автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Синтез децентрализованных систем управления технологическими процессами на основе компенсации взаимосвязей

харківський державний політехнічний університет

од

СРН На правах рукопису

ДОРОФЄбВ Юрій Іванович

СИНТЕЗ ДЕЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ НА ОСНОВІ КОМПЕНСАЦІЇ ВЗАЄМОЗВ’ЯЗКІВ

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів та виробництв

Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидату технічних наук

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському державному політехнічному університеті.

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент

Любчик Леонід Михайлович.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Ястребенецький Михайло Анісімович.

- кандидат технічних наук, доцент Борячок Михайло Дмитрович.

Провідна організація: Інститут машин і систем НАН України,

м. Харків.

Захист відбудеться ” 5 " жовтня 1995 р. о " 44 " годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 02.09.06 у Харківському державному політехнічному університеті. (310002, м. Харків, МСП, вуя. Фрунзе, 21).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного політехнічного університету

Автореферат розісланий ” 2 " БЄРЄСНА 1995 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

з

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасна тенденція розвитку методів та засобів автоматизації складних технологічних процесів у значній мірі пов'язана з побудовою систем децентралізованого управління на базі розподілених обчислювальних систем та мереж ЕОМ. Застосування подібних систем забезпечує спрощення технічної реалізації систем і алгоритмів управління, а також скорочення обсягів передаваємої інформації, що у свою чергу знижує рівень вимог до ресурсів обчислювальних засобів, забезпечує підвищення гнучкості, надійності та живучості систем.

Теоретичною основою синтезу децентралізованих систем управління є методи декомпозиції та агрегування, найбільш повно розроблені для задач оптимізації статичних систем великої розмірності. Найбільші труднощі при розв’язанні задач децентралізованого управління складними динамічними системами складає урахування впливу взаємозв’язків між підсистемами. На практиці найбільш широке розповсюдження здобув підхід, пов’язаний з роздільним синтезом локальних регуляторів без урахування взаємозв’язків з послідуючим оцінюванням стійкості складної замкненої системи. Вимога розширення області стійкості пов’язана з необхідністю мінімізації дестабілізуючого впливу взаємозв’язків, що реалізується методами ієрархічного управління з введенням глобальних регуляторів, коректуючих параметри локальних управляючих підсистем.

Вимога підвищення точності стабілізації та регулювання технологічних режимів в умовах децентралізованого управління обусловлює необхідність не тільки забезпечити стійкість, але й значно зменшити вплив взаємозв’язків і, в ідеалі, їх повністю компенсувати. Вирішення подібних задач методами автономного управління наштовхується на суттєві труднощі як обчислювального характеру, так і пов’язані з можливою нереалізуємостю одержаних рівнянь регуляторів.

Перспективним для розв’язання задач децентралізованого управління багатомірними технологічними об’єктами є підхід, заснований на трактовці сигналів взаємозв'язків як зовнішніх збурень, що дозволяє притягти до розв’язання вказаних задач ефективні методи синтезу багатомірних компенсуючих регуляторів, які використовують концепції обернених задач динаміки. Необхідність створення на основі цього підходу методу синтезу децентралізованих регуляторів є визначальною щодо актуальності обраної теми

дисертаційної роботи.

Метою праці є розробка методів і алгоритмів децентралізованого управління багатомірними технологічними процесами на основі оцінювання та компенсації взаємозв'язків. Для цього у роботі обгрунтовується необхідність розв’язання таких задач: '

- розробки методів та алгоритмів оцінювання недоступних безпосередньому вимірюванню сигналів взаємозв'язків між локальними підсистемами;

- розробки методів синтезу систем, компенсуючих вплив взаємозв’язків на регулюємі змінни підсистем; "

- розробки структури децентралізованих систем управління, забезпечуючих оцінювання та компенсацію недоступних вимірюванню взаємозв’язків між локальними підсистемами;

- оцінки якості синтезованих алгоритмів методами математичного Моделювання;

■ - застосування пропонованої методіки до розв’язання при-

кладної задачи синтезу децентралізованої системи управління відділенням дистиляції аміачного циклу содового виробництва.

Методи дослідження. Для розв’язання поставлених задач у роботі використані методи теорії управління, простору станів, матричної алгебри, теорії обернених систем та псевдообернення матриць, а також методи математичного моделювання та обчислювального експерименту.

