая теория оптимальных процессов / JI.C. Понтря-гин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко. М.: Наука, 1969.

119. Габасов Р.В., Кириллова Ф.М. Основы динамического программирования. Минск: Изд-во Белорусского гос. ун-та, 1975.

120. Арнольд В.И. Теория катастроф. -М.: Наука, 1990.

121. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов. М.: КолосС, 2003. - 344 с.

122. Перельман И.И. Оперативная идентификация объектов управления. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 272 с.

123. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов / С.Е. Ду-шин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев и др.; Под ред. В.Б. Яковлева. М.: Высшая школа, 2003. - 567 с.

124. Солдатов В.В., Борцов В.П. Методы робастного и адаптивного управления технологическими процессами. / Труды Международ, науч. конф. «Теория и практика построения АСУ ТП». М.: Издательство МЭИ, 2003.-С. 21-28.

125. Беликов Ю.М., Стеценко Н.А. Регулирование температуры воздуха в теплицах с учётом естественной освещённости // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. — 1979. № 12. - С. 7 -8.

126. Шпаар Д. Ключевые технологии в сельском хозяйстве ГДР // Экономическое сотрудничество стран членов СЭВ. - 1987. - № 12. - С. 90 -97.

127. Зайцев A.M. Автоматическая система микроклимата для коровников // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1981. - № 2. -С. 16-18.

128. Гуляев Г.А. Оптимизация управления технологическими процессами послеуборочной обработки и хранения зерна в сельском хозяйстве: Ав-тореф. дисс. д-ра техн. наук. Минск, 1983. - 40 с.

129. Солдатов В.В., Литвинов М.М. Робастное управление переходными процессами в нелинейных системах / Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. № 12. С. 1-6.

130. Солдатов В.В., Литвинов М.М. Применение регуляторов переменной структуры для управления объектами в переходных и установившихся режимах работы / Естественные и технические науки. 2006. №1. — С. 15-22.149