автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Основы теории и методы проектирования микропроцессорных систем автоматизации технологических процессов цементного и асбесто-цементного производств



0 / и-!?, Я 'п ■■■> - *)

..■1 ■ < Ы-1

I • ■ ) ' Г; И1 р1

Косковстшй ордена Трудового Красного Зявкела. . автоиобильно-дорогжа институт':

На проза! руютпнса

Р7ЕАК03 Вгсзлзй Грггорьвзаг»..

УДРС 631 .$.69.057.5

Основы ТЕОРИИ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОЗАНИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ систем автоматизации теяюаогичгаа« процессов цементного

И АСБЕСТО-иЕНЕНТНОГО ПРОИЗСОДСТО

Сазуззлкгссть 03.13.07 - ¿втсузтпззцзя тоггео.'юзтггзсст: процзссоз

в производств (отрозтальстао) • .

4-в т ора фв р 9 » дассертаара на оозсхашга учзкоа стосэпа доктора теятэскпх наук

И0СКВА-1392

Работа выполнена в Белгородском ■токологическом институте строительны! материалов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Валков • Л.С., доктор технических наук» профессор Бушуев С.Д., доктор технических наук Суворов Д.Н.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский и .проектаогэкспериментальный институт организации," механизации и технической помощи строительству,'г. Москва.

Защита состоится бК-с^с* 1992 года в /$час. яа заседании егюциализированного Совета Д 053.30.ОТ при Московском.- ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 125829, ГПС, Москва, Ленинградский пр., 64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ.

Просим Вас принять участив в защите и направить отзыв по адресу: 125829, ГШ, г. Москва, Ленинградский пр., 64, Московский автомобильно-дорожный институт, ученый Совет.

Автореферат разослан ЩОс^А 1992 г. V.

Ученый секретарь Специализированного Совета; кандидат технических наук,

»цвет Д.В.Михайлова

ИолИи (

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность раОоты. Стабилизация экономики страны и во развитие требует проведения активной и обоснованной инвестиционной политики, направленной на преобразование материальной базы и структуры производства, осуществляемое на основе достижвниа научно-тох-нического прогресса в сфо}о развитии автоматизации, электронизации и компьютеризации процзссов управления технологическим оборудов-;-ниэм. В условиях возрастающего дефицита энергоносителе.!, ссоспения проблемы сохранения экологической чистоты окружающая ерэг.м высвобождения человека из вредного производства присб', о-тагат : туальность вопросы создания и внедрения микропроцессорных сиси;; автоматизации технологических процессов производства цемента, способствуют реализации знергосборх?! актах технология, или роботизации транспортно-складских по реалов зсбесто-цемантного производства, обесточивзюсэй устранение вредного действия канцерогенного сырья (асбеста) и полуфабрикатов на здоровье чэловекз за счет авто-натаческого випешоиин тяжелых и трудоемких сшрзцкя по рзстаривз-вию сырья, погрузко и транспортировке полуфьбринэтов ^ифора).

Основным и самим энергсемким да]>\;:елом в производстве момента является обжиг клинкера, п&тройликяш цо 80% об'дея анергии, затрачиваемая на производство цемента. Ноз.тисимо от способа производства завершающая стадия процесса обмига клинкера осуществляется преимущественно во вращающихся почах, особенностью работы которых является взаимозависимость химических, физических, тохнолога-чзских, тепловых и аэродинамических процессов, что предполагает сложное модельное отражонио явления а цементной печи как объекте управления. Результаты научных исследования, представлении^ в работах Е.И.Ходорова. X. С. Воробьева, З.В.Ткмаиова, Б.С.Альбаца, Т.В.Кузнецовой, И.ГгДугиншма, й.А.Гподшюп, В.К.Клзссана, В.З.Ка-фаровз, М.А.Вердаша, Я.Е.Гал-фгпдэ создали предпосылки дул расширения модельного описания объекгз автоматизации ве только при помощи динамической модели, но и в форуо информационно-статистичэс-коа модели, привозящая благодаря избршкоа концепции управления "процзссом обжига (рчби-.у В.К.Нл^сана. И.А.Гангдаоа) к расширенному вектору состояния систом;.! автоматизации, более точно отра-наецэму истинны пободонйя ¡йиж-гз управления.

- г -

Увеличение размерности вектора состояния приводит к необходимости исследования процессов сбора информации, синтезу оптимальных процедур спроса датчиков. Результаты, доложенные автором на Всесоюзных конференциях, и публикация их в журнале "Техническая кибернетика" н "Кибернетика" подтвердили необходимость более глубокого исследования этой проблемы и доведения полученных алгоритмов планирован;« процедур сбора и первичной обработки информации до • уровня практической приложимости. В основу исследований был поло-шн принципиально новый подход, базирующийся на связи вороятност-анх характеристик сигналов с процедурами оптимизации сбора и обработки информации.

Эффективность управления и принятия решения зависит как от объема получэемой информации, так и от ее достоверности в момент принятия решения. С возрастанием размерности вектора состояния су-аоственным становится петорвал времени его формирования, на котором располагаются данные опроса датчиков в форме "косого, сечения" аекторного случайного процесса. Возникает вопрос о соответствии данных, полученных в момент измерения, ситуации в момент принятия решения об управлении, другими словами, вопрос о "старении" информации. Целенаправленные попытки количественно оценить эффект старения информации были сделаны в работах И.В.Кузьмина, А.Н.Ефимова, Б.И.Поповского. Зависимость темпа старения информации от вероятностных свойств процессов и времони задержки приводит к необходимости учета этого яаяения как на зтзда восстановления "косого сечения" векторного случайного процесса при помоши экстраполяторов, так и на этапе первичной обработки информации по аддитивным алгоритмам, поскольку исследования, проведенные автором, показали неадекватность (в смысле величины ошибки прогноза) алгоритмов суммирования и экстраполяции процессов по характеру последовательности аиподнвния операций. Ограничение аддитивной формой алгоритма вьгге-кает из физической'сути задачи, так как принятая концепция управления процессом обкига клинкера, предложенная и обоснованная в работах В.К.Классенэ, сводится к первичной обработке' информации, используемой впоследствии для формирования управляющего воздействия, по аддитивному закону. Крэка того, процедуры сглзжиъания (фильтрации) также представляют собой накопительные опорации на конечном интервале воемэии. Это имеет место и при исследовании систем автоматизации технологических процессов асбесто-цеконтного производства.

Проектирование систем эвтсчтгюзиии мйксопгоц-гссоряого класса» Евсьча НЗСЭДЗНИЫХ ЭЛЗКТрОЙЯСЯ зсяиратурой, С учетон ССОб&НКОСТб"' (агрессивности среда) шуоятного и зсСесгго-даюмтюго пролзводгтз, уровня кззлирккзшя оЯ с^у '.^ítBг г) терсопадз ззо.оз^о прздупгпри-влть созлзние систем, ойлодзотих здссхкп урсакрм "¡теугсст;«, т.е. способностью системы в откзоз (еиходз "з сгроп) oT'y>j:î.H,;v'

ее азе.зз;п'св пссст.зноз:-ггь ргботосплссОпсо состсязгз, ззр^о^нз г:1" с частичной потерей качества, но .гостзточ-з.» Пиззе7с:п г.сз'.зз

пзл! упрявлок/п. 1ру,зч В.Г.Хзрозэпсззго, Б.Г.Еслесл, А.Т'.Лзз.з-"юз^, 'Л.Л.Ряй&.пп, В.Л.ГV-г-в";, Л.Л.Подззс.зсго ссгар'(;:)т раззззгз ■ ззгз'ззз: розочззл вопроса ссртопочокш з-ззузостл "Ючтчосх^ <vo-; г- ; í . Чззо зеогз Oíüí енлз-з.'.'г! с т:рзз'з;:з:;зз'.: оз^/зезззх спсозг'зз з-з ■;р ;з:зззз,:л. орззч^зззз;'; кзззр-v" р'зоз'ззгоезззт'о'з:! :• зззгоз-

. 33.. .. 3

- "I

-3

цззлъкоп позхогзз;сл пз зрзгрз--:з'рз-;-зз о, з - -зз: :з.

.....' 4 J3 ......3 "П Ч.гЗг'СЗ, Г.О. 3 3 ■ ' 3'. ■ : ' .333 ' ' ' V "ззззз.