Наукова новизна роботи полягає у розв'язанні актуальної задачи синтезу децентралізованих систем автоматичного управління багатомірними технологічними процесами на основі оцінювання та компенсації'взаємозв’язків.

Наукова новизна визначається слідуючими результатами.

Розроблено метод компенсації недоступних вимірюванню взаємозв’язків між локальними підсистемами багатомірного технологічного об’єкту.

Розроблено структури систем децентралізованого управління технологічними процесами на основі настроюваних обернених моделей для типових ситуацій, відрізняючихся набором технологічних параметрів, які доступні безпосередньому вимірюванню.

Розроблено алгоритми децентралізованого управління для неперервних та дискретних об’єктів управління.

Одержано умови розв’язуваності рівнянь, що визначають закон управління при посередньому вимірюванні взаємозв’язків, забезпечуючі існування локального розв’язуючого регулятору.

. Практична цінність роботи полягає у тому, що розроблені методи побудови децентралізованих регуляторів та алгоритми синтезу законів децентралізованого управління багатомірними технологічними процесами дозволять підвищити точність та якість управління об'єктами даного класу. Одержана можливість у процесі настроювання незалежно встановлювати бажані динамічні властивості помилки управління та помилки оцінювання сигналів взаємозв’язків шляхом варіювання відповідних настроєчних параметрів системи управління. Розроблені алгоритми управління для неперервних і для дискретних об'єктів представлено у вигляді рекурентних процедур, зручних для практичної реалізації із застосуванням мікропрограмних засобів.

Реалізація результатів роботи. Розроблені методи і алгоритми були використані Харківським науково-дослідним інститутом основної хімії НДІОХІМ Міністерства промисловості України при розробці технічного проекту АСУ ТП відділень абсорбції-дистиля-ції на базі засобів мікропроцесорної техніки для Слав’янського ВО “Хімпром" та Кримського содового заводу.

Апробація робота. Основні результати дисертації докладались і обговорювались на І Всесоюзній науково-технічній конференції "Прогнозирование создания ГПС и РІК в условиях интенсификации производства" (Алушта, 1990), І Всесоюзній науково-технічній конференції "Координирующее управление в технических и природных системах" (Алушта, 1991), семінарі "Системы управления, следящие приводы и их элементы" (Москва, 1991), Міжнародній науково-технічній конференції "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1991), І і II Міжнародних Конференціях "Компьютер: наука, техника, технология" (Харків, 1993- і 1994), І Українській конференції з автоматичного управління "Автоматика-94" (Київ, 1994). .

Публікації. Зміст дисертації відображено у в-ісьми друкованих роботах.

Положення, які виносяться на захист. •

Метод компенсації недоступних вимірюванню взаємозв’язків між локальними підсистемами складного технологічного об'єкту.

Структури децентралізованих систем автоматичного управління технологічними процесами на основі настроюваних обернених моделей для типових ситуацій, відрізняючихся набором технологічних параметрів, які доступні безпосередньому вимірюванню.

Алгоритми децентралізованого управління неперервними бага-

тамірниші технологічними об'єктами.

Алгоритми децентралізованого управління дискретними бага-томірними технологічними об’єктами.

Результати розв'язання прикладної задачи синтезу децентралізованої системи управління температурними режимами відділення дистиляції аміачного циклу содового виробництва.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох глав, списка літератури з 49 найменувань, 3 додатків, вміщує 102 сторінки основного тексту, 21 рисунок.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі сформульовано задачи дослідження, обгрунтовано їх актуальність, визначено мету роботи та проблеми, які вимогають розв’язання, надано характеристику науковій та практичній значущості здобутих результатів, наведено відомостей щодо апробації і практичній реалізації основних положень дисертації.

У першій главі розглянуто основні тенденції та напрямки автоматизації багатозв’язних технологічних процесів, проаналізовано особливості децентралізованої схеми управління об’єктами вказаного класу. На прикладі моделі дистиляційної колони проаналізовано проблеми,'.викликані наявністю динамічних взаємозв'язків між локальними.підсистемами об'єкту. Наведено огляд сто-суємих на цей час методів синтезу децентралізованих систем управління та визначено їх недоліки. Сформульовано задачи дослідження та здійснено вибір найбільш перспективного підходу до їх розв’язання. '

. Друга глава присвячена синтезу алгоритмів децентралізованого управління неперервними багатомірними технологічними процесами на основі настроюваних обернених моделей. .

