автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка и исследование математических моделей объектов с самовыравниванием и алгоритмов управления ими

На правах рукописи

Моисеева Елена Викторовна

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ С САМОВЫРАВНИВАНИЕМ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ИМИ

Специальность:

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С ДЕК 2012

Таганрог 2012

005056373

Работа выполнена в Технологическом институте Южного федерального университета на кафедре систем автоматического управления.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пьявченко Тамила Алексеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ромм Яков Евсеевич

«ТГПИ имени А.П. Чехова» (г.Таганрог)

кандидат технических наук Кудинов Никита Валерьевич ДГТУ (г.Ростов-на-Дону)

Ведущая организация: ООО «Научно-исследовательская лаборатория

автоматизации проектирования (НИЛ АП)» (г.Таганрог)

Защита состоится « 20 » декабря_2012 г. в 12°" на заседании диссертационного сове

Д212.208.22 при Южном федеральном университете по адресу: пер. Некрасовский, 44, ау Д-406 ГСП-17А, г. Таганрог, Ростовская область, 347928.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке Южн01 федерального университета по адресу: ул. Пушкинская, 148, г. Ростов-на-Дону, 3444000.

Автореферат разослан « » ИОй^лЯ-- 2012 г.

// х*

Ученый секретарь ■ '■'< V—¿^ //

диссертационного совета ~7 7 / ■ '¡у" '' А.Н. Целых

Д 212.208.22, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Диссертация посвящена разработке и исследованию математических моделей объектов с самовыравниванием, методу синтеза алгоритма управления подобными объектами, разработке комплекса проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента. Развитие средств вычислительной техники и программного обеспечения открывает широкие возможности для комплексного исследования сложных промышленных объектов на основе современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента.

Благодаря вкладу в совершенствование численных методов отечественных и зарубежных ученых таких, как Бахвалов Н.С., Самарский A.A., Канторович Л.В., Хаусхолдер A.C. и др. стали возможны многие достижения в современной науке управления, позволившие описать натурный эксперимент математической моделью, исследовать её и завершить вычислительным экспериментом с новыми результатами и рекомендациями по расширению возможностей функционирования различных объектов.

В развитие теории получения математических моделей и синтеза алгоритмов управления внесли существенный вклад как отечественные, так и зарубежные ученые: Цыпкин ЯЗ., Красовский A.A., Ротач В.Я., Петров Б.Н., Колесников A.A., Попов Е.П., Олейников В.А., Эйкхоф П., Гроп Д., Льюинг Л., Заде Л., Смит О. и многие другие, предоставив богатый выбор методов получения математических моделей объектов и аналитических методов синтеза алгоритмов управления ими. Однако на практике продолжает использоваться ограниченное их число, что зачастую объясняется сложностью предлагаемых алгоритмов и трудностью в их наладке. В свою очередь решение крупных научно-технических проблем стало возможным лишь благодаря применению математического моделирования и численных методов.

Актуальность проблемы анализа и синтеза систем управления промышленными объектами заключается в востребованности новых математических моделей этих объектов и алгоритмов управления, обеспечивающих высокое качество функционирования системы в целом, с реализацией их численными методами в виде проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента. Особенно актуальным в настоящее время, на наш взгляд, является разработка программно-моделирующего комплекса в помощь оператору-технологу для целей получения математической модели объектов управления и синтеза алгоритма управления ими.

Объектами исследования диссертации являются математические модели объектов с самовыравниванием и методы синтеза алгоритмов управления ими при ограничении на величину управляющих воздействий.

Цель диссертационной работы состоит в разработке и исследовании математических моделей объектов с самовыравниванием, метода синтеза алгоритма управления подобными объектами при наличии ограничения на

з

величину управляющего воздействия и в разработке комплекса проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:

1. Анализ существующих методов получения математических моделей и методов синтеза алгоритмов управления объектами с самовыравниванием.

2. Разработка математической модели объекта с самовыравниванием, учитывающей малую скорость изменения начального участка разгонной кривой.

3. Разработка метода синтеза алгоритма управления объектами с самовыравниванием, обеспечивающего благодаря введению параметрических корректирующих обратных связей требуемые показатели качества функционирования этих объектов при наличии ограничения на величину управляющего воздействия.

4. Разработка и исследование способов реализации дискретного алгоритма управления объектами с самовыравниванием на основе численных методов, позволяющих минимизировать погрешности вычисления кода управляющего воздействия.

5. Разработка комплекса проблемно-ориентированных программ по проведению вычислительного эксперимента для получения математической модели объекта с самовыравниванием по данным натурного эксперимента и алгоритма управления с целью улучшения их функционирования.

Методы проведения исследования. В диссертационной работе используются методы математического моделирования, вычислительногс эксперимента,' системного программирования, теории автоматическогс управления и численные методы. Доя подтверждения теоретических результатов в экспериментальных исследованиях применялось моделирование на ЭВМ с использованием комплексов программ, а также натурные испытания предложенных моделей и алгоритмов на учебных тренажерных стендах «Цифровое управление двигателем постоянного тока», «Иерархическая система управления процессом нагрева».

Достоверность полученных результатов подтверждается применением указанных выше методов для ряда реальных объектов, данными экспериментальных исследований, корректным использованием математических методов, публикациями в материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

I. Разработана непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев, отличающаяся малым объемом вычислений и высокой надежностью расчетов по сравнению с методом последовательного логарифмирования, что позволяет улучшить оценки погрешности отражения начального участка разгонной характеристики реального объекта

до значения менее 4%, более чем вдвое меньшего погрешности известных методов, которые в данном приложении строятся на основе рядов Паде, метода Симою и метода наименьших квадратов (С. 50-73).

2. На основе предложенной модели объекта с самовыравниванием разработан метод синтеза алгоритма управления, отличающийся применением параметрической корректирующей обратной связи, обеспечивающей независимо от количества минимально фазовых звеньев требуемое качество его функционирования, что при наличии ограничения на величину управляющего воздействия позволяет существенно сократить время реакции моделируемых объектов по сравнению с известными методами синтеза алгоритмов управления (С. 74-83, 100-120).

3. На основе численных методов разработана параллельно-каскадная реализация синтезированного дискретного алгоритма управления, обеспечивающая требуемое управление и уменьшение погрешности вычисления кода управляющего воздействия по сравнению с прямой реализацией (С.84-99).

4. Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся тем, что по данным натурного эксперимента позволяет получить и исследовать в процессе вычислительного эксперимента математическую модель реального объекта с самовыравниванием, выполнить синтез алгоритма управления с целью улучшения его функционирования, проверить результаты путем имитационного моделирования, а также выполнить переход к программе микроконтроллера (С. 121-136).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев.

2. Математический метод синтеза алгоритма управления с параметрической корректирующей обратной связью.

3. Параллельно-каскадная реализация на основе численных методов дискретного алгоритма управления для снижения погрешности вычисления кода управляющего воздействия. '

4. Комплекс проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента с выработкой рекомендаций по его проведению.

Практическая ценность результатов исследований заключается в применении их для управления реальными промышленными объектами, такими как исполнительные устройства роботов, станков с ЧПУ, прокатных станов и т.п. Разработанный программно-моделирующий комплекс (ПМК) прост в использовании, не требует больших временных затрат и знания специализированных языков моделирования. Применение ПМК в учебном процессе позволит студентам приобретать навыки в области имитационного моделирования, вычислительного эксперимента и численных методов реализации алгоритмов управления. Применение разработанных в

диссертационной работе методов получения математической модели и синте: алгоритма управления объектами с самовыравниванием позволяет улучши-качество функционирования таких объектов и, следовательно, повыси" конкурентоспособность предприятия.

Реализация и внедрение результатов работы. Результат диссертационного исследования внедрены и используются в учебном процес< кафедры систем автоматического управления Технологического институ-ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г.Таганроге, производственном процессе ОАО «ПромТяжМаш» при управлении станками ЧПУ; при проектировании устройств управления конвейерами, производимым на ОАО «ПромТяжМаш», при автоматизации производства конвейерно! оборудования (г. Таганрог), получено свидетельство о регистрам электронного ресурса отвечающего требованиям новизны и приоритетное! №18492 от 10.08.2012 «Программно-моделирующий компле! автоматизированного проектирования систем управления (ПМК АПСУ)».