"оскнх стррззззр. зегз "п-зззззе гр-:зззз:-зз ' -.;г.\ ззгз зз"-¿лпзклэ к возззтзз;;;;з:.;у ззз: р .."""З" зззгз-тозззззгз.

Усгохи, дзстзтнпъ'з. s аст. 37,-3.3333" ззп:з:з"руз"о? ззз- области з яастояз?о вр.-з-л, сн-тпп-г.-зкч, з jyüT'.^iv-' m рзс-снатркзгсчул то-у зигзага, Гом пэ ззззо, на Гззсузсро^гоз зеззз-D3HKSI (10. Internationalо Biitstoír- r=nd Slliícattcpa^, Гз2.

»('е1шаг) и Всесоюзных конференциях (Фундаментальные исследования и новые технолог/и в строительном материаловедении, май 1989, Белгород; Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии, мая, 1991, Белгород) - наиболее представительных по составу и критических по духу научных совещаниях в последние года - подчер-,кивалось, что развитие теории проектирования систем автоматизации технологических процессов в ПСМ носит несколько экстенсивный характер и не обеспечивает опережающего теоретического "задела". Более того, было показано, что иногда теория отстает от практики проектирования и играет описательную и обслуживающую роль. Естественно, что упомянутые конференции лишь констатировали положение, складывающееся на протяжении нескольких лет. Задачи и трудности были ясны и раньше и этим проблемам был посвящен ряд весьма интересных работ, выполненных в ВИАСМе (Санкт-Петербург), Шгипро-цзмекте (Харьков), Гипроцементе (Санкт-Петербурге), НИИЦементе. (Мйсквэ), Московском автодорожном институте, Санкт-Петербургском технологическом институте. Киевском инженерно-строительном институте.

В настоящей работе сделана попытка согласования как результатов различных теорий, так и функциональных звеньев системы автоматизации, описываемых этими теориями. Будут показаны наметившиеся тенденции и пути поиска некоторых обобщений, позволяющих сформировать' основы теории проектирования микропроцессорных систем автоматизации с учетом особенностей производства конкретных строительных материалов (цемент, шифер) и разработать общую методология построения систем управления пространственно-стационарного и мобильного классов.'

Работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой "Микропроцессоры и микроЭВМ" на 1986-1990 годы (Приказ Я455 от 18.06.86, проблема 2.1) и научно-технической программой Гособразования СССР "АСНИ" на 1990-1892 года (Приказ' М282 от. 24.04. 90, проблема 2.1.19) в госбюджетной лаборатории "Автоматизации и роботизации технологических процессов в ПСМ" кафедры систем управления Белгородского технологического института строительных материалов.

Цель работ заключается в дальнейшем интенсивном развитии теории проектирования микропроцессорных систем автоматизации технологических процессов цементного и асбесто-цементного производств.

Научная новизна работы заключается в следующем: разработана методология проектирования систем автоматизации с высоким уровнем живучести на базе предгонюкноя и обоснованная гб-, стрзктноз модели дезагрегированной системы и соответствующей ей коммутативной диаграммы;

установлено влияние процедуры спроса датчике;? на количество получаемой информации и предложен метод синтеза алгоритма формирования вектора состояния, обеспечивавшего максимальный сбъеч ипфср-ла-ции в момент предъявления ситуации или принятия ретинл;

выявлена неадекватность в последовательности выполнения оголл-ция суммирования и ззпсуинания значений случайных процессов с исследующим их восстановленном с по.чсаьи эхстрэполятороз и теоррта-чески обоснован метод планирования рациональных и оптимальных процедур гарБичноа обработки информации в смысле минимума срздаеквад-ратичэской оанбки прогноза. Найдена структура нелинейного закона управления на базе псевдолинеяных корректирующих устройств, обеспечивавшая квазиоптимальное двккение мобильной системы;

предложен метод синтеза структур систем автоматизации иикрспро-цессорного класса, приспосабливающихся к собственным неисправностям, и синтезирована структура оценивавшего фильтра при использования ограниченного шггервэла наблюдения случайного- вектора состояния;

предложен аналитический метод синтеза формирователя контрольно-диагностических тестов, позволявший. автоматически синтезировать структуру на базе логических элементов и линейки триггеров;

разработана унифицированная обобщенная структура автоматизированной системы управления производством цемента я асбесто-цемент-еых издзлиз, построенная на базе микроконтроллеров и микроЗЕМ, как-иерархическая распределенная система с возможностями реализации синтезированных алгоритмов сйарэ, первичней обработки информация, формирования управляющих воздействий и организации контрольно-диагностических структур;

создано оригинальнее программно-лингвистическое обеспечение, обладающее большой гибкостью к изменения вычислительных средстз и состава аппаратуры управления и контроля, на осноБе разработанного адаптивного специализированного языка АСЯ.

ираклинеская ценность. Значительный ойъвн исследования проведан в промышленных условиях нз предприятиях пз производству цемента и асбесто-цзментньа изделия, в результате чего были получены вероятностные характеристики случайных процессов, представлявших • собой

изыэивнт информативных параметров состояния во времени и поеду-«ивже для формального описания технологических процессов. Ключевые разработки по проектированию никропроцэссорных- систем контрол! и управления технологическими процессами апробированы при выполнении научных.исследований по хоздоговорной тематике. Изготовлеш отдельные подсистемы микропроцессорного, класса и оригинальные устройства, защищенные авторскими свидетельствами, которые испытаны I производственных условиях (на Балаклеяском цэментно-ииферном комбинате и Усть-Каменогорском цементном завода - микропроцессорна! система автоматизации электрофильтров на базе а.с. N1647654, #?ЗЭ?20, Ж408458, Й1615809; Сгарооскольском цементном заводе -подсистема автоматического отбора и подготовки пылегазовых проб иг врзааюшрйся цементной дачи (а.с. (41370502); Белгородском комбинате асбесто-цементных изделия - установке для изготовления асбесто-цементных изделий(а.с. №15X3353) и устройство для контроля толщины гдаяки абонементных листов (а.'с. «1524714)) и в гоебюдаетноя лаборатории "Автоматизации и роботизации технологических процессов в ПСЫ" - устройство дли управления движения роботом (а.с. »1524714), следящая система (а.с. »1290241).

Разработка и отладка модулей аппаратных комплексов и программно-лингвистических средств систем автоматизации проводилась в рамках выполнения научных исследований и проектно-конструкторских работ по хоздоговорной тематика с. предприятиями, специализирующимися в области электронно-управляющих вычислительных систем (КБ "Луч", НПО им. С.П.Королева, г. Киев; НПО "Монолит", НПО "Коммунар", ПКБ "Восход", г. Харьков: СКВ завода "Ритм", завод "Электроконтакт", г.Белгород). Результаты разработок внедрены б фактику проектирования систем.

Полученные в работе результаты использованы при написании двух монография: "Оптимизация процзссов первичной обработки информации в АСУ" и "Микропроцессорные агрегатные комплексы для диагностирований технических систем", двух учебников для студентов высшоз школы и двух учебных пособий. Отдельные вопросы включены в курсы лекция по дисциплинам "Проектирование систем•автоматики в ПСМ" и "Теория автоматического управления", читаемым студэнтам, обучающимся по сюци.альпости 21.03 в Белгородском технологическом институте строительных материалов.

Дпробоция рабаш. Основные положения диссертационная 'работы докладывались и обсуждались на: Международных конференциях (¥>о1п;аг, 1983; Пловдив, 1989; Иваново, .1991), Всесоюзных соьоданиях

ашкент,1975; .Черкассы, 1979; Суздаль, 1382), Всесоюзном сим-зиуме (Ленинград, 197-1). Всесоюзных конференциях- (Новосибирск, !8Э; Ленинград, 1970; Киев, 1975; Челябинск, 1987; Белгород, ©7, 1989, 1991), Всесоюзных семинарах (Киев, 1975; Ленинград, )75; Ростов-на-Дону, 1976), Республиканских конференциях в Киеве.

Результаты исследований опубликованы в двух монографиях, 105 "этьнх и докладах, по материалам технической реализации теоре-гческих разработок получено 24 авторских свидетельства на (обретения.

Диссертационная работа состоит из введения и секи глав, излоке-шх на 334-страницах машинописного текста, содер:ш' рисунков 93.