Задачу синтезу розглянуто стосовно до моделі, яка задана у просторі станів у вигляді

ічи = А. 3^(0 + В. 1^(0 + О^СО, і = 1,№,'

у. (ІЗ sC.se.Ct), у°Ш = С°х СО, (13

^11 *1 І І

а. аз = І Е. х.Ш, хСО) = ж. ,

і ^ ^ і) } ’ і ю’

де х Си е К" - вектор станів і-тої підсистеми, к (О є О?" -

вектор вхідних керуючих дій, г.Ш є К4 - вектор сигналів взаємозв'язків з рештою підсистем, є В?1- вектор вихідних ре-

гулюємих змінних, у°(и є Крг - вектор вимірюваних змінних,

К? - вектор початкових умов.

Постановка задачи: побудувати алгоритм управління и( Ш в функції локальних вимірювань і^СО чи $ (і), який забезпечить змінювання регулюємих змінних уі(.и по заданому закону у*СО та компенсацію впливу сигналів взаємозв’язків а^СІ) при виконанні заданих вимог щодо якості замкненої системи.

Синтез локальних регуляторів здійснюється на основі "збуреного підходу", при якому сигнали взаємозв'язків трактуються як зовнішні збурення, з використанням методу настроюваних обернених моделей. Відповідно до цього методу обернену модель для об’єкту С13 побудовано з використанням рівнянь динамічного спостерігача, який забезпечує отримання оцінки вектору станів

* Ш без використання невідомого вхідного сигналу д^СО. Рів. няння настроюваної оберненої моделі для об’єкту СІ) по каналу збурень мають вигляд: • .

(а

де х2іСІЗ є 0?1- вектор станів оберненої моделі, І. 4 - матриця настроєчних параметрів оберненої моделі відповідної розмірності, а решта параметрів визначається наступним чином

КґК.К-Ч,<?-

Н .» 0. «Я>. )*, И ■ І - В, СС?1>. 5*0?, (3)

21 111 2І І 1 і І

П = І - СС°0і )<С°0. )+, Б = П В. .

хі і і і і хі гі і

Керуючі дії для об’єкту СІ) формуються у вигляді суми примушуючої та компенсуючої и*СО складових

г^СО = К4 (у*Ш - Уі(и) + г£Си, ' С4)

де К - матриця коефіцієнтів посилення зворотних зв’язків відповідної розмірності-.

Далі синтез алгоритмів управління здійснювався стосовно до типових ситуацій, відрізняючихся набором параметрів технологічного процесу, які доступні безпосередньому вимірюванню.

Ситуація А.

Вектор сигналів взаємозв'язків ж СО і вектор’ регулюємих ЗМІННИХ можуть бути виміряна безпосередньо.

У цьому випадку компенсуюча складова і^СО закону управління формується як вихід оберненої моделі для об'єкту СІ) по каналу керуючих дій, рівняння якої мають вигляд

де є К0- - вектор станів оберненої моделі, - матриця

настроєчних параметрів оберненої моделі відповідної розмірності, а решта параметрів оберненої моделі'визначається аналогічно (33.

Вхідною дією для оберненої моделі (53 є вихід прогнозуючої моделі, яка, у відповідності до мети управління, описується слідуючими рівняннями '

х 0.3 = А, х (ІЗ + Ц.я. (О, /-сі

і її 11 сси

• • ■ -г. аз = у*С« -"С. х,Ш,

1 *1 11

де і си є - вектор станів прогнозуючої моделі.

Остаточно алгоритм децентралізованого управління для ситуації А задається рівняннями

1 и (із = -Гсс.в. з+с.а.+ в+ь с 1? аз - (С В. 3+С. В. х. (ІЗ -

1 V. 1 1 II 1 \І1 1 ^ 1 11 111

V' ~ - - К.у.си ■+ ІК + В4Ь 1у*аЗ + СС В 3+ у?аЗ,

• 1 • • ' 1*1 'її 1 Ш і ?1 11 *1

?.аЗ =? ?.си + П . Б х. (ІЗ + І . и*аЗ + Н .у*Ш,

^1 иі ^ 1 иі 1 1 иі "1 иі

де ? аз = зе аз+х аз - вектор станів локального регулятору. Ситуація В. .