Апробация результатов работы. Основные результаты работ докладывались и обсуждались на X Всероссийской научной конференци студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника системы управления» («КРЭС-2010»), Таганрог: ТТИ ЮФУ, 201С Международной молодежной научно-практической конференции «Методы средства адаптивного управления в электроэнергетике — 2010», Таганрог: ТТ ЮФУ, 2010; X Всероссийской научной конференции студентов и аспиранте «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2010; Всероссийской научно-практической конференцн «Перспективные системы и задачи управления», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2011; I Всероссийской научной конференции молодых учёных, аспирантов и студенте «Информационные технологии, системный анализ и управление», Таганро ТТИ ЮФУ, 2011; Международной научно-технической конференци «Современные сложные системы управления X. НТС8'2012», Старый Оско. ТНТ, 2012; XIII Международном научно-практическом семинаре «Практика перспективы развития партнерства в сфере высшей школы», Таганрог: ТТ ЮФУ, 2012.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в статьях, среди которых 4 включены в перечень изданий, рекомендованны ВАК, в 2 тезисах докладов в открытой печати и в свидетельстве о регистраци программно-моделирующего комплекса.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит И страницы машинописного текста, включая введение, четыре главы, заключени список литературы из 149-ти наименований, 62 рисунка, 5 таблиц, а так» приложение на 3-х страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цех исследования, научная новизна, практическая ценность, основные положени

б

выносимые на защиту, достоверность и обоснованность научных положений диссертации, апробация работы.

В первой главе произведён обзор и сравнительный анализ существующих методов получения математических моделей объектов с самовыравниванием, выполнен обзор и сравнительный анализ алгоритмов управления подобными объектами. Осуществлена постановка задачи на разработку непрерывной математической модели и синтеза алгоритма управления объектов с самовыравниванием.

Построение математической модели объекта может осуществляться различными методами такими, как аналитические, экспериментальные и экспериментально-аналитические. Аналитический метод предусматривает получение математического описания объекта в виде систем дифференциальных уравнений. Такой подход дает положительный результат, если рассматриваемый объект достаточно прост по структуре и хорошо изучен. В противном случае прибегают к экспериментальным методам. Суть экспериментальных методов заключается в построении либо непараметрических моделей в виде переходной функции или частотной характеристики, либо параметрических моделей в виде системы дифференциальных уравнений или передаточных функций. Параметрические методы получения математических моделей требуют априорного знания порядка моделей объекта и помехи.

Из сравнения свойств математических моделей, полученных выше перечисленными методами, можно сформулировать следующую задачу: разработать математическую модель для объектов с самовыравниванием, позволяющую использовать преимущества его временных и частотных характеристик и с максимальной точностью отражающую начальный участок разгонной кривой.

Зная математическую модель объекта, необходимо проанализировать имеющиеся алгоритмы управления с точки зрения обеспечения точности, быстродействия, простоты реализации, настройки параметров и, следовательно, надежности и невысокой стоимости. Обзор существующих алгоритмов управления объектами с самовыравниванием показал, "что многие алгоритмы, как например АКОР, по сложности значительно превосходят сложность модели объекта. При этом настройка таких регуляторов в производственных условиях может стать невыполнимой задачей. Метод АКАР обеспечивает малую длительность переходного процесса за счет недопустимого в электромеханических системах значения управляющего воздействия. Преимущества нечетких (fuzzy) и нейросетевых регуляторов проявляются при сложных объектах управления с недостаточной информацией об объекте или полном отсутствии последней. Самым распространенным алгоритмом управления, используемым в промышленных системах управления, является ПИД закон управления. В последнее время для управления сложными теплоэнергетическими объектами предлагаются регуляторы с двойным ПИДД2 и даже тройным ПИДД2Д3 последовательным дифференцированием. Однако

хорошо известно, что дифференциальная составляющая сложна в реализации, расширяет полосу пропускания системы, создает собственные шумы и, как следствие, требует дополнительных фильтрующих устройств.

Отсюда возникает задача синтеза алгоритма управления, не использующего дифференциальную составляющую, несложного в реализации и обеспечивающего требуемые показатели качества процесса функционирования объектов с самовыравиванием при ограничении величины управляющего воздействия.

Во второй главе диссертации представлено решение задачи по разработке математической модели объектов с самовыравниванием при монотонном характере кривой разгона с медленным нарастанием на начальном участке.

Решение, задачи осуществляется на основе вычислительного эксперимента, позволяющего получить по данным натурного эксперимент« приближенную модель объекта, уточнить её, исследовать и сравнить результат с экспериментальными данными, после чего принять решение об окончании или продолжении эксперимента. Для этого необходимо получить по результатам натурного эксперимента разгонную кривую реального объекта в виде табличны» значений и графика изменения его выходной координаты h(t) во времени (рис. 1 ^доп - допустимая величина управления). Далее по виду разгонноР характеристики и экспериментальным данным записать примернук т.

0.7А(а>)

О.ЗЗЛН ОД

т„\

J

)

✓ h

hh Т

передаточную функцию объекта в виде _h(y>)-h(0) к

тг ' w (s) =-——е 1,оу , все параметрь

г„ = ыщ-Ч).

Toys + \

которой рассчитать в соответствии < формулами рис.1. Для оценки величинь запаздывания необходимо определит!

Рисунок 1. Разгонная кривая коэффициент v = показывающий, ка>

^»У

время запаздывания отличается от постоянной времени объекта с самовыравниванием.

Разработанный метод получения математической модели объекта с самовыравниванием основывается на частотных свойствах объектов, а именно изменении амплитуды и фазы гармонического сигнала u(t) ~ sin ыи1 на егс выходе. С этой целью предлагается рассчитать фазовый сдвиг Фу! =-arctg(w„7'oy)-w„v7'oy, вносимый примерной моделью на частоте со„ : а>ц <ашср,а <0.1.

Коэффициент а следует выбрать так, чтобы фазовый сдвиг на этой частот« находился в диапазоне Фyi<0 (Рис- 2). В противном случае нужне

уменьшить величину а. При попадании фазового сдвига ср^, в указанный диапазон рассчитывается значение модуля Ау1 на выбранной частоте сац

. V«" ^-Xq '-^ír™-- •V =0.001

\ ЛТ/

ць> it 2 ч V--0.01

X

i \

согласно выражению 1, = -

математическую модель объекта в виде:

Чтобы получить

Woy(s) = -

К,

оу

"О 0.05 0.1 0.15 0.2 0.2

Рисунок 2. Графики изменения фазового сдвига для разных значений а и V

(1)

(7> +1) (Гоу^ +1)

необходимо вычислить параметры N и Т набора инерционных звеньев при замене транспортного запаздывания в соответствии с выражением

е~* г--——. Для чего записываются амплитудно-

частотная и фазочастотная характеристики модели (1) и

значения этих характеристик на частоте со1( приравниваются к величинам Ау1 сру1, полученным ранее:

К„

Г i-/

i-1 +1

1 7 У

= А

ы

(2)

- arctgo)Hroy - N • aretgcoUT = ф>,1

Решение системы алгебраических уравнений (2) выполняется с помощью программы, написанной в пакете Editor среды MATLAB:

syms Т N

[T,N] =solve (-atan (Toy*cou) -N*atan (T* eou) +(pyi,. . -

-Ayl+Koy/ (sqrt(T0yA2* (<au) A2+l) * (sqrt (TA2* (cou) л2 + 1) ) ЛЫ) ) Результат работы программы - значения N и Т математической модели объекта с самовыравниванием в виде передаточной функции (1). Адекватность модели и реального объекта устанавливается по результатам сравнения экспериментальной y(t) и модельной уи (i) разгонных кривых в соответствии с критерием р(у,уч)= щах. Ыг)-ум(f)|->min с помощью пакета Simulink

'Ф.'п.п.!

