автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Синтез систем цифрового управления многосвязными нестационарными технологическими объектами

На правах рукописи

КУДРЯШОВ Владимир Сергеевич

СИНТЕЗ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ НЕСТАЦИОНАРНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ

(на примере процессов ректификации)

Специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (пищевая и химическая промышленность) 05.13.06 - Автоматизированные системы управления технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж - 2005

Работа выполнена на кафедре информационных и управляющих систем Воронежской государственной технологической академии (ВГТА)

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Битюков Виталий Ксенофонтович

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Скрыпник Алексей Иванович

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Подвальный Семён Леонидович

Доктор технических наук, профессор Матвейкин Валерий Григорьевич

Ведущая организация: Воронежский государственный

университет

Зашита диссертации состоится "_2_" июня 2005 г. в 14:30 на заседании диссертационного совета Д 212.035.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Воронежской государственной технологической академии в конференц-зале по адресу: 394000, г. Воронеж, проспект Революции, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГТА.

Автореферат разослан " 28

Ученый секретарь диссертационного совета /

апреля

2005 г.

J

В.М. Самойлов

MW

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Характерными особенностями многих непрерывных технологических объектов являются многомерность, внутренняя взаимосвязь между параметрами, наличие значительного числа возмущений и нестационарное поведение в условиях износа оборудования, изменения характеристик основных и вспомогательных материалов и других факторов, влияющих на изменение динамики. Управление такими объектами с применением традиционных методов и средств не обеспечивает высоких требований к качеству управления и в конечном итоге к качеству получаемых продуктов.

В связи с бурным прогрессом в микроэлектронике и цифровой вычислительной технике появляется возможность создания многосвязных цифровых систем управления (ЦСУ) на основе рационального сочетания известных методов теории управления, разработанных в последнее время математических пакетов и результатов исследования новых подходов к синтезу, основанных на дискретном описании объектов и управляющих алгоритмов, эффективность которых значительно выше известных непрерывных законов управления.

Однако в настоящее время отсутствует системный подход, позволяющий проводить автоматизированный синтез многосвязных систем. Объясняется это не только сложностью математического аппарата, но и невозможностью его реализации на локальных средствах аналогового управления Уровень развития технических средств управления значительно опередил разработки в области теории цифрового управления и практического применения.

Характерной чертой существующих систем является необходимость перенастройки при скачкообразном или вялотекущем изменении динамических характеристик. Наиболее трудной, при этом, является задача перенастройки системы для управления многосвязным объектом. Это объясняется не только особенностями текущей идентификации многомерных дискретных моделей, но и отсутствием математического аппарата и алгоритмов, позволяющих проводить адаптацию компенсаторов перекрестных связей и возмущений в автоматическом режиме при изменении не только параметров, но и структуры многосвязного объекта и отдельных каналов.

ЦСУ в отличие от аналоговых систем могут работать с различной степенью дискретизации, что существенным образом влияет на качество управления. Выбор такта квантования, его оптимизация по тому или иному критерию также является не решенной задачей до настоящего времени. Известные классические подходы дают линн-рсл»меададитг pro выбору в диапазоне частот.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

¿"дал

Одним из необходимых условий создания эффективных многосвязных ЦСУ является комплексный методологический подход к их синтезу, что обеспечивается унификацией математического информационного и программного обеспечения на всех уровнях проектирования и эксплуатации адапгивных ЦСУ. Единая методология должна определить научные основы синтеза рациональных сочетаний классических и новых подходов к цифровому управлению многосвязными объектами. В связи с этим весьма актуальной является систематизация известных методов теории управления, теории дискретных систем и разработки новых решений, позволяющих эффективно проводить автоматизированный синтез многосвязных адаптивных ЦСУ как при проектировании, так и в эксплуатационном режиме.