В первой главе нз основе анализа технологических процессов це-знтного и асбесто-цементного производств и достигнутого уровня их зтоматизации выбраны объекты исследования, представляющие собой за класса систем - пространственно-стационарны»! и мобильный, что ридает общность результатам исследования. Благодаря изучению пос-эдних работ технологической направленности в цэментном произ-эдстье принята концепция упраагания процессом обжига клинкера работы Б.С.Альбзца, И.А.Гнединоя, В.К.Классена), базирующаяся за спользовании расширенного вектора состояния, учитывающего распре-эление температуры по длине печи, состав и концентрацию отходящих азов и параметры факела, а в эсбесто-цементяом производства, на онцевых переделах транспортно-складского типа избран подход к ав- ' оматизации, основанный на принципах организации гибких автомата-' ировзнных производств. Наряду с динамическими моделями объектов втоматизации предложены их информационно-статистические модели, :ро ведена статическая обработка экспериментальных данных и получе-ы вероятностные характеристики случайных процессов, представляю-•• #э собой компоненты вектора состояния. Установлено, что процессы бладаот свойством стационарности в широком смысле, так как [атэматическке ожидания и дисперсия постоянны, а корреляционные )ункции зависят от разности, аргументов, характеризующих сечения ¡лучайного процесса. На основании-общей теории систем и предложений абстрэктной модели дезагрегированного процесса разработана ме-хдология построения микропроцессорных систем автоматизации про-¡транственно-стационарного и мобильного классов, обладающих высо-сим уровнем живучести, позволившая более 'полно сформулировать троблему исследования и расчленить ее на отдельные задачи, гаггер-третирующие составляющие элементы абстрактной модали.

Итак, сформулированная в работе проблема исследования состоит в следующем:

- разработать теоретические основы и методы проектирования современных и перспективных микропроцессорных систем автоматизации пространственно-стационарного и мобильного классов, обладающих высоким уровнем живучести и отвечающих условиям производства промышленности строительных материалов, и провести исследования для установления границ применимости предложенных методов проектирования, обеспечивающих оптимальное или рациональное функционирование (по выбранным локальным критериям качества) подсистем и звеньев систем автоматизации, приводящее к общему снижению энергоматериальных затрат (глобальный критерий) в автоматизируемом технологическом процессе.

В силу охвата широкого круга вопросов общая постановка расчленена на отдельные задачи, решение которых способствует освещении конкретных сторон исследуемой проблемы.

К наиболее важным задачам относятся:

- разработка общей методологии проектирования систем автомата-за'ции микропроцессорного класса, обладающих высокой • степень» живучости;

■■• формирование локальных I, и интегральных С критериальных функция, целесообразных к применению для оценки эффективности функционирования отдельных подсистем и звеньев системы автоматизации; .

- синтез оптимальной процедуры опроса поля датчиков (Формирование вектора оценки У состояния системы);

- планирования аффективных алгоритмов вычислительных процедур над данными (алгоритмы первичной обработки информации), вытекающих из принятой концепции управления, по результатам которых принимается реаюние об управлении «тбг/легом и сигнальной компенсации изменения, происходящих в объекте управления (продуцирование вектора управления и );

- синтез рациональных и оптимальных законов управления (структуры управляющего устройства-или алгоритма) мобильных систем;

- повышение живучости системы автоматизации на основе обнаруже-.ния и парирований неисправностей;

- прогрзммно-лишвистическое обеспечение Функционирования «ж-ропрошссорных систем контроля и управления.

Втирая глава посввадна разработке общая стратегии проектирования микропроцессорных систем упраатения пространстБенно-стзционзг-ного и мобильного классов для автоматизации технологических процессов в цементном л зсбесто-цементном производствах. Сформированы аксиоматика исходных посылок, задающая систему ограничения, в ранках которой ведется исследование, и принципы построения микропроцессорных систем автоматизации, учитывающие общиэ тенденции совершенствования систем и рекомендуемые к применению при проактирова-нии. К ним относятся:принцип иерархичности структуры и ранжирования функций; принцип агрегатирования; принцип функционального го-меостазиса; принцип живучести; принцип высокой иятеллектности; принцип свободной наращиваемости; принцип интегрируемости в сети и принцип экономичности. Дана содержательная трактовка определяющим принципам проектирования.

На основании анализа физического содеркания решаемых задач и с учетом основных доминирующих связей между компонентами абстрактных множеств моделей дезагрегированного процесса синтеза системы выбраны или сконструированы дифференциальные и интегральные функции и установлены ограничения, обусловленные физически возможным диапазоном изменения положения регулирующих органов или технически допустимыми проделали изменения параметра.

Приведеные критериальные оценки достаточно полно отражают целг

проектирования (обеспечение: max i - информации; aln Е2 - ошибки; min R - риска; Bin Г и др.) и физическое содерканда задач, подлежащих решению, а, следовательно, предписывают правило предпочтения вариантов на основе результатов формализованного анализа и синтеза подсистем и звеньев систем автоматизации. В этом же разделе разра-. ботан алгоритм внешнего проектирования систем автоматизации, пред- ' ставляющий собой вертикально декомпозированный процесс, и подробно рассмотрен наиболее важный этап, включающий метрологическое, аппаратное и программно-алгоримическое обеспечение микропроцессорное системы автоматизации с высоким уровнем живучести. Дано обоснование топологии аппаратного обеспечения системы и выработаны требования к программно-лингвистачоским средствам систем реального времени.

В претъей главе исследуются процедуры формирования вектора состояния системы автоматизации или объекта управления и контроля и ставится задача синтеза оптимальной поцедуры, доставляющей максимальное количество информации за цикл спроса приЗоров первичной

информации, которая решается методом динамического' программирования. '

Исследование проводится для случая, когда состояние объекта упрзвлвния и контроля описывается п-мерным стационарным гауссов-скнм векторным -случайным процессом 3(1) с ' компонентами Ц Ш, (г),,.., £п<1>, вероятностные характеристики которых известны. Случайна векторный процесс задан своей матрицей строкой математических ождааинв (

Лр * |т. | (1)

Ч

и короеляшонно» матрицей

К3 * (2)

Опрос датчиков осуществляется последовательно с помощью коммутатора. В результате чего емосто мгновенного сочония вахтера Е(1п) в момент предъявления ситуация удается получить лишь "косое" сечение

-ч «

. занимающее промежуток времени п0о, определяемый временем, затрачиваемым на опрос одного датчика - 00, и числом опрашиваемых

компонент - п. Поскольку векторы 2(гп) и 2(ХП) статистически связаны, то вектор - оценка Еип) несет определенное кличоство информации о векторе 3(1п), т.о. об истинном состоянии объекта в момент принятия решения. Выражение для определения этого количества информации имеет вид

1(2,5) - , (3)

2

где с!е1К, Дегй, и определители корреляционных матриц

Здесь матрица В определяется как

Исследование свойств матриц К, К и В, проведенные в работе, показали, что при изменении последовательности опроса датчиков о значения детерминантов йе! Я и сЫ П изменяются. Меняется, следовательно, и количество информации (3), получаемое наблюдателем (устройством принятая решения) в результате опроса. Имея в виду, что число возможных поцздур сбора информации п! и что каждая из них доставляет, вообше говоря, различное количество информации,

^естественно поставить вопрос об отыскании оптимальной процедуры а*, обеспечивающей максимальное количество информации. Требование доставить'

• шахю'е-^™6^ (4)

о сЗегП

приводит к экстремальной задаче математического программирования, относящейся к задачам комбинаторного типа с щишой функцией, содержащей определители. Последнее обстоятельство делает задачу практически не разрешимое ут при п>7 и заставляет идти на первом шаге решения на существенные упрощения, снимая принятые ограничения в дальнейшем.

В связи с этим вводится допущение об отсутствии взаимной корреляции между компонентами с разными индексами, тогда выражение (3) приобретает вид

1(2,2) = 1-1ог(1-г|). • (5)

С.

где коэффициенты корреляции

ri =

Jüpf'

Теперь вид функции цели упрощается

I = Jmas = maxi log f1-r|c (n-i+1 (6)

и задача оптимизации сводится к форме задачи упорядочения выполнения работ, структура которой допускает решение посредством рекурсивных схем типа динамического программирования.

Итак, с опросом компоненты на k-том этапе измерения свя-.

зана функция ^jr/0^)' определяющая количество информации, получаемое в результате опроса процесса на k-том эташ

последовательности ст^, о состоянии компоненты ^(t) в момент предъявления ситуации.