системы MATLAB. Вычислительный эксперимент можно завершить, если погрешность получения математической модели составляет не более 5%, иначе необходимо уменьшить коэффициент а, т.е. значение сом и повторить выше указанную последовательность вычислений. Предлагаемый метод получения модели вида (1) прост в использовании, дает незначительную погрешность, в то время как метод последовательного логарифмирования невозможно применить для получения подобной модели при N > 1 из-за наложения и увеличения неточностей численного логарифмирования.

В третьей главе разработан метод синтеза алгоритма управления объектами с самовыравниванием, основанный на применении параметрических корректирующих обратных связей (КОС), и обеспечивающий требуемое качество функционирования подобных объектов при наличии ограничения на

величину управляющего воздействия. Корректирующая обратная связь названа параметрической, во-первых, потому что в ней используются параметры непрерывной математической модели объекта с самовыравниванием, во-вторых, главным параметром, влияющим на качество процесса управления, является постоянная времени 7кос минимально фазового инерционного звена, включенного в цепь КОС.

Наличие параметрической корректирующей обратной связи в разработанном алгоритме управления позволяет избавиться от

дифференциальной составляющей к регуляторе и обеспечить требуемы« показатели качества управления даже для объектов управления с существенные запаздыванием. В качестве регулятора i управляющем устройстве (рис. 3 предлагается использовать традиционньн ПИ-регулятор, охваченньи

параметрической КОС.

Расчет параметров ПИ-регулятор; основан на частотном критерш корректирующей обратной связью Найквиста, в соответствии с которым н;

частоте среза <вср модуль комплексного коэффициента передачи замкнуто] системы равен 1, а запас по фазе уср, должен лежать в пределах 60-75 угловы; градусов. В диссертационной работе предложена программа расчета частоть среза шср для выбранного в указанном диапазоне значения запаса по фазе уср г коэффициента передачи регулятора А'рег при заданном значении постоянно! интегрирования.

Параметрическая КОС (рис. 3) состоит из моделей в виде передаточно! функции WOCH(s) - основной части математической модели объекта t самовыравниванием (1), полученной в главе 2, и модели (1- WK0C(s)). Е

диссертационной работе предлагается выбрать ifK0C(s) =---, при это»

ТКОСХ ' 1 j

параметрическая КОС будет представлять собой гибкую обратную связь (ГОС

с передаточной функцией TkoqS . Задача расчета параметрической КОС

Т 1 +1

сводится к определению значения постоянной времени Гкос, поскольку №'осн (s является частью математической модели объекта с самовыравниванием определенной ранее. Для нахождения значения этой постоянной временг необходимо определить передаточную функцию замкнутой системы (рис.3) о тем, чтобы получить её характеристическое уравнение в виде:

D(s) = d0s" + d^ +... + dks"~k + ... + d„_xs + dn = 0. (3

При этом выражение среднегеометрического корня через параметры системь (рис. 3) имеет вид:

ю

'СЛПАКТ УШ'ЛКГШии:

Рисунок 3. Структурная схема модели системы с УУ в виде регулятора с параметрической

n0 = 4]srs2-s3-...-sn =

= +и

У Т Г Т TN'

I -'и'кос-'осн'

из которого следует, что

Т = КР"К°У /4ч

кос „ N-

"(Ии'осн*

причем п = N + 3, (N - количество минимально фазовых инерционных звеньев в передаточной функции модели объекта с самовыравниванием (2.1)), Гкос-постоянная времени параметрической корректирующей обратной связи.

От величины среднегеометрического корня зависит быстродействие системы, в частности, величина tH - времени первого попадания в трубку ,ууст ±0,05ууст. Выбрав желаемое время нарастания переходного процесса гн и определив соответствующее ему значение Q0, можно по выражению (4) рассчитать постоянную времени Ткос. Обычно при синтезе алгоритма управления стараются использовать стандартные характеристические полиномы, обеспечивающие замкнутой системе при отсутствии нулей в математической модели объекта желаемый характер переходного процесса. Среди таких полиномов можно указать полиномы Ньютона, Баттерворта, Бесселя и др., каждый из которых имеет определенное расположение корней на комплексной плоскости. Как показали исследования, наилучший результат по быстродействию и перерегулированию, меньшему 5%, для модели системы (рис. 3) обеспечивает характеристический полином Ньютона, для которого время нарастания переходного процесса /н связано со среднегеометрическим корнем следующим соотношением:

<»=-V

¿¿о

Следовательно, положив в (5) fH<T0CH, в соответствии с выражением (4) определяем значение постоянной времени Гкос параметрической КОС. Проверка результатов расчета моделированием замкнутой системы (рис. 3) в среде MATLAB подтвердила правильность теоретических предпосылок.

Оценка погрешностей вычисления кода управляющего воздействия с использованием численных методов при разных способах реализации разработанного алгоритма управления с параметрической КОС показала, что наименьшую погрешность обеспечивает параллельно-каскадная реализация.

В четвертой главе разработан программно-моделирующий комплекс (ПМК) для проведения вычислительного эксперимента, позволяющий получить разработанным методом математическую модель объекта управления с последующим синтезом алгоритма управления и выработкой рекомендаций оператору-технологу по управлению реальным промышленным объектом. ПМК (рис. 4) состоит из оболочки, написанной в ш-файле среды MATLAB с визуализацией в GUI, и тела программы микроконтроллера в CodeVision AVR

il

2. 04.4А. Для запуска необходимых устройств разработана инструментальн; панель с набором визуальных компонентов.

Комплекс представляет собой гибю инструмент, позволяющий в режи» интерактивного взаимодейств!

оператора-технолога с ПЭВМ реша задачи определения математическс модели реального объекта управления синтеза алгоритма управления. ПМ предоставляет пользователю следующ1 возможности:

- ввести в программу данные разгоннс кривой реального объекта;

- определить математическую мoдeJ

Рисунок 4. Функциональная схема объекта с самовыравниванием;

рщК - вычислить погрешность получение

модели объекта с самовыравниванис и вывести на экран для сравнения графики реальной и смоделированш разгонных характеристик;

- выполнить синтез алгоритма управления разработанным методом;

- произвести моделирование системы с полученными в програмр значениями, задавая величину уставки (все данные из программ переносятся в схему моделирования автоматически);

- после выполненной проверки с помощью имитационного моделирования среде МАТЬ А В предусмотрена возможность передачи параметр! управляющего устройства в микроконтроллер для дальнейшего управлен1 реальным объектом;

- в самой программе, для облегчения работы пользователя, ее рекомендации по её использованию.

На рис. 5 представлена блок-схема работы ПМК: 5,а - алгорш определения математической модели реального объекта с самовыравнивание 5,6 - блок-схема синтеза алгоритма управления с расчетом параметров П регулятора и параметрической КОС, проверкой путем имитационно моделирования в среде МАТЬАВ и выдачей результатов в програм» микроконтроллера.

От устройства связи с объектом данные реальной разгоннс характеристики передаются на АРМ диспетчера и в виде табличных значен! сохраняются в базе данных ПЭВМ. ПМК считывает их • и строит реальну разгонную характеристику, для того, чтобы определить математическу модель и выполнить синтез алгоритма управления. После получен! математической модели и синтеза алгоритма управления все параметр заносятся в схему собранную в системе БтиНпк среды МАТЬАВ для проверк Если оператора удовлетворяет полученный результат, то выполняется перех<

Ш1ЛОЧКА1ИЮГРДММЫ

к программе МК в реальной системе управления. В противном случае оператор выполняет действия, предлагаемые ему программой.

Рисунок 5. Блок-схема работы ПМК, а - алгоритм определения математической модели реального объекта с самовыравниванием

Рисунок 5. Блок-схема работы ПМК, б - синтез алгоритма управления с расчетом параметров ПИ регулятора и параметрической КОС, проверкой путем имитационного моделирования в среде МАТЬ А В и выдачей результатов в программу микроконтроллера

Заключение содержит перечень основных результатов и следующих и: них выводов.

Основными результатами диссертационной работы являются метод

получения математических моделей объектов с самовыравниванием, метод

синтеза алгоритма управления подобными объектами, комплекс проблемно-

ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента.