Доступним вимірюванню є лише обмежений набір вихідних змінних у°аЗ та вектор сигналів взаємозв’язків «.(О.

У цьому випадку компенсуюча складова (1.3 закону управління формується аналогічно розглянутому вище, а для формування примушуючої складової використовується оцінка вектору станів об’єкту ї аз, отримана за допомогою динамічного спостерігача •

$ аз = а 2 со + в и аз + б а. аз + о (у°аз - с°й аз], (83 і її її і і 11.1 її )

де 0, - матриця параметрів спостерігача відповідної розмірності.

Ситуація С. ■'

Вектор сигналів взаємозв’язків « аз є невідомим, а вектор регулюємих змінних у аз може бути виміряно безпосередньо.

У цьому випадку для отримання оцінок вектору сигналів взаємозв'язків ж аз будується обернена модель для об’єкту (13 по каналу збурень у відповіді до рівнянь (23. Подальший синтез алгоритму управління збігається з тим, що описано для ситуації А.

i-i

х

Ситуація D.

Вектор сигналів взаємозв’язків a^Ct) є невідомим, а вимірюванню доступен лише обмежений набір змінних у°СІ).

У цьому випадку керуючі дії формуються у вигляді (4), де для побудови примушуючої складової використовуються оцінки вектору становиш, об'єкту”ж Ct_3,' які, поряд з оцінками вектору сигналів взаємозв’язків z. CtЗ/ формує обернена модель для об’єкту СІ) по каналу збурень С 23. Компенсуюча складова закону управління u*Ct) формується у вигляді виходу оберненої моделі для об’єкту (13 по каналу керуючих дій (5).

Остаточно алгоритм децентралізованого управління для ситуації D задається системою рекурентних рівнянь

u. Ct3 = Г І “ СС.В 3+СС. D 3CC?D4 3+CCfB ЗІ" і Lm 1 11 11 1 1 J

х f Ґ-К. С. +СС. В ) + fcC D. 3CC°D 3+С°А + С. D 0(+Ь С°]]ї . Ct) -

ІД 1 1 її (іі 11 її iiizi iJJ zi

- fee. В )+C. A. + B*L . C( > Ct) + f К + B+L ]y*Ct3 +

L 1 1 11 1 41 ij і І і I vi J 1

+ CC.B.3 + y*CU - CC. B. )+C. D D+L . v°Ct) -

11 ffi 11 1 І 1 21 *1

- ( K.+ CC.B.)+)(CiD1)CC.Di)+ y°Ct)j, ' C9)

x . Ct) = F ( Ї . Ct3 + S . u. (13 + L . y°Ct) + H . y°CU,

Zl zi Zl Zl I Zl 31 zi

f.Ct) = F Ct) + П D.&.Ct) + L Vet) + H Ct).

’ 1 U1 ’ 1 UI 1 1 ui ui

Загальний вигляд структурної схеми розробленої децентралізованої системи автоматичного управління приведено на рис. 1,

Для розглянутих типових ситуацій у роботі виведено рівняння, які описують динаміку помилки управління. Аналіз одержаних рівнянь -дозволив зробити слідуючі висновки.

Якщо для кожної з підсистем:

аЗ виконуються умови спостерігаємості,

б) кількість недоступних вимірюванню сигналів взаємозв’язків не перевищує кількості вимірюваних вихідних змінних,

в) кількість регулюємих змінних не перевищує кількості керуючих дій, то має місце:

1) повна компенсація впливу сигналів взаємозв’язків на

регулюємі змінни підсистем; '

2) бажані динамічні властивості замкненої системи забезпечуються відповідним вибором матриць коефіцієнтів посилення локальних регуляторів відомими методами модального управління;

3} виконується "принцип розділюваності" щодо замкнених

7.^0

у&>

ц-

ї®— Кі -*<Я>

и<«>

+

иТ<і)

1-ТД

ПІДСИСТЕМА

Х|<0

ОбсрнЕна

модель

хиіа>

Регулятор ГіШ

Прогнозуюча модель

Хі<1>

Сі

х4а)

Уі(і)

Обернена

модель

Ххі(1)

Структурна схема децентралізованої системи управління.