При этих предположениях любой порядок опроса (процедуру) можно

представить перестановкой C11»I2.....ln> целых чисел от 1 до п,

показывающий, что опрос производится в порядке ¿¿(t),...,

£.Ш.Если задана такая процедура, то общее количество информации, 1п

связанное с этой процедурой, будет

1=21, (о ), (V)

k=1 к

где I,- - значение функции из <5). к

Кзздам перестановку а", для которой выражение (7), являющееся функцией цели, принимает свое максимальное значение I. Воспользуемся рекуррентными соотношениями

п(о)=1: X (< 1 i)-X-j (1) Vi; }

п(о)>1: I(a)=¡iiai[I(o/l)+I1{n(a)>] I (8)

но J

Задавая ri(a) на числовом интервале Í0,n(o)] от 1 до п, получаем

расчетные формулы, которые дают возможность отыскать оптимальную

продедуру в двч этапа.

Рассмотренная задача распространена на более общий случаи, когда врэыя опроса датчиков различно. Здесь вместо числового штервала Í0, п(о)) вводится временной интервал £0, t„), где t„= i у а áía03"

Для частного случая, когда процессы описываются экспоненциальными корреляционными функциями, оптимальная процедура опроса сос-тоиг в тем, что предпочтение в очереди на опрос отдается процессам, обладающим наиболее "широкими" корреляционными функциями, т.е. сначала онраиивзютс>\кодленнопротекаюш,иэ процессы, а затек все более быстропротекаитае.

Б работе исследовано влияние способа прогнозирования на количество получаемой информации и установлено, что метод экстраполяции при прочих равных условиях не изменяет вид оптимальной процедуры. Кроке того, показаны отдельные затруднения в объзктивноп офнке избыточности или недостаточности информации при прш^зэшш информационного критерия. В связи с отиы задача оптимизации процедуры при снягии ограничения на отсутствие корреляционно;; связи решена с применением критерия минимума сродаоквадрзткчоскса -ошибки прогноза, что существенно расширяет возможности прклововия катода .

Чеавершл елаСл посвящена установлэииа, исследования и оцэщг. практических возможностей извлечения выгоды от применения принципиально важного результата - изкоммутативности аддитивных алгоритмов при наличии задержки в канале управления с восстановлением данных с помощь» зкотраполятора. Ограничение исследования аддигивными алгоритмами вытекает из принятой концепции управления процессом обжига клинкера, в соответствии с которог. управляющее воздействие формируется на основе первичной обработки измерительной информации, предусматривающей в основном сукмиро-

ваниэ -данных. Кроме того, в системах автоматизации пирокоэ распространение имеют процедуры типа сглаживание, скользящее интегрирование, вычисление оценок матожидания и дисперсии случайных величин, которые также сводятся к аддитивным алгоритмам.

Исследование свойств некоммутативности алгоритмов указанного класса проводится на двух моделях - если в одной из них, работающих по алгоритму У, отдельно хранятся а ЗУ слагаемые, а суфлирование производится после восстановления (извлечения из ЗУ с экстраполяцией на время задержки -0), то в другой кололи, работа-игра по алгоритму 2, вначале осуществляется суммирование, а в ЗУ хранится сумма

ей) « 2 ыо, (9)

1=1 1

которая затем восстанавливается с помощью прогнозирующего уст-ронства.

Мо.вматичвсков описание моделей алгоритмов У и г 5г,зэт ввд:

2*<г) .....5п,-в) = [Ц(1ЬЕ2(г)+...+сп(г>]+|з£(г,«) <ю)

г2(г) - г(е1.ег.....-.я е^и + . пп

у 1

Сукма 3*Ц) состоит из суммы точных значения "слагго-кх и сугаы ошйок экстраполяции е^г.-З) каждого слагаеного, а Е*'(г) - из точного значения суммы слагаемых и ошибки экстраполяции т|<"Ь .-0) суими, икзвдэа спектральную плотность

п

Б(ш) = 2 5,(ш), 1 1

гдэ 3,(ы) - споктральныо плотности исходных сдучггнух прсцэсссв

ОЧ935ияо, сыракюния (10) и (11) тождественны, з елгср'пгы " равноценны по точности лишь в случае тождественности зход.яг;с: з эта выражения ошибок прогноза усредненных по множеству или срд-

нокьэдратичоских ошибок сг(-0Ь£г.^(-0) и Т}г<-0), ссотг.отствугл-:;

нгновонным овибкам е1<-Л> и т}<I.-0). В обшом га сл;/-'со ноу-о записать

ег(0) » Ге<Б1 (ш),5г(ы).....Зп(и)),0)Л1г(«) = Г С23^(о}>,--Э>. (1?)

Откуда следует,' что существует возможность вчйрэ р.т^о'.-ч/ьпгго алгоритма суммирования значения случайных проц-зсссз, дсстпго^-.'-чго кенкаую оиийку.

Для сравнения эффективности алгоритмов используется разность нормированных средкеквадратических ошибок прогноза, полученных для случая, когда восстановление значений из ЗУ осуществляется оптимальным линейным .экстраполятором:

&(■<>) = (13)

Выразив нормированные ошибки прогноза через параметры вероятностных характеристик исходных случайных сигналов, получаемых на выходе приборов первичной информации системы автоматизации технологических процессов можно записать

М«, =

сг -о 1 ^Рк ю 1 "^к

-со 1 ^ТС и> 1 чк

Р п р

Здесь о'- дисперсия суммы случайных процессов >.

Рк,0к.....~ палюсы спектральных функций , Зг,...,5п,

Б.

v,o,...,x - максимальные степени полиномов, .стоящих в

знаменателе спектральных функций Б1(ш),

5г(ш).....5л(ш),

а^.с^.....гк,1к ~ коэффициенты, определяемые через пзраметры

спектров исходных сигналов.

Анализируя (14), можно заметить, что алгоритм У и 2 эквивалентны по точности в случаях, когда складываются значения процессов с одинаковыми спектральными плотностями, так как при этом

Этот факт означает, что при контроле стационарных случайных полая, когда спектральные плотности сигналов, распределенных на поло датчиков, одинаковы, усреднение или другой вид обработки, связанный с суммированием их значений, можно с одинаковой точностью производиться по обоим алгоритмам.

Если спектры суммируемых сигналов различны то значение функции разности А (•б) равно нулю только на концах интервала 10,ю], а внутри рассматриваемого интервала А(А) отлична от нуля и, следовательно, в этом диапозоне изменения 0 имеет по меньшей мере один экстремум.

Таким образом, в интервале СО,»] один из алгоритмов суммирования дает выигрыш в точности, причем максимальный эффект проявляет-

ся при значении времени задержки А*, для которого функция Л (-б) приобретает экстремальное значение.

Разработанная методика исследования распространена на случая, когда восстановление значений из .ЗУ производится с помощью прогнозирующего устройства, построенного на использовании метода статистической экстраполяции по последнему значению.

В системах, где информация, подученная в результате измерения случайных процессов, используется в целях управления либо принятия ревения, 'а измеряемые процессы есть компоненты икторз состояния, приходится учитывать эффект старения информации, проявляющийся в потере достоверности разрядов чисел, прэдставляюдшс результаты измерения случайных сигналов, с течением времени. Поэтому целесообразно использовать для оценки эффективности алгоритмов суммирования с задержкой такой показатель, как достоверность разрядов числа, получаемого наблюдателем или устройством синтеза управляющего сигнала в результате реализации алгоритма У или Ъ.

В работе проведаны исследовании темпов старения разрядов чисел, полученных по различным алгоритмам первичной обрабтки информации, и даны рекомендации по их приоритетам.

В шиоа главе решена зздача синтеза оптимальной процедура суммирования значения случайных стационарных С!1ГналоБ, ' полученных в результате последовательного опроси поля датчиков.

Постановка задачи синтезе оптимальной процедуры суммирования является логическим результатом установления свойства некоммутативное™ операций суммирования и задержки с восстановлением в алгоритмах действия со случайными процессами.

При сложении п к-значных чисел Ц, ,62,... >, представляющих

собой результаты последовательного измерения процессов

п

Ц.,Ш,£г(г),...,£п(!;>), затрачивэогея время . где -0о1 -

•время, необходимое на один ант суммирования. В ЗУ или регистр сумматора приходится хранить гс-см^-чугочныа результаты 1-того

пН-1

порядка в течение времени О.- ?, -0^. Под порядком помеиуточного

результата подразумевается число слагаемых, образующих этот результат.