В частности, следующие результаты отличаются новизной:

1. Разработана непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев, отличающаяся малым объемом вычислений и высокой надежностью расчетов по сравнению с методом последовательного логарифмирования, что позволяет улучшить оценки погрешности отражения начального участка разгонной характеристики реального объекта до значения менее 4%, более чем вдвое меньшего погрешности известных методов, которые в главе 2 строятся на основе рядов Паде, метода Симою и метода наименьших квадратов (С. 50-73).

2. На основе предложенной модели объекта с самовыравниванием разработан метод синтеза алгоритма управления, отличающийся применением параметрической корректирующей обратной связи, обеспечивающей независимо от количества минимально фазовых звеньев требуемое качество его функционирования, что при наличии ограничения на величину управляющего воздействия позволяет существенно сократить время реакции моделируемых объектов по сравнению с известными методами синтеза алгоритмов управления (С. 74-83,100-120).

3. На основе численных методов разработана параллельно-каскадная реализация синтезированного дискретного алгоритма управления, обеспечивающая требуемое функционирование объекта с самовыравниванием и уменьшение погрешности вычисления кода управляющего воздействия по сравнению с прямой реализацией (С.84-99).

4. Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся тем, что в процессе вычислительного эксперимента позволяет по данным натурного эксперимента определить математическую модель реального объекта с самовыравниванием, исследовать её, выполнить синтез алгоритма управления этим объектом и проверить результаты путем имитационного моделирования, после чего осуществить переход к программе микроконтроллера (С. 121-136).

5. ПМК зарегистрирован как электронный ресурс отвечающий требованиям новизны и приоритетности в Институте научной и педагогической информации российской академии образования (ИНИПИ РАО), получено свидетельство №18492 от 10 августа 2012г.

Результат работы ПМК для процесса нагрева:

- график разгонной кривой исследуемого объекта, считанный из базы данных, полученной в результате натурного эксперимента;

- выполнен вычислительный эксперимент, заключающийся в получении параметров примерной модели объекта с самовыравниванием: постоянной

времени переходного процесса, постоянной времени объекта управления, коэффициента передачи объекта управления, времени запаздывания;

- с использованием предложенного в диссертационной работе метод; получена точная математическая модель объекта с самовыравниванием для чего программно рассчитаны постоянная времени и количестве инерционных звеньев, а также погрешность модели объекта с точностьк пять знаков после запятой, которая составила 0,74056 %, что характеризуе" разработанный метод как высокоэффективный;

- при синтезе алгоритма управления разработанным в диссертационно! работе методом программно рассчитываются его параметры: коэффициен' передачи, постоянная времени интегрирования, постоянная времеш параметрической коррелирующей обратной связи, для чего вычисляюто запас по фазе, частота среза, уставка для дальнейшего моделирования;

- при переходе к имитационному моделированию полученных численны; алгоритмов все данные из ПМК переносятся в БтиНпк автоматически Процесс моделирования заканчивается переходом к программ! микроконтроллера при обеспечении заданной точности. В противно?, случае оператор обращается к файлам помощи для получения дальпейши; рекомендаций.

Применение разработанных в диссертационной работе метода получени; математической модели объектов с самовыравниванием и метода синтез! алгоритма управления ими позволяет облегчить процесс обеспечени: качественного функционирования реального объекта. Предложенный алгорит» управления применим к любому объекту с самовыравниванием независимо о' порядка его модели.

Результаты диссертационного исследования могут применяться дги управления реальными промышленными объектами, такими ка! исполнительные устройства роботов, станков с ЧПУ, прокатных станов ректификационных колонн, объектов тепловых электростанций и т.п Разработанный программно-моделирующий комплекс (ПМК) существен» облегчает процесс обеспечения качественного функционирования реальной объекта, не требует больших временных затрат и знания специализированны: языков моделирования. Применение ПМК в учебном процессе позволи' студентам приобретать навыки в области имитационного моделирования вычислительного эксперимента и численных методов реализации алгоритме] управления.

Приложения содержат акты об использовании результате] диссертационной работы, свидетельство о регистрации электронного ресурса.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ВАК: 1. Моисеева Е.В. Алгоритм идентификации промышленного объекта по еп временной и частотной характеристикам для целей обучения на тренажернои стенде// Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск: «Методы I

средства адаптивного управления в электроэнергетике». - 2011. -№2 (115). -С.32-38.

2. Пьявченко Т.А., Моисеева Е.В. Математический метод синтеза алгоритма управления с использованием частотных критериев на основе данных натурного эксперимента// Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск: «Перспективные системы и задачи управления». - 2011.-№3(116).-С. 93-99.

3. Моисеева Е.В. Экспериментально-аналитический метод идентификации низкочастотных объектов// Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Методы и средства адаптивного управления в электроэнергетике». -2012. - №2 (127). - С. 29 - 35.

4. Пьявченко Т.А., Моисеева Е.В. Параметрическая коррекция динамики электропривода на основе метода технического оптимума// Мехатроника, автоматизация, управление. - №4 (133). Изд-во «Новые технологии», 2012г. Прочие труды:

5. Моисеева Е.В. Проектирование АСУТП в SCAD А - системе TRACE MODE в реальном времени на учебном лабораторном стенде. Вопросы специальной радиоэлектроники. Выпуск 2 «Общие вопросы радиоэлектроники». Таганрог: Изд.-во ТГИ ЮФУ, 20Ю.Стр. 143.

6. Моисеева Е.В. Идентификация объекта управления с медленно меняющейся на начальном участке кривой разгона// Сб. материалов X Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления». Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010.-Т.1, стр.152.

7. Моисеева Е.В. Идентификация объекта по его временной и частотной характеристикам. «Наука и образование на рубеже тысячелетий». Сборник научно-исследовательских работ. М.: «Учлитвуз», с. 45-52.2012 г.

8. Моисеева Е.В. Алгоритм программной реализации процесса идентификации объекта управления и синтеза регулятора для целей обучения. Тринадцатый международный научно-практический семинар «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». - г.Таганрог. Изд-во ТТИ ЮФУ. Кн.2. 2012, №12. С.126-130.

9. Моисеева Е.В., Пьявченко Т.А. Применение вычислительного эксперимента и имитационного моделирования для идентификации низкочастотных объектов// Современные сложные системы управления X High Technology Control Systems HTCS'2012: Материалы международной научно-технической конференции. - Старый Оскол: ТНТ, 2012. - С. 55-57.

10. Моисеева Е.В. Идентификация объекта и синтез алгоритма управления на основе критерия технического оптимума// Сборник материалов IX Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление». - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. -Т.2. - 324 с./4 с.

11. Моисеева Е.В. Система стабилизации программного движения робота манипулятора// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы

докладов четырнадцатой международной научно-технической конферен] студентов и аспирантов. В 3-х т. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008. Т1 - 41

Регистрация электронного ресурса:

12. Свидетельство о регистрации программно-моделирующего компле Ха 18492 от 10 августа 2012г.

Лично автором в работах [2, 4, 9] разработаны методы получе: математической модели объектов и синтеза алгоритма управления, а та1 исследование их с помощью учебного лабораторного стенда и применени электромеханических системах.

Соискатель

Моисеева Елена Викторовна

Список сокращений.

Введение.

1 Обзор методов получения математических моделей, синтеза алгоритмов управления и постановка задачи диссертационного исследования.

1.1 Обзор и сравнительный анализ существующих математических моделей объектов с самовыравниванием.

1.1.1 Непараметрические методы получения математических моделей объектов с самовыравниванием.

1.1.2 Параметрические методы получения математических моделей объектов с самовыравниванием.

1.2 Обзор и анализ существующих алгоритмов управления объектами с самовыравниванием.

1.2.1 Метод аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР).

1.2.2 Метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР).

1.2.3 Переключающееся управляющее устройство с агрегированного регулятора на интегратор с упреждением (изодромное звено).

1.2.4 Системы управления с ПИД-регуляторами.

1.2.5 Использование нечеткой логики и нейронных сетей для синтеза алгоритмов управления.

1.2.6 Модальное управление.

1.3 Постановка задачи на разработку непрерывной математической модели объекта с самовыравниванием и синтеза алгоритма управления подобными объектами.

Актуальность проблемы. Развитие средств вычислительной техники и программного обеспечения открывает широкие возможности для комплексного исследования сложных промышленных объектов на основе современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента. При этом важно не только получить математическую модель подобных объектов, но и разработать эффективные алгоритмы управления ими.