Диссертационная работа выполнена на кафедре информационных и управляющих систем Воронежской государственной технологической академии в соответствии с программой работы Министерства образования и науки РФ по теме «Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств и систем автоматического управления технологическими процессами» № г.р. 01.9.60 007315.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является: разработка методологии, научных основ структурно-параметрического синтеза моделей и алгоритмов многосвязных цифровых систем управления объектами непрерывного действия в условиях нестационарности, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечений оптимального адаптивного управления многосвязными объектами, повышающих эффективность^их функционирования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- системный анализ и построение математических моделей многосвязны < непрерывных объектов управления на основе дискретного динамического описания;

- определение методологии синтеза связно-комбинированных многомерных цифровых систем на основе автономно-инвариантного управления;

- исследование влияния длительности такта квантования непрерывного сигнала на качество идентификации и управления и обоснование его выбора;

- разработка алгоритмов синтеза цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многосвязной системы управления на основе принципов автономности и инвариантности;

- синтез и исследование метода текущей идентификации, позволяющего повысить скорость и точность оценки параметров дискретных динамических моделей нестационарных объектов в условиях многосвязного управления;

- синтез алгоритма адаптации автономных и инвариантных цифровых компенсаторов многосвязных систем реализуемого в автоматическом режиме;

- оптимизация управляющей части многосвязной ЦСУ в условиях нестационарности;

- синтез и исследование качества ЦСУ нестационарными многосвязными объектами химической технологии на основе созданных инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечения;

- промышленная апробация разработанных алгоритмов цифрового управления на предприятиях и оценка эффективности использования

Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании методов и теории автоматического управления аналоговых и цифровых систем, линейных оптимальных многосвязных систем управления, математического моделирования, структурного синтеза, идентификации и нелинейного программирования. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методов и научных основ автоматизированного синтеза многосвязных адаптивных цифровых систем управления объектами непрерывного действия в условиях нестационарности.

разработана дискретная модель многосвязного объекта, отличающаяся блочно-матричным представлением структуры связей в объекте;

- разработан алгоритм идентификации модели многосвязного объекта с учётом переменного временного такта квантования;

- получено аналитическое выражение условия автономности многосвязной системы в блочно-матричном представлении;

- разработан алгоритм синтеза цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многосвязной системы на основе предложенной модели объекта и нового представления условия автономности;

- предложен алгоритм автоматической адаптации управления, отличающийся возможностью структурной подстройки моделей эквивалентных объектов и компенсаторов;

- предложен подход к синтезу адаптивных многосвязных ЦСУ, отличающийся комплексной адаптацией основных цифровых регуляторов

и компенсаторов на основе блочно-матричного представления и текущей оптимизации временного такта квантования;

- теоретически обоснован и разработан новый метод текущей идентификации (рекуррентный метод производных критерия), отличающийся тем, что в процессе получения оценок используются численные значения частных производных критерия по двум значениям оценок параметров модели объекта, полученных на предыдущих шагах.

На защиту выносятся:

- методология и научные основы синтеза многосвязных цифровых систем управления многомерными непрерывными объектами;

- автоматизированный синтез адаптивных цифровых систем управления на основе использования нового метода текущей идентификации дискретных динамических моделей, алгоритмов адаптации цифровых компенсаторов многосвязных систем, численных методов оптимизации;

- результаты машинных экспериментов и апробация разработанных методов и алгоритмов синтеза для промышленных объектов.

Практическая значимость работы состоит в построении комплекса инструментальных средств синтеза многосвязных ЦСУ на основе предложенных методов, дискретных моделей и алгоритмов, предназначенных для разработки математического, информационного и программного обеспечений автоматизированного синтеза адаптивных цифровых систем управления многосвязными непрерывными объектами. Комплекс обеспечивает поддержание оптимального управления многомерными нестационарными объектами в процессе функционирования за счет автоматизации процедур синтеза и возможность использования в АСУ, САПР как при проектировании, разработке, так и в процессе эксплуатации систем.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы в составе автоматизированных систем управления в нефтехимической промышленности, а также в учебном процессе ВГТА в виде учебного пособия и лабораторных практикумов. Результаты работы внедрены на трех предприятиях путем включения в проектную документацию и ввода в промышленную эксплуатацию систем управления, защищенных авторскими свидетельствами. По результатам работы получено 23 авторских свидетельства и патента на изобретения, три из которых внедрены с экономически эффектом. Суммарный экономический эффект от внедрения составил в ценах до 1991 г. - 1208,2 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных по теме диссертации были доложены: на международных конференциях «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (г. Москва, 1994 г.); «Автоматизация биотехнических систем в условиях ры-