Темп старокия прс-мажутс.чаого результата более высокого порядка всегда выае темпа старения образующих его промежуточного результат та ни"-еого порядка и последу.«-.щого слагаемого. Выбор процедуры, при которой вначале складывайся бысггрстареющив числа, может привести

к образованию промежуточного результата, стареющего быстрее оставшихся слагаемых. При этом потеря очередного разряда промежуточного результата влечет за собой потерю разрядов того ш номера во всех оставшихся слагаемых, поскольку из теории приближенных вычислений известно, что сумма двух чисел содержит значащих разрядов ке больше, чем слагаемое с меньшим числом разрядов. Следует, также, учесть, что промежуточные результаты разного порядка стареют в течение различного промежутка времени (результаты низкего порядка - более длительное время, т.е.

На основании приведенных фактов можно заключать, что процедура сложения значения случайных процессов не безразлична в смысла достоверности результата, очевидно также, что существует оптимально" процедура, сбзспзчивавщзя максимальную достоверность результата, получаемого в конца цикла суммирования.

При решении задачи синтеза оптимальной процедуры суммирования сформирована целевая функция '" .

Е(в) = £*(*.,) + (Ог)+...+ (15)

где- ,,(-6^,) - ненормированная средкеквадратическая ошиЗка прогноза на к - том этапе сложения, 10к - время, затрачиваемое на реализацию акта сложения

к - того процесса.

В случае линейной оптимальной экстраполяции ошибка прогноза полностью определяется вероятностными характеристиками прогнозируемых процессов. Тогда для класса случайных процессов, описываемых дробно'рационзльными спектральными плотностями общего вида

Б, (и) = 01 11 у—-(16)

аО +а11ы 1

можно выразить среднеквадратические ошибки прогноза, получаемые на

каждом этапе суммирования, через параметры спектров на этом этапе:

& = $ * ЬЬв-{1-еЗ(^П1л»>ф) (17)

12"'к 2 1=1 ;}=1т=11=з ¿(П-ц+П^)

Коэффициенты полностью определяются значениями нулей и полюсов спектральной плотности _к(ш), которые могут быть: 1)мниглыми или 2)кощхлексно-сопряженными. В первом случае получаем экспоненциально-возрастающие функции >> >к('°). з во втором - на экспоненциальную функцию накладываются гармонические колебания - в результате получаем монотонно-возрастзкщует функцию. Таким обра-

зом, функция цели представляет собой кусочно-монотонную функции зрэмени, а в форме функции последовательности . о={1>,1-...Л )

12 П

цэлыг чисел от 1 до п имеет вид:

во)« е1 ) + в. . («. ) +...+ 0 >, • (Ш)

Ч Ч 1 2 12...1П 1П

' А 1 1 <131 >

'да 1 1 --.

Функциональное уравнение оптадагаэции процедуры суммирования будет

К =-гп1п{а((7/1) ■+ &.(«,)>• (19)

о и х

Здесь а/1 - множество а без элемента 1.

Назначая п(а)=1,2,...,п, получим на основании (19) рекуррентные соотношения, с помощью которых назначается оптимальная последовательность о*(о, доставляющая минимум функционалу Б(а). Для случая, когда суммируются значения «опалов со спектральными плотностями, у которых степень полинома знаменателя больше степени полинома числителя на два, т.е. |л1=у.-2, разработан более простой, алгоритм оптимизации» основанный на использовании уравнения Беллмана в форме : •

С (0) = тШС. (5-5, . . )+5. , . ]. (201

п а п 1 1 2... п 111г...1п 111

Здесь С,г(б-5. . , ) - значение "суммы штрафов" для оптимальной к 11 2 *''

очередности суммирования некоторых первых К сигналов.

Это уравнение приводит к эффективной схеме решения задачи методом попятного движения. В работе получено аналитическое выражение,-, определяющее оптимальную процедуру, з форме неравенства:

1т П. 1т П. 1т П. 1т П.

Ч , _.. п-1 • ^ _^п (21)

Ч п—1 хп

Итак, результирующая ошибка прогноза, получаемая в конце цикла суммирования минимальна, если сложение.значения процессов производится в порядке возрастания отношения мнимой часта полюса спектральной плотности случайного процесса ко времени задержи, соответствующей этим процессам.

в уюспой главе разработаны методы и средства .аппаратного обес-. печения микропроцессорных систем автоматизации высокого уровня жи-

ьучести, основанные на реализации сформулированных принципов проектирования в рамках предложенной абстрактной модели дезагрегированного процесса синтеза и соответствующей ей коммутативной диаграммы с учетом ограничений, введенных принятой аксиоматикой, и требований качества, задаваемых систймой выбранных или сконструированных критериальных оценок.

Предложены микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов цементного и асбосто-цементного производств с распределенной организацией структуры многомашинного информационно-управляющего вычислительного комплекса с единой магистралью, наиболее соответствующие топологии технологических переделов производств, представляющих собой территориально рассредоточенные объекты автоматизации.

Проектирование систем автоматизации мобильного класса рассматривается с позиций взаимодействия двух структур - активной внешней сроду, формируемой разработчиком в процессе проектирования, и автономного управляемого транспортного сродства.

Организация активной внешней среды, обеспечивающая гибкость маршрута движения управляемого транспортного робота между конечным инпчмством причалов, представляющее собой волнироьочно-стонирующие устройства листофсрмовочных машин или места штабелирования шиферных .листов в зоне отстоя, твердения и- складирования, осуществляется на базе оригинальных устройств, защищенных авторскими свидетельствами. Кодирование ветвлений и причалов выполняется выбором определенной конфигурации амплстудно-фазового датчика, причем использование П-схЗразных петель токонесущего провода, способствует упрощению структура бортовой системы управления.

Сингез оптимального закона управления причаливанием транспортного средства проводится, исходя из требования максимального быстродействия. при отсутствии перерегулирования, на основе принципа максимума Поатрягина. Однако, как показало цифровое моделирована наличие бортовой микроэвм б структуре системы, реализующей закон управления, приводит к появлении запзздааэния, вносимого сигнум-реле и дискретизацией процесса с некоторым периодом Т , что порождает в сбою очередь автоколебательный режим в реальных условиях функционирования. Б работе провожен способ устранения этого явления за счет применения нелинейных законов управления на база оригинальных завышенных авторским с-видот ольстьом псоьдолинейкых корректирующих элементов, обеспечивающих кБаииогггимзлькоо д»и«о-

нив. Аналитические выражения, полученные для коэффициентов гармонической линеаризации

к к

Я --- -5- соза + ~ э1га, (22)

к к п = } + со,за - ~з1гд

2

показывают, что при включении дополнительного линейного фильтра с передаточной функцией

Т, з+1

ИГ(з) = у—!- , (23)

Т2э+1

т2

где , коэффициента ч и ч' но зависят от амплитуда входного

1 шГ9(1-у)"

сигнала, а зависят только от частоты ш, так как а=агс!д—

1 «¿Тр*

Расчет эквивалентных частотных характеристик позволил установить эффективные фазооперекающио свойства 'корректирующего элемента при почти неизменной амплитудной характеристике во всем диапозонэ частот.. Это приводит к существенному улучшению динамики мобильного транспортного средства, приближая, переходные, процессы по своему качеству к оптимальным, тзк как при высоком быстродействии исключается перерегулирование в зоне причаливания и вместе с тем снижаются перегрузки за счет менее резкого торможения по сравнению с условиями реализации оптимального закона управления. Кроме того, полностью подавляется колебательность.

Для случая, когда система автоматизации пространственно-стационарного или мобильного класса представлена в виде математической модели динамики технологического процесса обжига клинкера и устройства управления или модели динамики движения управляемого; транспортного сродства, обеспечение свойства живучести рассматривается как результат развития механизмов компенсации изменения в объекте управления, приводящих к нарусоши тохнологичес- • кого режима (например, при выгорании футеровки цементной печи, появлении различия в коэффициентах трения з осях колес транспортного средства к т.п.), за счет выработки компенсирующего управления, или механизмов адаптации с использованием приспособительного характера гоменения структуры, обладающей избыточностью.

Решение задачи выполнено для детерминированной модели непрерывного класса, движение которой в номинальном режиме списывается

обыкновенный дифференциальным уравнением Еэкторно-матричкого типа -в п-мерном евклидовом пространстве

XH(t) = AXH(t) + BU(t); (24)

Yn(t) - CXu(t),

где Xjjit) -'n-V,арный вектор состояния; ü(t) - r-мерныа вектор управления; ¥ц(t) - ¡n-мерный вектор измерения; А, В, и С - матрицы состояний, управлений и измерения соответственно. Полученные результаты легко распространим^ на дискретную,детерминированную модель в силу специфики обьекта автоматизации, обладающего значительной инерционностью, что позволяет выбрать период дискретизации существенно меньшим постоянных времени, характеризующих скорость протекания процессов, в результате чего приходим к предельному варианту дискретной системы.