В настоящее время развитие науки и техники немыслимо без использования современных быстродействующих вычислительных средств, позволяющих перейти к детальному математическому моделированию -вычислительному эксперименту, который расширяет возможности натурного эксперимента, иногда даже заменяя его.

Благодаря вкладу в совершенствование численных методов отечественных и зарубежных ученых таких, как Бахвалов Н.С., Самарский

A.A., Канторович JI.B., Хаусхолдер A.C. и др. стали возможны многие достижения в современной науке управления, позволившие описать натурный эксперимент математической моделью, исследовать её и завершить вычислительным экспериментом с новыми результатами и рекомендациями по расширению возможностей функционирования различных объектов.

В развитие теории получения математических моделей и синтеза алгоритмов управления внесли существенный вклад как отечественные, так и зарубежные ученые: Цыпкин Я.З., Красовский A.A., Ротач В.Я., Стефани Е.П., Петров Б.Н., Райбман Н.С., Колесников A.A., Попов Е.П., Олейников

B.А., Острем К., Эйкхоф П., Гроп Д., Калман P.E., Льюинг Л., Заде Л., Смит О. и многие другие, предоставив богатый выбор методов получения математических моделей объектов и аналитических методов синтеза алгоритмов управления ими. Однако на практике продолжает использоваться ограниченное их число, что зачастую объясняется сложностью предлагаемых алгоритмов и трудностью в их наладке. В свою очередь решение крупных научно-технических проблем стало возможным лишь благодаря применению математического моделирования и численных методов.

Актуальность проблемы анализа и синтеза систем управления промышленными объектами заключается в востребованности новых математических моделей этих объектов и алгоритмов управления, обеспечивающих высокое качество функционирования системы в целом, с реализацией их численными методами в виде проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента. Особенно актуальным в настоящее время, на наш взгляд, является разработка программно-моделирующего комплекса в помощь оператору-технологу для целей получения математической модели объектов управления и синтеза алгоритма управления ими.

Объектами исследования диссертации являются математические модели объектов с самовыравниванием и методы синтеза алгоритмов управления ими при ограничении на величину управляющих воздействий.

Цель диссертационной работы состоит в разработке и исследовании математических моделей объектов с самовыравниванием, метода синтеза алгоритма управления подобными объектами при наличии ограничения на величину управляющего воздействия и в разработке комплекса проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие научные задачи:

1. Анализ существующих методов получения математических моделей и методов синтеза алгоритмов управления объектами с самовыравниванием.

2. Разработка математической модели объекта с самовыравниванием, учитывающей малую скорость изменения начального участка разгонной кривой.

3. Разработка метода синтеза алгоритма управления объектами с самовыравниванием, обеспечивающего благодаря введению параметрических корректирующих обратных связей требуемые показатели качества функционирования этих объектов при наличии ограничения на величину управляющего воздействия.

4. Разработка и исследование способов реализации дискретного алгоритма управления объектами с самовыравниванием на основе численных методов, позволяющих минимизировать погрешности вычисления кода управляющего воздействия.

5. Разработка комплекса проблемно-ориентированных программ по проведению вычислительного эксперимента для получения математической модели объекта с самовыравниванием по данным натурного эксперимента и алгоритма управления с целью улучшения их функционирования.

Методы проведения исследования. В диссертационной работе используются методы математического моделирования, вычислительного эксперимента, системного программирования, теории автоматического управления и численные методы. Для подтверждения теоретических результатов в экспериментальных исследованиях применялось моделирование на ЭВМ с использованием комплексов программ, а также натурные испытания предложенных моделей и алгоритмов на учебных тренажерных стендах «Цифровое управление двигателем постоянного тока», «Иерархическая система управления процессом нагрева».

Достоверность полученных результатов подтверждается применением указанных выше методов для ряда реальных объектов, данными экспериментальных исследований, корректным использованием математических методов, публикациями в материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев, отличающаяся малым объемом вычислений и высокой надежностью расчетов по сравнению с методом последовательного логарифмирования, что позволяет улучшить оценки погрешности отражения начального участка разгонной характеристики реального объекта до значения менее 4%, более чем вдвое меньшего погрешности известных методов, которые в данном приложении строятся на основе рядов Паде, метода Симою и метода наименьших квадратов (С. 50-73).

2. На основе предложенной модели объекта с самовыравниванием разработан метод синтеза алгоритма управления, отличающийся применением параметрической корректирующей обратной связи, обеспечивающей независимо от количества минимально фазовых звеньев требуемое качество его функционирования, что при наличии ограничения на величину управляющего воздействия позволяет существенно сократить время реакции моделируемых объектов по сравнению с известными методами синтеза алгоритмов управления (С. 74-83, 100-120).

3. На основе численных методов разработана параллельно-каскадная реализация синтезированного дискретного алгоритма управления, обеспечивающая требуемое управление и уменьшение погрешности вычисления кода управляющего воздействия по сравнению с прямой реализацией (С.84-99).

4. Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся тем, что по данным натурного эксперимента позволяет получить и исследовать в процессе вычислительного эксперимента математическую модель реального объекта с самовыравниванием, выполнить синтез алгоритма управления с целью улучшения его функционирования, проверить результаты путем имитационного моделирования, а также выполнить переход к программе микроконтроллера (С. 121-136).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев.

2. Математический метод синтеза алгоритма управления с параметрической корректирующей обратной связью.

3. Параллельно-каскадная реализация на основе численных методов дискретного алгоритма управления для снижения погрешности вычисления кода управляющего воздействия.

4. Комплекс проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента с выработкой рекомендаций по его проведению.

Практическая ценность результатов исследований заключается в применении их для управления реальными промышленными объектами, такими как исполнительные устройства роботов, станков с ЧПУ, прокатных станов и т.п. Разработанный программно-моделирующий комплекс (ПМК) прост в использовании, не требует больших временных затрат и знания специализированных языков моделирования. Применение ПМК в учебном процессе позволит студентам приобретать навыки в области имитационного моделирования, вычислительного эксперимента и численных методов реализации алгоритмов управления. Применение разработанных в диссертационной работе методов получения математической модели и синтеза алгоритма управления объектами с самовыравниванием позволяет улучшить качество функционирования таких объектов и, следовательно, повысить конкурентоспособность предприятия.

Структура работы. Излагаемый в диссертационной работе материал разделен на четыре главы.

В первой главе произведён обзор и сравнительный анализ существующих методов получения математических моделей объектов с самовыравниванием, выполнен обзор и сравнительный анализ алгоритмов управления подобными объектами. Осуществлена постановка задачи на разработку непрерывной математической модели объектов с самовыравниванием и синтеза алгоритма управления ими.

Во второй главе диссертации представлено решение задачи по разработке математической модели объектов с самовыравниванием при монотонном характере кривой разгона с медленным нарастанием на начальном участке.

В третьей главе разработан метод синтеза непрерывного алгоритма управления объектом с самовыравниванием, основанный на применении параметрических корректирующих обратных связей (КОС) и обеспечивающий требуемое качество функционирования подобных объектов при наличии ограничения на величину управляющего воздействия. Оценка погрешностей вычисления кода управляющего воздействия с использованием численных методов при разных способах реализации разработанного алгоритма управления с параметрической КОС показала, что наименьшую погрешность обеспечивает параллельно-каскадная реализация.

В четвертой главе разработан программно-моделирующий комплекс (ПМК) для проведения вычислительного эксперимента, позволяющий получить разработанным методом математическую модель объекта управления с последующим синтезом алгоритма управления и выработкой рекомендаций оператору-технологу по управлению реальным промышленным объектом.

Общее заключение по диссертационной работе содержит перечень основных результатов и следующих из них выводов, а также сведения о ь регистрации электронного ресурса. Акты внедрения результатов работы приведены в приложении.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационного исследования внедрены и используются в учебном * процессе кафедры систем автоматического управления Технологического института ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет» в г.Таганроге, в производственном процессе ОАО «ПромТяжМаш» при управлении станками с ЧПУ; при проектировании устройств управления конвейерами, производимыми на ОАО «ПромТяжМаш»; при автоматизации производства конвейерного оборудования (г. Таганрог). Получено свидетельство о регистрации электронного ресурса, отвечающего требованиям новизны и приоритетности №18492 от 10.08.2012, «Программно-моделирующий комплекс автоматизированного проектирования систем управления (ПМК АПСУ)».