Рис. 1.

систем, що дозволяє незалежно встановлювати бажані динамічні властивості похибки управління та похибки оцінювання сигналів взаємозв’язків за допомогою відповідного вибору матриць наст-роєчних параметрів обернених моделей.

У третій главі розроблена алгоритми децентралізованого управління дискретними багатовимірними технологічними процесами на основі оцінювання та компенсації взаємозв’язків за допомогою дискретних настроюваних обернених моделей. Модель об’єкту задається рівняннями виду

% Ск+13 = А. ж.Ск) + В. . и. Ск.3 + £ А х Ск) + Г В, и (к), і "і її » Д п .) Д іо о

у Ск) = С . х (кЗ + £ С х (к), у°Ск) = С°. ж.СкЛ + £ С° ж Ск),

ні , % і: .} ці і J о

(103

х. СО) = ж , і = ТГН, к = ОД,...,

1 10 ' . * ' г . ■*..

де ж Ск) е 0? - вектор станів і-тої підсистеми у момент часу к,

и Ск) е К” - вектор керуючих дій, у СкЗ є 5?1 - вектор вихідних

регулюемих змінних, у°Ск) € ї?г - вектор вихідних вимірюваних

змінних, ж € О?1- вектор початкових умов.

Щоб отримати модель об'єкту у вигляді (103 треба розв’яза-

ти задачу дискретизації декомпозованого багатозв’язного неперервного об'єкту СІ). Особливість цієї задачи полягає у тому, їло шукана дискретна матриця впливу сигналів взаємозв’язків повинна бути факторизована. Вирішити цв задачу відомими методами виявилося надто складно внаслідок великої розмірності та бага-тозв'язності об'єкту. У роботі пропоновано алгоритм отримання дискретного зображення моделі декомпозованого багатозв’язного об’єкту за наявною моделлю у неперервній формі. Результат застосування алгоритму може бути представлений у вигляді рівнянь

%.Ск+13 = А. х. СкЗ + В и СкЗ + В. я. СкЗ, і = 1,NР

і її її її С11)

у СкЗ = С. х СкЗ, р0Ск) = С°х СкЗ, к =0,1,... її і її

Постановка задачи синтезу аналогічна неперервному випадку.

Аналіз використання до розв’язання поставленої’ задачи класичних методів побудування дискретних локальних регуляторів показав, що: .

1) властивості синтезованого регулятору однозначно визначаються властивостями об’єкту управління;

23 аналіз поведінки замкненої системи здійснюється без урахування частково нескомпенсованих складових сигналів взаємозв’язків. . ‘ -

Щоб усунути ці недоліки, розв’язання поставленої задачи здійснено на основі оцінювання та компенсації взаємозв’язків за допомогою дискретних настроюваних обернених моделей, синтез яких має в основі ти ж самі ідеї, що й синтез неперервних обернених моделей.

Синтез алгоритмів децентралізованого управління для типових ситуацій здійснюється аналогічно неперервному випадку з урахуванням того, що оцінка вектору сигналів взаємозв’язків « Ск-13, яка є виходом оберненої моделі для об’єкту С123 по каналу збурень, має затримку на один крок відносно вектору теперішніх вимірювань г^СкЗ, а компенсуюча складова закону управління и*Ск-13, яка є виходом оберненої моделі для об’єкту С123 по каналу керуючих дій, має затримку на один крок відносно вектору завдань у*СкЗ.

Ситуація А. .

Вектор а^Ск) і вектор ї СкЗ можуть бути виміряни безпосередньо у кожний момент часу к.

Алгоритм децентралізованого управління у цьому випадку задається рівняннями .

де ?. (кЗ = СкЗ + % (кЗ - вектор станів локального регулятору. Ситуація В.

Відомими у кожний момент часу к є вектор ж (и та лише обмежений набір вимірюваних змінних у°СіЗ.

Алгоритм децентралізованого управління у цьому випадку задається рівняннями

де $ СкЗ е ПР - оцінка вектору станів об'єкту, яка формується дискретним динамічним спостерігачем.

Ситуація С.

Вектор сигналів взаємозв’язків а; (О е невідомим, а вектор регуяюємих змінних 2) СО може бути виміряно.