При малой инерционности объектов управления, когда дискретизация непрерывных сигналов может вносить существенные .изменения динамических свойств, принята дискретная стохастическая модель, учшыкащая наличие шумов квантования, измерения и внешней случайной составляющей возмущения

Xtl+П =ФХШ -Г В1Н1) + GWÍ11, ' (25)

Zill = IDÍfl) + Vil!, где G - матрица возмущений; í/tl) - s-мерныя случайный вектор гаус-соэских шумов; VIII - ш-морный вектор ггуссовских шумов измерения; Z11] - ю-мерныя воктор наблюдений.

Используя штод максимального правдоподобия, решена задача оптимальной oi»KKit состояния и параметра на ограниченном интервале наблюдения. Нахождение максимума логарифмической функции плотности вероятностей ЩШ.гШ) в соответствии с методом максимального правдоподобия означает определение такого í*(il, при котором L достигает наибольшей величины на множестве £11], Огсюда следует, что

^SPkuK'tir0- <26>

В работе принята наиболее удобная форма логарифмической вероятностной функции L вида

inf<XIij, zNm/z[i-Ni, dm), 'включающая векторы состояния XII], параметра dll] и измерений Ztl), причем Zj.fl] - это совокупность наиболее поздних N-измерениа ZI1-N+13,ZíI-N+2].....Zill, a Zfl-Nl- совокупность измерений Zt1],

Бслздстеиз зависимости функции цели от обновляющихся измерепий она будэт тюкве подвержена влиянию ошибок в оценке состояния и параметра. Процедура определения оценок состояния и параметров системы автоматизации построена путем применения к функции Г(»), являэдейся условной нормальной плотностью вероятностей, формулы Еайэса с последующим преобразованием и решением уравнения правдоподобия (23). В результате такого решения получены рекурэнткыэ уравнение вида: уравнения оцэнок ф14льтраиии

уравнения оценок экстраполяции

xij) » jsij-i j - о,;jj-i юел-п; <з>

уравнения изтричного коп^лл.уоитя усиления оптимального фильтра

KfJJ = iUjir'f jH"1[3H '• . (29)

«рзян-эния корреляционной матрицы ошибок фильтрации

PL Л1 - i j-ii i j ш t j 1 а г j и л-к с л ш t j ] 5т + Kt jmr лк'"£ 31; <зо>

¿•рзз'леяия корреляционной матрицы ошибок экстраполяции •HJ) --- ?lPIJ-n?;fj.j-1) * G,ljj-1]QI3-1]G'[3.3-Ib (31)

„ ö Ь Ь • • i»

гдо Zfjl-Sijl-II 1J1 лtJ1 - "üöiitjB.'Jüuiiuia процесс",

Al3]»HC31?JlJlHTl3bRl3) - корреляционная матрица "обног»лякс;зго

процесса".

J - единичная патрица. Кэ основании рэнурэнтиых уравнение синтезирована структура корсак-ткруяэдго фильтра, выдэйзэго таку^ы оценку вокторэ состояния и параметра системы а зависимости от результатов измерения на конечном интервале времени. Последнее обстоятельство существенно енгазэт требуемый обгвм памяти, ито весьма важно при использовании в структура системы микроЭБМ и микроконтроллеров с' ограниченными возможностями.

Иллюстрация реальной применимости предложенных алгоритмов ецз-цивания состояния п параметра и управления состоянием цугом r.crs-пзнсащти нзмекзша в собственно объекте или путем принятия решений об управлении резервными аппаратными средствами приведена на пригара объектов второго порядка, что соответствует математическим ^одэлам исслздуо.чцх объектов автоматизации,

Обеспечение работоспособности системы автоматизации в целом предполагает проведенио оценки технического состояния и дискрзтных

- гг -

элементов системы, входящих в структуру системы (АЦП, микроконтроллеров, микроэвм и т.п.). В работе предложен оригинальный аналитический метод синтеза перестраиваемого формирователя тестов, используемых для контроля и диагностирования технического состояния микропроцессорных устройств. Сформулированы правила и алгоритмы автоматической организации структуры формирователя тестов, заданной конфигурации, на базе линейки триггеров и логических элементов.

Седьмая глава посвящена разработке программно-лингвистического обеспечения микропроцессорных систем автоматизации технологических процессов. Поддержка функционирования системы обеспечивается за счет следующих программно-лингвистических средств:

1) адаптивного специализированного языка^ контроля и управления АСЯ;

2) системы программирования (СП) на языке АСЯ, . представляющей собой программный комплекс, формирующий дружественный многооконный интерфейс с разработчиком программ управления и контроля и осуществляющий подготовку, компиляцию, выполнение и отладку программ;

•3) системы адаптации программно-лингвистических средств к контрольно-измерительной аппаратуре;

4) исполняющей системы организации процессов управления и контроля технического состояния.

Создание языка АСЯ преследовало цель повышения эффективности программирования процессов управления и контроля с учетом современного состояния и перспектив развития языковых средств, ориентированных на различные классы управления реальными процессами. В работе описаны синтаксические структуры и основные операторы языка АСЯ с иллюстрацией на примерах. Рассмотрена организация взаимодействия между вычислительными процессами,с использованием моделей в форме сетей Петри.

Проведенные исследования поволили разработать теоретические основы создания микропроцессорных систем автоматизации технологических процессов в цементном и асбесто-цементном производствах с учетом их специфики, состоящей в высокой агрессивности среды отдельных технологических переделов, отрицательно влияющей на работоспособность аппаратуры управления; предложить оригинальные технические решения, защищенные авторскими свидетельствами, отдельных подсистем и звеньев систем автоматизации; разработать методы проектирования алгоритмов и структур, обладающих оптимальными свойствами, приводящими к

- гз -

снижению1 энергоматериальных ресурсов при . производстве цеканта; обеспечить частичное высвобождение человека от выполнения работ во вредных условиях труда в асбесто-цемеятном производстве; сократить сроки проектирования программного обеспечения микропроцессорных систем автоматизации за счет внедрения оригинального программно-лингвистического обеспечения.

I ОБШИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I В диссертационной рабоче дано теоретическое обобщение результатов научных исследований и представлено решение актуальной научной проблемы, связанной с созданием микропроцессорных систем автоматизации технологических протесов промышленности строительных материалов, обеспечивающих ре ■! лизанию энергосберегающих технология. ,

Проведанные исследования позволяют заключить следующее:

1. В результате анализа технологических процессов производства цэнента и асбесто-цементных изделия проведена декомпозиция производственных продессов и установлены уровень оснащенности средствами автоматизации каждого передела и целесообразная потребность их совершенствования на базе сов^м^ннь:* технических средств - микроконтроллеров и микроЗМ;

2. Выделено два характерных тохкол'п ических передела в цементном и асбесто-цэмектном производствах, требующие разного подхода в решении вопроса их автоматика!';« - пэре/эл обжига клинкера и концевой транспоргно-склчдской пзрюдол производства шифера. Если первый передел содержит в себе всю общность вопросов, диктующих методологию проектирования систем автоматизации пространственно-стационарного класса, примонимых и других переделов как цементного, так и асбосто-цементного производств, то второй поредел отражает специфику в подходе к проектированию систем автоматизации концевых'переделов на базе мобильных систем управления;

3. Предложена методология проектирования микропроцессорных систем автоматизации прострчнстьошю-стационэрного и мобильного классов с высоким ур>ьном живучести н-1 осново введенной абстрактной модели дезэгрешронанячго щ.» щпссч синтеза и соответствующей ей коммутативной диаграммы с использованном динамической и инфор-^ мационно-статистической моделей объекта автоматизации, что придает общность предлагаемому подходу в проектировании систем;

4. Сформулированы принципы построения микропроцессорных систем автоматизации, аксиомы и выбраны локальные и глобальные критерии эффективности, определяющие границы применимости результатов исследования и технические возможности системы;

5. Разработан алгоритм внешнего проектирования микропроцессорных систем автоматизации, способствующий четкой декомпозиции общего процесса на этапы с выделением конкретных задач по метрологическому, аппаратному и программно-лингвистическому обеспечению;