ночной экономики и конверсии» (г Москва, 1994 г); «Жидкостная экстракция органических соединений ТБЕСОБ 92» (г. Воронеж, 1992 г); «Математические методы в химии и химической технологии» (г Тверь, 1995 г., г. Тула, 1996 г.); «Математические методы в технике и технологиях», (г. Великий Новгород, 1999 г., г С.-Петербург, 2000 г., г. Смоленск, 2001 г., I. Тамбов, 2002 г., г. Ростов, 2003 г.; г. С.-Петербург, 2003 г.); всесоюзных конференциях «Динамика процессов и аппаратов химической технологии» (г. Воронеж, 1982 г., 1985 г., 1990г.); «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (г. Москва, 1984 г.); «Математическое моделирование сложных химико-технологических систем» (г. Одесса, 1985 г.); «Применение микро-ЭВМ в управляющих и информационных системах в промышленности синтетического каучука» (г. Воронеж, 1985 г.); «Автоматизация и роботизация в химической промышленности» (г. Тамбов, 1986 г., 1988 г.); «Применение микро-ЭВМ в автоматизированных системах управления в промышленности синтетического каучука» (г Воронеж, 1987 г.); «Разработка комбинированных продуктов питания» (г. Кемерово, 1991 г.); всероссийских конференциях «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 1999 г.); «Информационные технологии и системы» (г Воронеж, 1999 г.); ры иоиальных и отраслевых конференциях «Проблемы химии и химической технологии» (г. Воронеж, 1995 г.); «Метрология и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2002 г., 2003 г.); межвузовских и внутривузовских научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА, в 1986-2004 г.г.

Под руководством и при непосредственном участии автора выполнялись работы по разработке и внедрению автоматизированных систем управления технологическими процессами в производствах мономеров синтетических каучуков на ОАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Тольят-тикаучук», ОАО «Синтезкаучукпроект».

Публикации. По результатам проведенных исследований и практических разработок опубликовано 106 научных работ, в том числе монография, учебное пособие, 23 авторских свидетельства и патента на изобретения. Основное содержание работы изложено в 57 публикациях, список которых приведен в автореферате.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 194 наименований и приложений Основной текст изложен на 308 страницах Работа содержит 54 таблицы и 56 рисунков Объем приложений 14 страниц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи работы, научная новизна диссертационной работы, выносимые на защиту научные положения и результаты, дана краткая аннотация по главам.

В первой главе сформулированы основные проблемы синтеза цифровых систем управления многосвязными объектами и проанализирована теоретическая база для создания математического обеспечения разработки алгоритмов и систем адаптивного цифрового управления нестационарными многосвязными непрерывными объектами. Проведен анализ современных подходов к синтезу, развития теории и практики применения математического аппарата и средств вычислительной техники для автоматизированного проектирования и эксплуатации систем управления. Выделены специфические особенности задач дискретного управления, включающие влияние частоты дискретизации на качество цифрового управления и необходимость его оптимизации.

Обоснованы преимущества алгоритмов цифрового управления по сравнению с непрерывными, однако сложность математического аппарата известных методов синтеза многосвязных систем, заключающаяся в выполнении трудоемких аналитических преобразований, существенно затрудняет их реализацию.

Работы по созданию математического и программного обеспечения ЦСУ носят разрозненный характер, отсутствует систематизация и общая методика разработок. При этом в существующих концепциях синтеза многосвязных ЦСУ на передний план выдвигается комплексная автоматизация процесса синтеза, невозможная без применения ЭВМ на всех этапах и уровнях этого процесса.

Широко применяется подход к синтезу многосвязных СУ по условиям автономности и инвариантности, сформулированным И.Н Вознесенским и Г.В. Щипановым. Однако такие системы не всегда реализуемы и экономически выгодны из-за сложности получаемой управляющей структуры для локальных систем, что может быть преодолено реализацией основных и компенсирующих регуляторов на средствах ВТ.