Алгоритм децентралізованого управління у цьому випадку задається рівняннями

де х СкЗ е ОТ - вектор станів дискретної оберненої моделі для об’єкту С113 по каналу збурень.

Ситуація Б.

Вектор сигналів взаємозв’язків ^СіЗ є невідомим, а вимірюванню доступен лише обмежений набір вихідних змінних У°аЗ.

и. СкЗ = Г І - ССДЗ'ЧС. Б.ЗСС Э, 3+СС. В. ЗІ“ х

і 1т іі її її її!

+

С143

Алгоритм децентралізованого управління у цьому випадку задається рівняннями ,

и. Ск) = Г І - СС В 34СС.Б.)СС°В.3+СС°В.ЗІ'1 х і І™ 11 1і 11J

х (-Г К.С. + СС В 34С. Б ҐСС°0. 3+С°А + . С°Ш , СкЗ -

l_l.li її iil. ii іі і2і і.^ гі

- ҐСС.В З +С . А + В4! С ]? СкЗ + [ К + В4Ь .1у*СкЗ +

і. 1 1 1 1 1 иі і.Рі І, 1 1 иі.І*Ч

+ СС.В.З+ у*Ск+13 - СС В 3+С, Б. СС°0, З4 у°Ск+П -

і і і і і і і і

( о * 4. 4. 1 ї С153

- Г К С Б СС Б 3 + СС В. З С. й. Б II . Іг/°СкЗ І. ■.

1.11111 11 1. 11 21 J l J

Для розглянутих типових ситуацій у роботі виведено рівняння, які описують динаміку помилки керування та помилки оцінювання сигналів взаємозв'язків. Аналіз отриманих рівнянь дозволив зробити слідуючі висновки. . '

Якщо для кожної з підсистем дискретного багатозв’язного об'єкту виконуються необхідні умови, які є аналогічними наведеним вище для неперервних об'єктів, то: ’

13 У випадках, коли сигнали взаємозв'язків можуть бути виміряні, досягається повна компенсація їх впливу на регулгіемі змінни підсистем. У випадках, коли сигнали взаємозв’язків недоступні вимірюванню, застосування пропонованої методіки забезпечує отримання їх оцінок з затримко» на один крок відносно теперішніх вимірювань, що є виявленням некоректності задачи обернення динамічної системи. Однак при обмеженій швидкості змінен-ня вхідних дій відповідним вибором кроку квантування часу похибку запізнювання можливо зробити скільки завгодно малою. ‘‘‘

23 Бажані динамічні властивості замкненої системи забезпечуються відповідним вибором матриць коефіцієнтів посилення локальних регуляторів відомими методами модального управління.

33 "Принцип розділхзваності” для замкнених систем виконується і для дискретних об’єктів, внаслідок чого існує можливість незалежно встановлювати бажані динамічні властивості помилки управління та помилки оцінювання сигналів взаємозв'язків за допомогою відповідного вибору матриць настроєчних параметрів обернених моделей.

У четвертій главі викладені результати чисельного моделювання розроблених алгоритмів децентралізованого управління багатозв ’язними технологічними об’єктами.

У першій серії експериментів порівнювались показники якості перехідних процесів, які мають місце у замкненій' системі

другого порядку з перехресними зв'язками, при побудові системи управління якої були використані відомі алгоритми синтезу обернених моделей, і в системі, яка синтезована на основі пропонованої методіки. При цьому варіювались властивості разомкненої системи, початкові умови, а також вигляд та величина завдань.

Аналіз отриманих результатів показав, що пропонована мето-діка синтезу децентралізованих систем управління може бути використана у випадку нестійких і немінімально-фазових об'єктів, а показники якості перехідних процесів у замкненій системі виявились інваріантними з великою мірою точності до завдаючих дій.

У другій серії експериментів порівнювались АЧХ прямих та перехресних каналів систем управління дистиляційної колони з двома точками відбору дистиляту. У першому випадку система управління складалася з сепаратних контурів, у кожному з яких для регулювання потоку дистиляту по результатам вимірювання його концентрації використовувались ПІ-закони. У другому випадку була побудована децентралізована система управління на основі оцінювання та компенсації взаємозв’язків за допомогою настроюваних обернених моделей. Порівняння результатів показало, що при використанні пропонованої методіки синтезу децентралізованих систем були одержані слідуючі переваги:

1) коефіцієнт передачи прямого каналу точно рівен одиниці, а частота зрізу збільшилась на три порядки;

2) коефіцієнт передачи перехресного каналу може варіюватися у межах 1СГ3 * 1СГ6 шляхом підбору значень матриці настроєч-них параметрів оберненої моделі (замість 3,0‘Ю'1 + 1,0*1Сг‘ ), що гарантує можливість динамічної розв’язки каналів об'єкту.