6. Найдено аналитическое выражение связи между вероятностными свойствами векторного случайного процесса, характеризующего состояние управляемых параметров, и количеством информации, содержащемся в "косом" ссчснкк этого процесса, об истинном состоянии объекта управления в момент принятия решения и установлено влияние процедуры формирования векторного процесса на это количество информации;

7. Разработана методика синтеза оптимального алгоритма 'опроса датчиков, доставляющего максимальное количество информации о состоянии управляемого объекта, способствующая создания гибкой структуры информационно-измерительной подсистемы микропррдассорноя системы автоматизации;

8. Впервые установлена неадекватность (в смысле величины ошиЗки прогйоза при восстановлении значений в каналах управления с задержкой) аддитивных алгоритмов первичной обработки информации, отличающихся последовательностью в выполнении операций суммирования ■и запоминания с последующим восстановлением при помощи экстраполято-рз;

9. Предложены аналитические методы выбора рациональной процедуры первичной обработки информации и оптимального алгоритма• суммирования произвольного числа компонент, базирующихся на вероятностных свойствах процессов и временах задержки в канале управления, что обеспечивает возможность строгого обоснования алгоритма, а значит и аппаратной структуры при проектировании микропроцессорных систем автоматизации;

10. Разработана на основе сформулированных принципов проектирования структурная организация микропроцессорных систем автоматизации технологических. процэссов цементного и асбесто-цэментного производств в форме распределенной иерархической системы, что наилучшим образом отвечает естественному характеру организационно-технологического управления территориально распределенными производствами цемента и шифера;

- С1 —

11. Исследованы особенности функционирования _ микропроцессорных систем мобильного класса и предложены оригинальные способы организации активной внешней среды, позволяющей создание гибких маршрутов движения управляемого транспортного робота, что способствует ориентации на перспективные автоматизированнные трзнспсртно-склад-ские системы с оптимизацией маршрутов движения по критерию минимума энергетических затрат (задача о комивояжере);

12. Синтезированы нелинейные алгоритмы управления и соответствующие им аппаратные структуры борговой микропроцессорной системы управления мобильным транспортным средством и показаны преимущества структуры с псевдолинейным корректирующем устройством, обеспечивающей квазиогп'имальное движение, перед структорой, реализующей оптимальны?, закон управления, найденный на основе принципа максимума Понтрягинэ;

13. Предложен мотод синтеза структур непрерывных и непрарывно-дискрьтных систем автоматизации'дотерминированого и стохастического классов с высоким урюьнем живучести, как систем, приспосабливающихся к собственным неисправностям, базирующийся на основа общей теории систем Месаровичч, абстрактной модели дезагрегированного процесса синтеза и теории живучести вычислительных систем (А.Г. Додонов), и показана возможность реализации фильтров оцэнки состояния и параметра, обнаруживающих неисправности в системе на ограниченном интервале наблюдения;

Н. Разработан аналитический метод синтеза перестраиваемого Формирователя контрольно-диагностических тестов, используемых для контроля технического состояния микропроцессорных устройств систем автоматизации, положенный в основу автоматической организации конфигурации подсистемы контроля работоспособности и технического диагноза на базе микроконтроллеров и микроэвм системы автоматизации производства в целом за счот аппаратной и временной избыточности;

15. Предложено оригатьноа ирогрочмно-жнгвистичосков обеспечение, осуществляющее поддержку процессов управления и контроля технического состояния системы автоматизации и допускающее адаптацию к изменениям средств вычислительной техники, состава контрольно-измерительной агларатур-ы V иб1акта управления, что достигается благодаря разработанному адаптивному специализированному языку АСЯ;

16. Результаты теоретических и экспериментальных исследований составляет основы теории проектирования микропроцессорных систем

автоматизации технологических процессов цементного и асбесто-цэ-ä«ентного производств, техническая реализация узловых вопросов защищена 24 авторскими свидетельствами на изобретения. В силу общности решения задач полученные результаты могут быть применены при проектировании систем автоматизации микропроцессорного класса ду1я других производств.

Научная значшость выполненной работы состоит в том, что разработанные автором аналитические методы синтеза подсистем и звеньев микропроцессорных систем автоматизации являются дальнейшим развитием теории управления систем и теории информации в прикладных задачах проектирования.

Основное содержание диссертации опубликовано .в следующих работах:

1. Горовой A.A., Вэщевский В.Ф., Доценко Б.И., Рубанов В.Г., Черняк С.П. Микропроцессорные агрегатные комплексы доя диагностирования технических систем. т К.: Тзхника, - 1980. - 163с.

2. Рубанов В.Г. Сб изменении динамики управлявшей системы промышленного робота методом нелинейной коррекции // Физико-химические основы и научно-технический прогресс в технологии стекла и стеклокристаллических материалов с использованием вторичного сырья, - М.: 1887 - с.104-110. •

3. A.C.1370502 СССР, МКИ G01N1/22. Устройство для непрерывного отбора и подготовки пылегазовых проб из вращающейся печи / И.И.Степэненко,' А.Ю.Сошников, А.П.Панченко, В.Г.Рубанов, 1887.

4. Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля. - К.: Выща школа, - 1982. - 478 е.,

5. Рубанов В.Г., Печенкин В.А. Проектирование систем управления в промышленности строительных материалов. - М.:МШ5, - 1887. - 110с.

6. Соколов Ю.Н., Рубанов В.Г., Кулик A.C. Синтез алгоритма компенсации параметрических изменений в обобщенном объекте // Радиоэлектроника летательных аппаратов. - 1976. - Вып.8. - с.89-95.

7. Ефимов А.Н., Рубанов В.Г. Оптимизация процессов первичной обработки информации в АСУ. - К.: Тэхника, - 1976. - 144с.

8. Подлесный Н.И., Рубанов В.Г. Элементы систем автоматического управления и контроля. - К.: Вьпда школа, - 1991., - 464 с,

9. Рубанов В.Г. Принципы проектирования контрольно-диагностических комплексов аппаратной части ГАП // Управляющие системы и роботы в промышленности строительных материалов. - 1987. - с.8-15.

10. .Рубанов В.Г. Методология проектирования микропроцессорных контрольно-диагностических комплексов ГАП // Ускорение НТП в ПСМ и строительной индустрии. Всесоюзная конференция. - 1887. - с.33-34.

11. Рубанов В.Г. Оценка потери достоверности значений случайных процессов при реализации различных алгоритмов суммирования // Системы управления летательных аппаратов. - 1974. - Вып.2. - с.68-74.

12. Рубанов В.Г., Кузнецов Г.Г. Алгоритм определения оптимальной процедуры опроса случайных коррелированных параметров объекта'// Системы.управления летательных аппаратов. - 1977. - ГЗ. - с.65-70.

13. Рубанов В.Г., Кузнецов Г.Г. Непрерывная дискретизация нестационарных случайных процессов а системах управления // Проблемы коыплексного использования ВТ б условиях дальнейшего совершенствования управления. - К.: УкрНЭДТЙ. - 1975. - Вып.2. - с.49-50.

14. Рубанов В.Г. О формировании словаря дефектов элементов непрерывной системы и его применён™ в qjouacce самовосстановления // 4-ое Всесоюзное совещание по технической диагностике. Черкассы: ИПУ Ali СССР, - 1979. - с.49-51.

15. Рубанов В.Г. Синтез оптимальной проце.цуры обработай информации // Республиканская НТК по системотехнике.. - К.: - 1969.

Т.2. - с.66-69. : .

16. Поляков В.М., Рубанов В.Г. .Экспериментальные исследования распределенной системы моделирования сложных дискретных устройств // Системотехнические принципы управления технологическими процессами. Всесоюзная конференция. - Белгород, - 1991. - Часть 4. -С.27.

17. Рубанов В.Г., Попов К.А. О расширении функциональных воз-иожностеа дискретных компараторов // Автоматика и вычислительная техника. - 1976. - К4, - с.80-88.

18. Рубанов В.Г., Константинов И.О., Пастольския Г.В. Базовые программно-лингвистические"средства микропроцессорных АСКУ технологическими процессами на предприятиях отройиндустрии и строитель-. еых материалов // Механизация и автоматизация ТП на предприятиях стройиндустрии и строительных материалов. - Челябинск, - 1887. -С.46-47.

19. Рубанов В.Г.. Константинов И.С., Колтунов Л.И., Паршин П.Ю. Лингвистическое обеспечения процессов контроля технических систем // Проблемы автоматизации и диагностирования сложных технических ' систем. - Киев - 1991. - с.40.