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на X Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» («КРЭС-2010»), Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2010.; Международной молодежной научно-практической конференции «Методы и средства адаптивного управления в электроэнергетике - 2010», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2010; X Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» , Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2010; Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2011; IX Всероссийской научной конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2011; Международной научно-технической конференции «Современные сложные системы управления X. НТС8'2012», Старый Оскол: ТНТ, 2012; XIII Международном научно-практическом семинаре «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы», Таганрог: ТТИ ЮФУ, 2012.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 статьях, среди которых 4 включены в перечень изданий, рекомендованных ВАК, в 2 тезисах докладов в открытой печати и в свидетельстве о регистрации программно-моделирующего комплекса.

Диссертация соответствует пунктам 4, 5, 7 паспорта специальности: 05.13.18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ».

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 156 страницы машинописного текста, включая введение, четыре главы, заключение, список литературы из 149-ти наименований, 62 рисунка, 5 таблиц, а также приложение на 3-х страницах.

Заключение

Основными результатами диссертационной работы являются метод получения математических моделей объектов с самовыравниванием, метод синтеза алгоритма управления подобными объектами, комплекс проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента. В частности, следующие результаты отличаются новизной:

1. Разработана непрерывная математическая модель объектов с самовыравниванием в виде набора устойчивых минимально фазовых звеньев, отличающаяся малым объемом вычислений и высокой надежностью расчетов по сравнению с методом последовательного логарифмирования, что позволяет улучшить оценки погрешности отражения начального участка разгонной характеристики реального объекта до значения менее 4%, более чем вдвое меньшего погрешности известных методов, которые в данном приложении строятся на основе рядов Паде, метода Симою и метода наименьших квадратов (С. 50-73).

2. На основе предложенной модели объекта с самовыравниванием разработан метод синтеза алгоритма управления, отличающийся применением параметрической корректирующей обратной связи, обеспечивающей независимо от количества минимально фазовых звеньев требуемое качество его функционирования, что при наличии ограничения на величину управляющего воздействия позволяет существенно сократить время реакции моделируемых объектов по сравнению с известными методами синтеза алгоритмов управления (С. 74-83, 100-120).

3. На основе численных методов разработана параллельно-каскадная реализация синтезированного дискретного алгоритма управления, обеспечивающая требуемое управление и уменьшение погрешности вычисления кода управляющего воздействия по сравнению с прямой реализацией (С.84-99).

4. Разработан комплекс проблемно-ориентированных программ, отличающийся тем, что в процессе вычислительного эксперимента позволяет определить математическую модель реального объекта с самовыравниванием, выполнить синтез алгоритма управления этим объектом и проверить результаты путем имитационного моделирования, а также выполнить переход к программе микроконтроллера (С. 121-136).

5. ПМК зарегистрирован как электронный ресурс отвечающий требованиям новизны и приоритетности в Институте научной и педагогической информации российской академии образования (ИНИПИ РАО), получено свидетельство №18492 от 10 августа 2012г.

Результат работы ПМК для процесса нагрева:

- график разгонной кривой исследуемого объекта, считанный из базы данных, полученной в результате натурного эксперимента;

- выполнен вычислительный эксперимент, заключающийся в получении параметров примерной модели объекта с самовыравниванием: постоянной времени переходного процесса, постоянной времени объекта управления, коэффициента передачи объекта управления, времени запаздывания;

- с использованием предложенного в диссертационной работе метода получена точная математическая модель объекта с самовыравниванием для чего программно рассчитаны постоянная времени и количество инерционных звеньев, а также погрешность модели объекта с точностью пять знаков после запятой, которая составила 0,74056 %, что характеризует разработанный метод как высокоэффективный;

- при синтезе алгоритма управления разработанным в диссертационной работе методом программно рассчитываются его параметры: коэффициент передачи, постоянная времени интегрирования, постоянная времени параметрической корректирующей обратной связи, для чего вычисляются запас по фазе, частота среза, уставка для дальнейшего моделирования;

- при переходе к имитационному моделированию полученных численных алгоритмов все данные из ПМК переносятся в 81тиНпк автоматически. Процесс моделирования заканчивается переходом к программе микроконтроллера при обеспечении заданной точности. В противном случае оператор обращается к файлам помощи для получения дальнейших рекомендаций.

Применение разработанных в диссертационной работе метода получения математической модели объекта с самовыравниванием и метода синтеза алгоритма управления ими позволяет облегчить процесс проектирования систем управления и улучшить их качество. Предложенный алгоритм управления применим к любому объекту с самовыравниванием независимо от порядка его модели.

Результаты диссертационного исследования могут применяться для управления реальными промышленными объектами, такими как исполнительные устройства роботов, станков с ЧПУ, прокатных станов, ректификационных колонн, объектов тепловых электростанций и т.п. Разработанный программно-моделирующий комплекс (ПМК) существенно облегчает процесс проектирования систем управления реальными объектами, не требует больших временных затрат и знания специализированных языков моделирования. Применение ПМК в учебном процессе позволит студентам приобретать навыки в области имитационного моделирования, вычислительного эксперимента и численных методов реализации алгоритмов управления.

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

2. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.

3. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с.

4. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления: Пер. с англ. М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. - 832 с.

5. Имаев Д.Х., Ковальски 3., Кузьмин H.H., Пошехонов Л.Б., Цапко Г.П., Яковлев В.Б. Анализ и синтез систем управления. Теория. Методы. Гданьск, Санкт- Перербург, Сургут, Томск. 1997. 172 с.

6. Колесников A.A. и др. Синергетическое управление нелинейными электромеханическими системами. М.: Испо - сервис, 2000. - 248 с.

7. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления. Ч. 1/ Под ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.-400 с.

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

9. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1986.

10. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учеб. В Зт. Т.2: Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления/ Под ред. Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000.

11. И.Подчукаев В.А. Аналитические методы теории управления. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 256 с.

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

13. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления. Ч. 1/ Под ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.-400 с.

14. Современная прикладная теория управления: Синергетический подход в теории управления. Ч. 2/ Под ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 559 с.

15. Современная прикладная теория управления: Новые классы регуляторов технических систем. Ч. 3/ Под ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.-656 с.

16. Смирнов Н.И., Сабанин В.Р., Репин А.И. Структурная реализация и оптимальная настройка многопараметрического ПИДД2 регулятора с реальным дифференцированием// Промышленные АСУ и контроллеры. 2007.№11.

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

18. Современные методы идентификации систем / Под ред. П. М. Эйкхоффа. М. Мир, 1983.-400 с.

19. Юсупов П. М. Элементы теории идентификации технических объектов. -М.: Изд-во МО СССР, 1974. 202 с.

20. Маслюков И.И., Шумаев Ф.Г.Промышленные печи хлебобулочного и кондитерского производства. М.:, 1971.

21. Карташов В. Я. Цифровые системы контроля с идентификацией динамических свойств и характеристик сложных объектов/Докторская диссертация. Кемерово: КемГУ, 1997. - 478 с.

22. Новосельцева М.А. Идентификация моделей совмещенных случайных процессов для систем контроля горной техники // Дисс. канд. тех. наук / Кемерово: КемГУ, 2001.

23. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. -М.: Энергия, 1975.

24. Сургучев Г. Д. Математическое моделирование сталеплавильных процессов. М.: Металлургия, 1978. - 224 с.

25. Тихонов А.Н., Уфимцев М.В. Статистическая обработка результатов экспериментов /Учебное пособие М.: Изд-во Московского госуниверситета, 1988. - 174с.

26. Системы цифрового управления самолетом / Под ред. А. Д.

27. Александрова и С. М. Федорова. М.: Машиностроение, 1983. 223 с.

28. Глазунов В.Ф., Прокушев C.B. Автоматизация оборудования для непрерывной обработки текстильных материалов/Иван.гос.энерг. ун-т. -Иваново, 2002.-348с.

29. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: Учеб. для вузов по спец. «Робототехнические системы и комплексы». -М.: высш.шк., 1990. 224 с.

30. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Оптимизация механико-технологических процессов текстильной промышленности: Учеб. для вузов М.:Легпромиздат, 1991. - 256 с.

31. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1991. 480 с.

32. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для ВУЗов / под ред. Е.Г. Дудникова. М.: Химия, 1987. 368 с.

33. Олейников В.А. Оптимальное управление технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности. JL: Недра, 1982.

34. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972. 376 с.

35. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: Учебник для ВУЗов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 296 с.

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

37. Дж. Бейкер, мл., П.Грейвс-Моррис «Аппроксимация Паде». Пер. с англ. -М.:Мир, 1986. 502 е., ил.

38. Симою М.П. Определение коэффициентов передаточных функций линеаризованных звеньев систем регулирования. Автоматика и телемеханика, 1957 г., № 6, с.514-527

39. Аязян Г.К. Пакет программ ТАУ. / Руководство пользователя. Уфа, 2000г., 11с.

40. Комиссарчик В.Ф. «Автоматическое регулирование технологических процессов. Учебное пособие. Тверь: Изд-во Тверского государственного технического университета. 2001. 247 с.

41. Волгин В.В. Методы расчета систем автоматического регулирования. / Учебное пособие. М.: Изд-во МЭИ, 1972г., 192с.

42. Идентификация и оптимизация нелинейных стохастических систем / Ю.С. Попков, О.Н. Киселев, Н.П. Петров и др. . М.: Энергия, 1976. 440 с.

43. Перельман И.И. Оперативная идентификация объектов управления. -М.: Энергоиздат, 1982.

44. Райбман Н.С. Идентификация объектов управления (обзор)//Автоматика и телемеханика, 1979. N 6. - с. 80 - 93.

45. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.: Энергия, 1975.

46. Типовые линейные модели объектов управления /Под ред. Н.С.Райбмана. -М.: Энергоатомиздат, 1983.

47. Цыпкин Я. 3. Информационная теория идентификации. М.: Наука, 1995.-336 с.

48. Ljung L., Soderstrom Т. Theoiy and pracktice of recursive identification -Cambr., Mass: MIT Press, 1983. p529.

49. Stoica P., Soderstrom T. A method for the identification of linear systems using the generalised least squarec principles.- IEEE Transactions on Automatic Control, 1977.- Vol. 22.- N 4.- pp. 631 639.

50. Гроп Д. Методы идентификации систем. М.: Мир, 1979. - 302 с.

51. Калман P.E. Идентификация систем с шумами / Успехи математических наук. 1985, т.40, № 4(244). - с.27-41.

52. Льюнг Л. О точности модели в идентификации систем //Известия АН. Техническая кибернетика, № 6. -М.: Наука, 1992. с.55-64.

53. Isermann R., Process of identification, Berlin, Springer, 1974.

54. Невельсон M. Б., Хасьминский P. 3. Стохастическая аппрокси-мация и рекуррентное оценивание. М.: Наука, 1972. - 304 с.

55. Качанов Б.О. Симметричное преобразование Лапласа и его применение для параметрической идентификации линейных систем//АиТ.2009.№8. С.49-57.

56. Душин С. Е., Зотов Н.С., Имаев Д. X. и др.Теория автоматического управления: Учеб.для вузов / Под ред. В. Б. Яковлева. М.: Выс-шая школа, 2005.

57. Спиди К., Браун Р., Гудвин Дж. Теория управления (идентификация и оптимальное управление). М: Мир, 1973. - 248 с.

58. Cochran W.G. The omission or addition an independent variable in multiple linear regression // J. R. Stat. Soc. Suppl., № 5,pp. 171-176.

59. Quenouille M.H. An application of least squares to family diet surveys // Econometrica, № 18, pp. 27-44.

60. Seber G.A.F. Linear regression analysis. Wiley: New York, London, Sydney and Toronto. 1977.;

61. Себер Дж. Линейный регрессионный анализ: Пер с англ. М.: Мир, 1980. 456 с.

62. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. Кн.1: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1986. 366 с.

63. Альтшуллер С. В. Методы оценки параметров процессов АРСС // Автоматика и телемеханика. 1982. -N8. - С. 5-18.

64. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989.-448 с.

65. Бриллинджер Д. Временные ряды. Обработка данных и теория. М.: Мир, 1980.-536 с.

66. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений / Т. С. Хуанг, Дж-О. Эклунд, Г. Дж. Нуссбаумер и др.; Под ред. Т. С. Хуанга: -М.: Радио и связь, 1984. 224 с.

67. Кендал М. Временные ряды. М.: Радио и связь, 1981. - 198 с.

68. Оппенгейм А. В., Шафер Р. В. Цифровая обработка сигналов. — М.: Радио и связь, 1979. 416 с.

69. Ярославский Л. П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии: введение в цифровую оптику. М.: Радио и связь, 1987. -296 с.

70. Автоматизация технологических процессов в текстильной промышленности: Учеб. пособие/ Д.П.Петелин, А.Б.Козлов, А.Р.Джелялов, В.Н.Шахнин М.: Легкая индустрия, 1980. -320с.

71. Новые разработки электроприводов для промышленных роботов и робототехнических комплексов/Б.В. Гулыманов, В.М. Ситниченко, JI.A. Шпиглер.//Автоматизированный электропривод, 1990.

72. Лебедев A.M. и др. Следящие электроприводы станков с ЧПУ/А.М. Лебедев, Р.Т. Орлов, А.В.Пальцев. М.гЭнергоатомиздат, 1988. - 223 с.

73. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: Учеб.для вузов. М.: Машиностроение, 1990. — 304 с.

74. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справ, пособие/ А.С.Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов; Под ред. A.C. Клюева. 2-е изд, перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989.-368 с.

75. Ротач В.Я. Расчет настройка реальных ПИД регуляторов// Теплоэнергетика. 1993 .№10.

76. Пакина Г.А., Верховский A.B. Об одном методе расчета оптимальных настроек типовых регуляторов// Сборник научных трудов «теория и практика построения и функционирования АСУТП», МЭИ, 1998.

77. Штейнберг Ш.Е., Сережин Л.П. и др. Проблемы создания и эксплуатации эффективных систем регулирования// Промышленные АСУ и контроллеры.2004.№7.

78. Поляк Б.Т., Щербаков П.С. Робастная устойчивость и управление. М.: Наука, 2002. - 303 с.

79. Медведев B.C., Потемкин В.Г. Control System Toolbox. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999.

80. Control System Toolbox User's Guide The MathWorks, Inc., 1998. - 535 p.

81. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем. М.: Машиностроение, 1986. - 272 с.

82. Пьявченко Т.А., Бачило С.А., Панкратов A.B. Управляющее устройство с перестраиваемой структурой. Авиакосмическое приборостроение. 2004, №8. С.41-44.

83. Колесников A.A. Синергетическая теория управления. Таганрог: ТРТУ, М.: Энергоатомиздат, 1994. 344с.

84. Bertocco М., Cappellazzo S., Flammini A., Parvis М. A multi-layer architecture for distributed data acquisition. Proceedings of the 19th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2002. IMTC/2002, vol. 2, 2002, p. 1261 1264.

85. Ziegler J. G., Nichols N. B. Optimum settings for automatic controllers. -Trans. ASME, vol. 64, p. 759-768,1942.

86. Astrom K.J., Hagglund Т. Advanced PID control. ISA - The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 2006,460 p.

87. Leva A., Cox C., Ruano A. Hands-on PID autotuning: a guide to better utilization. IF AC Professional Brief. http://www.ifac-control.org.

88. Yao L., Lin C.-C. Design of a self tuning fuzzy PID controller by the accumulated genetic algorithm//2002 IEEE International Conference on Industrial Technology.2002. IEEE ICIT'02.Vol.l.P.649-654.

89. Chiu S. Using fuzzy logic in control applications: beyond fuzzy PID control/ЛЕЕЕ Control Systems Magazine. Oct 1998. Vol.18. Issue 5. P.100-104.