Далі у четвертій главі наведені результати розв’язання задачи синтезу децентралізованої системи управління температурними режимами відділення дистиляції аміачного циклу содового виробництва. Ісходна математична модель була задана у вигляді матричної передаточної функції, елементи якої були визначені у розробках НДІОХІМ шляхом тестування розімкнутої системи і представляють собою аперіодичні ланки з запізнюванням, для моделювання якого була використана апроксимація по Паде першого порядку. Подальший синтез здійснювався стосовно до.розрахованої моделі у просторі станів. Децентралізована система управління була побудована на підставі настроюваних обернених моделей у відповіді до структурної схеми, представленої на рис. 1. Алгоритми управління будувались відповідно до рівнянь (15).

Порівняння перехідних та амплітудно-частотних характеристик синтезованої системи з характеристиками системи управління, побудованої за допомогою ПІ-регуляторів, показало очевидні переваги децентралізованої системи управління:

1) на АЧХ прямого каналу є відсутнім резонансний інтервал і коефіцієнт передачи наближується до одиниці в області високих частот, внаслідок чого перехідний процес у системі при стрибкоподібній зміні завдання набув аперіодичного характеру, а його тривалість та величина похибки управління залежать від настро-єчних параметрів системи управління;

2) коефіцієнт передачи перехресного каналу зменшився на

п'ять порядків в області низьких частот і таким чином була досягнена практично повна компенсація впливу взаємозв'язків між каналами системи - величина установлюваного, значення похибки управління на графику перехідної характеристики перехресного каналу не перевищує 0,02% від величини зміни амплітуди завдання регулюємо! змінної прямого каналу. •

Остаточні значення матриць настроєчних параметрів обернених моделей вибираються на етапі настройки на підставі конкретної мети управління та бажаних динамічних властивостей системи управління за допомого» відомих алгоритмів модального управління.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі виконано цикл досліджень по розробці методів та алгоритмів децентралізованого управління багато-зв’язними технологічними процесами та їх застосуванню для розв’язання практичних задач управління хіміко-технологічними процесами. Основні наукові та практичні результати роботи полягають у нижчеподаному:

1. Проаналізовано особливості задач децентралізованого управління складними технологічними об'єктами та методів синтезу децентралізованих систем, стосуємих на цей час, на підставі чого зроблено вибір найбільш перспективного підходу до розв’язання поставлених задач.

2. Розроблено метод компенсації недоступних вимірюванню взаємозв'язків між локальними підсистемами декомпозованого технологічного об’єкту.

3. Розроблено структури систем децентралізованого управління технологічними процесами на основі настроюваних обернених моделей для типових ситуацій, відрізняпчихся набором техноло-

гічних параметрів, доступних безпосередньому вимірюванню.

4. Розроблено алгоритми децентралізованого управління для неперервних і дискретних -об'єктів. Алгоритми представлено у вигляді рекурентних процедур, зручних для практичної реалізації з використанням мікропрограшшх засобів. .

3. Отримано умови розв’язуваності рівнянь, визначаючих закон управління при посередньому вимірюванні взаємозв’язків, які забезпечують існування локального розв’язуючого регулятору.

6. Показана можливість незалежно встановлювати на етапі

настройки бажані динамічні властивості похибки управління та похибки оцінювання сигналів взаємозв’язків шляхом варіювання відповідних настроєчних параметрів синтезованої системи децентралізованого управління. . -

7. Проведено моделювання синтезованих алгоритмів децентралізованого управління багатозв’язними технологічними об’єктами і аналіз"їх результатів, які підтвердили працездатність та ефективність розроблених алгоритмів.

8. Розроблена методіка була застосована для розв’язання прикладної задачи синтезу децентралізованої системи управління температурними режимами відділення дистиляції аміачного циклу содового виробництва. Отримані результати були використані Харківським ВДІОХІМ при розробці технічного проекту АСУ ТП відділень абсорбції-дистиляції для Слав’янського ВО "Хімпром" та Кримського содового заводу.