- г§ -

20. Рубанов В.Г., Константинов И.С., Колтунов Л.И., Паршин П.Ю. Адаптивный специализированный язык контроля. Деп.ВИНИТИ, >53823 -В.91. - 1991. - 97с.

21. Рубанов В.Г., Кулик A.C. Синтез оптимального алгоритма контроля работоспособности САУ по ее функционально-логической модели // АвтоМсГгика, АН УССР. - 1975. - Я4. с.14-21.

22. Рубанов В.Г., Попов К.А., Довбня В.И. О расширении функциональных возможностей многоканального формирователя импульсов // Системы управления летательных аппаратов. - 1982. - Вш.7. -с.90-94.

23. Рубанов В.Г., Попов К.А. Об оценке эффективности систамь контроля с самоэмуляцией // Системы управления летательны) аппаратов. - 1979. - Вып.5. - с.66-72.

24. Рубанов В.Г., Попов К.А., Сидоренко Н.Ф. О формировали диагностических тестов // Системы управления летательны: аппаратов. - 1978. - Вып.4. - с.'79-88.

25.' Рубанов В.Г., Иванов И.В. Многокритериальны® подход : оценке параметров технологического оборудования // Управлени сложными техническими объектами и техпроцессами в ПСМ. Всесоюзна конференция. - 1989. с.64-65.

26. Рубанов В.Г., Колтунов Л.И. Подход к проектированию систе контроля работоспособности динамических объектов на базе цифровы фильтров // Системотехника в промышленности строительных катерка лов. - 1990. - с.73-77.

27. Рубанов В.Г.. Константинов И.С. Методика создания спэциг лизированвых языков проведения испытаний в микропроцессорных сас темах контроля // Ускорения НГП в ПСМ и строительной индусггрщ Всесоюзная конференция. - 1987. - с.37-38.

28. Рубанов В.Г,, Константинов И.С., Постольскиа Г.В. Систе} базового лингвистического и программного обеспечения АСК > Управляющие системы и роботы в ПСМ. - 1887. - с.88-72.

29. Рубанов Б.Г., Колтунов Л.И. Аппаратно-программно-лингвисгп ческие средства построения адаптивных систем динамического контр ля и управления // Системотехнические принципы управления тэхнсл гаческими процессами. Часть 4, Всесоюзная конференция. - Белгоро. - 1991. - с.28-29.

30. Рубанов В.Г., Кузнецов Г.Г. О вьборе рационального вариан сопряжения инициативных внешних устройств с процессорам // Ради электроника летательных аппаратов. - 1975. - Еып.7. - с.132-140.

31. Рубанов В.Г. Оценка трансформированных шгрэш-тостей // Точ->стные характеристики управляющих вычислительных мастш, Ю.А.1Кол->в. - М.: Энергоатомиздэт, - 1983* - с.54-60,

3?. Алехина Е.К., Горовой A.A., Рубанов В,Г. Сформировании по-1 допусков на изменение параметров системы методом "замороженных" ~руктур // Системы управления летатолынл аппаратов. - 1985. -72-81.

33. Рубанов В.Г., Иванов И.В. Подход к оптимизации качества >нтроля .технических систем по различным критериям // Системотех-ota в промышленности строительных материалов. - 1990, - с.55-59.

34. Рубанов В.Г., Иванов И.В. Многокритериальная идентификация »хнических систем в условиях статистической неопределенности // эоблемы автоматизации контроля и диагностирования сложных технн-сих систем. Республиканская НТК. - 1091. - с.6-7.

35. Рубанов В.Г., Иванов И.В. Разработка алгоритма построения южества Парзто в задачах многокритериальной оптимизации // Ра-юэлектроника летательных аппаратов. - 1834. - Вып.14. 156-164;

36. Алехина Е.К., Рубанов В.Г. Способ формирования дискретного-¡кона управления сложным динамическим объектом по аналоговой дали // Радиоэлектроника летательных аппаратов. --1884. - Вып. 14 с.148-156.

37. Соколов Ю.Н., Рубанов В.Г., Кулик A.C. Синтез фильтра сб-фужения неисправностей в линейных системах // Радиоэлектроника нательных аппаратов. - 1975. - Вып.7. с.62-69.

38. Кулик A.C., Рубанов В.Г., Соколов Ю.Н. Синтез систем, при-госаблквакшхся к изменениям параметров элементов и их отказам' // ib. АН СССР, Автоматика и телемеханика. - 1978. - Ж - с.96-107.

39. Рубанов В.Г. О методе повышения точпости оценки состояния шамической системы при комплексированки измерителей и учете по->рь достоверности результатов измерения //Надежность в приборо-■роении и радиоэлектронике. - 1974. - с.4-5.

40. А.С. 1241190 СССР, МКИ G05B11/23. Релейно - импульсная сле-пцзя система / Е.К.Алехта, А.А.Горовой, А.В.Деревянченко, Г.Рубанов. - 1986.

41. Паршин П.Ю., Печенкин В.А., Поляков В.М., Рубанов В.Г. и ). Управление технологическим оборудованием в условиях ГАП стро-вльных материалов на базе перенастраиваемых устройств управления ' Экспресс-информация, серия 10, - М.: - 1887.-. Вып.5; - с.8-11.

42. Rui uro«, KIsliuk, PotaponKo üaa Mlkroprosessortrana-portlagero" ;terr für die Betrieb« der Asbestzementtndustle // lO.'Ibausl], In terna tnlonale Baustoff - und Silikattagung. Y/eiir.ar, - 1988. - к.119-122.

43. Рубанов В.Г., Квгук A.C., Пог«п:ч>ко A.Ii. Разработка авто->:эвшровзиного склада с юстовыч краном стабелором на о'сгэ нжрпЭЗМ для предприятий эсбостоценонтиэа промыалониостм // Всесоюзная НТК НТК. Механизация и автоматизация технологических процзссов нз предприятиях сгройиндустрик и стройматериалов. -Челябинск. - 1987.

44. Рубанов В.Г., Ккй'ук A.C., Поллосньт E.H. Опгй'.^оцйн ЯК'.->::е!и:я в пикропгошссораоя скстеча упрявдония кобшьк..":.; ролото,.; // |>-р-;>.окноо состоя;-"!"'"' ;; шрс;ч;;т;;;";1 ■.ч'.ор.'гт ;.v.v. ;, в :"::;oprocTpcen;ui; Г:'\;: . гГ;1, - ^ ■ - -;: - i' .V . '/.TI, с.iL';.

45. A.C. iL'-'-.'71 4 -VC.- : "..',' С .'"О■ /СУ.. i'cv;. ч.; ;,c д.--..-; -yiipaiwo;;.--

_[".'/;■'. /• У. ."'.■"■/.. Л. ¡Г,¡i .г;.ь--нпог ВЛ\Р/

•'.'.. ...с. ¡ :-v • CP, Mil; , cj. l ;■.-, г"..,:тг,.-а / 'С. У.

■ У. . ■ • Ко ;:v:-": о.;,?:: С.:,'... / - J.- Р.Г. г.-..,-.;

;:. ;.:. ".. отй!;,-;^';":-:;' ir-:p :";-;;; >:. с;;;:';»""- г. с"",'. .'у

¿9, А. с. ! t ./СЬ ' Р.;-,-, -"'Р *.. .-

с..-.о;; ппстонг":->: г. ".-г /с........."„г.:..-.

А. Д. л:; гут;:.", А.Н.Пс-тагкнко. - í ''w;.

50. A.C. 144467Í' СССР, ПРИ УУУУ]\ ,16. Ретро;.cío;: д.т,.- < клроБЗНия горизонтальных полос на ;;кр;;ки тслоз:;з>:о;;;;сгс ь;;д;п;атор / A.B.Белоусов, В.Г.Рубанов, А.Н.Со?;эраин, В. Кириллов, - 15£8.

51. A.C. 739720 СССР, МКЙ Н03Х5/01. Устройство для выделан:? сдаого импульса из импульсное последователыкустк / В.Г.Рубаног К.А.Попов, В.А.Сидоренко, В.А.Сазонов1830.

52. A.C. 841095 СССР, ЫКК K03R5/00. ' Многоканальный фор:,;;;рс ватель импульсов / К.А. Попов, В.Г.Рубанов, Н.И.Подгесный и др. 1981.

53. A.C. 955030 СССР, МКИ G08F7/Cß. Устройство для сравнен;