90. Tang K.S., Man K.F., Chen G., Kwong S. An optimal fuzzy PID controller/ЯЕЕЕ Transactions on Industrial Electronics. Aug 2001. Vol.48. Issue 4. P.757-765.

91. Fleming P.J., Purshouse R.C. Genetic algorithms in control systems engineering // IF AC Professional Brief. http://www.ifac-control.org.

92. Obika M., Yamamoto T. An evolutionary design of robust PID controllers//2005 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation.29 July 1 Aug. 2005.Vol.l. P.101-106.

93. Kato M., Yamamoto Т., Fujisawa S. A Skill-Based PID Controller Using Artificial Neural Networks//Computational Intelligence for Modeling. Control and Automation. 2005 and International Conference on Intelligent Agents.

94. Web Technologies and Internet Commerce. 28-30 Nov.2005. Vol.1. P.702-707.

95. Tsai P.-Y., Huang H.-C., Chuang S.-J., Chen Y.-J., Hwang R.-C. The model reference control by adaptive PID-like fuzzy-neural controller//2005 IEEE International Conference on Systems. Man and Cybernetics. 20-12 Oct. 2005. Vol.1. P.239-244.

96. Yongquan Y., Ying H., Bi Z. The dynamic fuzzy method to tune the weight factors of neural fuzzy PID controller//2004 IEEE International Joint Conference on Neural Networks.25-29 July 2004. Vol. 3.P.2397-2402.

97. Прикладные нечеткие системы: Пер. с япон. /К. Асаид, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под редакцией Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М.:Мир, 1993. -368 с.

98. Zadeh L.A. Fuzzy sets // Information and Control. 1965. №8. P.338-353.

99. Терехов В.А., Ефимов Д.В., Тюкин И.Ю. Нейросетевые системы управления. -М.: Изд.журнала «Радиотехника», 2002. 480 с.

100. Бургин Б.Ш. Варианты нормированного характеристического уравнения двухмассовой электромеханической системы// Электричество. 1993. -№8. - С.42-47.

101. Андриевский Б.Р., Фрадков A.JI. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. СПб: Наука, 1999.-467 с.

102. Смирнов Н.И., Сабанин . В.Р., Репин А.И. Робастные многопараметрические регуляторы для объектов с транспортным запаздыванием. ISSN 1561-1531. Промышленные АСУ и контроллеры. 2006 г. №07. С.31-36.

103. Усков A.A. Принципы построения систем с нечеткой логикой. Приборы и системы управления. Контроль, диагностика. 2004, №6. С.7 -13.

104. Моисеева Е.В. Экспериментально-аналитический метод идентификации низкочастотных объектов. Известия ЮФУ. Тематический выпуск «Методы и средства адаптивного управления в электроэнергетике». Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. - №2 (127), -258. С. 29-35.

105. Теория систем автоматического регулирования, издание третье -исправленное. Бесекерский В.А., Попов Е.П., издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М., 1975, 768 стр.

106. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М., «Энергия», 1973.

107. Пьявченко Т.A. Trace Mode SCADA-система для проектирования и эксплуатации автоматизированных информационно-управляющих систем/ Искусственный интеллект. Материалы международной конференции. Сентябрь 2007 г.

108. Моисеева Е.В. Проектирование АСУТП в SCADA системе TRACE MODE в реальном времени на учебном лабораторном стенде. Вопросы специальной радиоэлектроники. Выпуск 2 «Общие вопросы радиоэлектроники». Таганрог: Изд.-во ТТИ ЮФУ, 2010.Стр. 143.

109. Гайдук А.Р., Беляев В.Е., Пьявченко Т.А. Сборник задач с решениями на ЭВМ по теории автоматического управления: Учебное пособие/ Под ред. д.т.н., проф. А.Р. Гайдука. Таганрог: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2007. - 466 с.

110. Семенов А.Д., Артамонов Д.В., Брюхачев A.B. Идентификация объектов управления: Учебн. пособие. Пенза: Изд-во Пенз.гос.ун-та,2003.-211с.

111. Смирнов Н.И., Сабанин В.Р., Репин А.И. Оптимизация одноконтурных АСР с многопараметрическими регуляторами//Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. №07.

112. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. -5-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. - 396с., ил.

113. Плетнев Г.П. Автоматизированные системы управления объектами тепловых электростанций: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Издательство МЭИ, 1995.352 е., ил.

114. Шубладзе A.M. Автоматическая настройка и адаптация в промышленных ПИД регуляторах./ЯТриборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2007,№12.-С26-30.

115. Рапопорт Э.Я. К развитию прикладной теории управления// Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. - №6. - С. 2 - 14.

116. Серегин М.Ю. Современное состояние и возможные пути решения проблем построения систем управления технологическими процессами// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. - №1. -С. 2-8.

117. Чиликин М.Г., Сандлер A.C. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981. — 576 е., ил.

118. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М.: Горячая линия-Телеком, 2009.-608 е., ил.

119. Smith O.J.M. Close control of Loops with Dead Time // Chemical Engineering Progress. 1957. Vol. 53. P. 217-235.

120. Бажанов В. USWO новый способ формирования управления для замкнутых систем автоматического регулирования// СТА. - 1998. - №4. -С. 28-35.

121. Власов К.П. Теория автоматического управления. Учебное пособие. X.: Изд-во Гуманитарный центр, 2007,526 с.

122. Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов JI.H. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М: Издательский центр «Академия», 2007 — 576 с.

123. Догановский С.А. Параметрические системы автоматического регулирования. М: «Энергия», 1973. - 168 с. с ил. (Библиотека по автоматике. Вып. 485).

124. Бесекерский В.А., Небылов A.B. Робастные системы автоматического управления.-М.: Наука. 1983.

125. Востриков A.C., Французова Г.А. Теория автоматического регулирования: Учеб. Пособие. Новосибирск: Изд-во Hl ТУ, 2003. - 364с. - (Серия «Учебники Hl ТУ»)130. http://www2.atmel.com

126. Сборник задач по теории автоматического регулирования, под ред. В.А. Бесекерскош, изд.четвертое, изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М.,1972 г.

127. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука.1978 г.

128. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987-320 с.

129. Пьявченко Т.А. К исследованию погрешностей в сглаживающих фильтрах на цифровых интеграторах// Однородные цифровые вычислительные и интегрирующие структуры. Таганрог. 1974. Вып.1. С.240

130. Digital control using microprocessors. Paul Katz. 681.325.5/K-23.

131. Строганов Р.П. Управляющие машины и их применение. Учеб. пособие для студентов спец. «Автоматика и телемеханика». М.: Высш.шк., 1986.- 240 е., ил.

132. Пьявченко Т.А., Моисеева Е.В. Параметрическая коррекция динамики электропривода на основе метода технического оптимума. Мехатроника, автоматизация, управление, №4 (133). Изд-во «Новые технологии», 2012г.

133. Моисеева Е.В. Алгоритм идентификации промышленного объекта по его временной и частотной характеристикам для целей обучения на тренажерном стенде. Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №2 (115). С.32-38.

134. Моисеева Е.В. Идентификация объекта по его временной и частотной характеристикам. «Наука и образование на рубеже тысячелетий». Сборник научно-исследовательских работ. М.: «Учлитвуз», с. 45-52.2012 г.

135. Системное проектирование линейных регуляторов состояния: Учеб. пособие/ C.B. Тарарыкин, В.В. Тютиков; Иван.гос.энерг.ун-т. Иваново, 2000.-98 с.

136. Теория автоматического управления: Учебник/ А.Р. Гайдук. М.: Высш.шк., 2010.-415 е.: ил.

137. Балакирев B.C., Дудников Е.Г., Цирлин A.M. Эксперименталь-ное определение динамических характеристик промышленных объек-тов управления. М.: Энергия, 1967 - 232 е.;

138. Ордынцев В.М. Математическое описание объектов авто-матизации. -М: Машиностроение, 1965. 360 с.

139. Гайдук А.Р. Основы теории систем автоматического управления: Учебное пособие М.: УМиИЦ «Учебная литература», 2005.

140. Пьявченко Т.А. Теория линейных систем управления: Конспект лекций. Электронные файлы: "ТАУРТФ2009".