Частка економічного ефекту, обумовленого впровадженням праць ХДПУ, склала 2 млн. 280 тис. крб. у цінах 1991 року.

Частка економічного ефекту, обумовленого впровадженням результатів роботи автора, склала 25 відсоток від означеної суми, що склало 570 тис. крб. у цінах 1991 року. -

ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ ■

1. Дорофеев Ю.И., Харченко • 0. 0. Исследование точностных характеристик инвариантных следящих систем с обратными динамическими моделями. // Прогнозирование создания ГПС и РТК в условиях интенсификации производства / Тез. . докладов I Всесоюзной н. -т. конференции. - К.: УкрНИИНТИ, 1990. С. 73-74.

2. Дорофеев Ю. И., Любчик Л. М. Синтез децентрализованных регуляторов с обратными моделями. // Координирующее управление в технических и природных системах. / Тез. докладов I Всесоюзной н.-т. конференции. - Харьков, 1991. С. 73-74..

3. Дорофеев Ю. И. , Любчик Л. М. Синтез децентрализованных систем управления на основе принципа компенсации взаимосвязей. /■/ Актуальные проблемы фундаментальных наук. / Тез. докладов. Т. И. - м.: Изд-во МГТУ, 1991. С. 166.

4. Дорофеев Ю.И., Любчик Л.М. Двухуровневая стабилизация выходов сложных динамических систем. В кн. Вестник Харьк. политехи. ин-та. - 1S92. N 2: Техн. кибернетика и ее прил. - Вып.

11. С. 7-11.

5. Дорофеев Ю. И. , Любчик Л.М. Построение децентрализован-

ных регуляторов методом компенсации взаимосвязей. // Системы управления, следящие приводы и их элементы. / Материалы семинара. - М.: НТЦ "Информгехника”, 1991. С. 66. ,

6. Дорофеев Ю.И. , Любчик Л. М. Синтез децентрализованных

систем управления сложными динамическими объектами на основе обратных моделей. / Компьютер: наука, техника, технология. '/ Тез. докладов. - Харьков, Мишкольц: ХІЇИ. МУ, 1993. С. 131.

7. Дорофеев D.й. Синтез алгоритмов децентрализованного уп-

равления взаимосвязанными системами на основе обратных динамических моделей. / Компьютер: наука, техника, технология. //

Тез. докладов. - Харьков, Мишкольц: ХПИ, МУ, 1994. С. 136.

8. Дорофеев Ю И. , Любчик Л.М. Компенсация взаимосвязей в

сложных децентрализованных системах на основе обратных моделей. / Автоматика- 94. // Тез. доп. - Київ: Ін-т кібернетики НАН України, 1994. - Ч. I. С. 54.

Abstract

Dorofeev Yu.I. Decentralized processes control systems design based on the interconnections compensation. The dissertation С in the manuscript form) for the candidate degree m the speciality 05.13.07 - processes and manufacturing automation. State Polytechnic University of Kharkov. Kharkov, 1995.

Decentralized control algorithms and structures of decentralized process control systems for typical practical cases are developed. Design is based on the evaluationand compensation of the interconnections using indirect measurement, results. Signal interconnection evaluation is based on the tunable inverse models.

The results of proposed method practical implementation to the design of the decentralized temperature process control system for the distillation section of the soda production

ammoniac cycle are presented.

' Аннотация

Дорофеев Ю.И. Синтез децентрализованных систем управления технологическими процессами на основе компенсации взаимосвязей. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов и производств. Харьковский государственный политехнический университет. Харьков, 1995.

Разработаны алгоритмы децентрализованного управления и структуры децентрализованных систем управления сложными технологическими процессами для типовых ситуаций, отличающихся набором параметров технологического процесса, доступных непосредственному измерению. Синтез осуществляется на основе оценивания и компенсации взаимосвязей по результатам косвенных измерений с помощью настраиваемых обратных моделей.

Приводятся результаты практического применения предложенной методики для разработки децентрализованной системы управления ' температурными режимами отделения дистилляции аммиачного цикла содового производства.

Ключові слова: децентралізована система, компенсація взаємозв'язків, настроювані обернені моделі. -