Использование традиционных многосвязных СУ, не обеспечивающих автоматической корректировки своих свойств с учетом нестационарности объекта, приводит к ухудшению характеристик управления, а иногда и к неустойчивости. Особенно это касается автономно-инвариантных систем, качество которых в наибольшей степени зависит от достоверности оценок дискретных динамических моделей ОУ по основным, перекрест-

ным и возмущающим каналам. Анализ подходов к решению этих задач показывает, что для достижения поставленной цели наилучшим является синтез адаптивной ЦСУ на основе идентификационного подхода Поэтому одним из важнейших этапов адаптации многосвязной системы является процедура текущей идентификации. Проведенный анализ известных методов текущей идентификации показывает, что не всегда обеспечивается необходимое сочетание точности и скорости получения результатов при отсутствии возможности прямого измерения выходов основных, перекрестных и возмущающих каналов отдельно. Необходима разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения для автоматической адаптации цифровых регуляторов и компенсаторов многосвязных ЦСУ произвольной размерности. Анализ характеристик свойств адаптивных ЦСУ с помощью математического моделирования на основе известных принципов теории управления, разработки новых подходов к синтезу позволит выявить преимущества и недостатки и выработать стратегию к их применению. В качестве теоретической основы разработки методологии синтеза многосвязных ЦСУ целесообразно использовать методы теории дискретных систем и математического моделирования, которые определяют основные этапы разработки. Проведенный анализ определил цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена структурно-параметрическому синтезу дискретных динамических моделей многосвязных объектов (МО) на основе топологии физических связей. Обоснован выбор Р-канонической структуры и показан переход от У-структуры к Р-структуре и обратно.

При переходе от Р- структуры к V- структуре получаем эквивалентное уравнение связи:

где IV,. ц"- матрица, содержащая только диагональные элементы матри-

„_/ г |Г/ иже «г/ и 1КИ.А п/ и оке

у-{1-ГУрП -УУГП ) ГГ/> п и.

(1)

цы к"; Щ,пя'т=(1Гтиз№)'* <&„")' Для двумерного объекта:

о

о

о

о

(2)

где ИУ®1^) - дискретная передаточная функция объекта по основным (/'=7') и перекрестным (#_/') каналам.

При этом дополнительно возникают обратные связи по основным каналам, показанные пунктирной линией на рис. 1.

Рис. 1. Эквивалентная У-структура двумерного объекта

Наличие обратных связей }¥г

и -1КГ«(1]П]

и ¡УРп"экв[2]т объясняется тем,

что матрица Щ. п""" не имеет нулевых диагональных элементов-

УРП

-цг;;{гт{2)-1¥:1,1121 (г) К1'1П' (О ■ {К11 ,п 1 (*) • к*2™ (2) - IV;12101 «> • ж;[,1[21 (г))

_ж;""2'(2)_

К1'101 (г) • ^"[2121 (г) - С121111 (г) • Ж„"[,1[21 (г)

_^»"(г)_

^Г1'1111 (г) • ^;[2И21 (г) - ^;[21[11 (7) ■ г;"1121 (2)

_ -ж;'21111(г)-ЕС"1[21(г)_

Таким образом переход от Р-структуры к У-структуре заключается в расчете матриц Щ>ж" и И//>п"и использовании зависимости (1), что существенно усложняет описание объекта.

В дальнейшем будем рассматривать Р-канонические структуры многосвязных объектов, как наиболее распространённые для большинства технологических процессов.

В основу разработки дискретной модели многосвязного объекта (рис. 2) положены разностные уравнения:

„•141Л ¿«|И1;!+1 _

= + , *,7 = 1,г (4)

/=1 1=1

Л/[ЧЫ кГ\Щ! |+| ___

уГЫ = ^ЛПЛ.уППП + -Г^г...... , Л = I,*, у = и (5)

/=1 /«1

Уу 1 = + ¿Vм'1, 7 = й• (6)

4=1 /Ы

где а, Ь, с1- параметры дискретных моделей; к,„ п„ - порядки числителя и знаменателя дискретных передаточных функций (7).

Уравнение (4) описывает основные (/=/') и перекрестные (#/') каналы, уравнение (5) - каналы возмущений, уравнение (6) - суммарный измеряемый сигнал по каждому выходу.

7м

/1]

,и :

У

«иш -

«им.

У

,и

Рис. 2. Структурная схема ^--мерного ОУ при наличии и» возмущений

1- "Ха;'1'11'1^-' /=1

1- 1>/

/[А1Ы >2-'

Ввиду громоздкой записи модели многосвязного объекта в скалярной форме (4.14) - (4.16), ее использование затруднительно для решения последующих задач синтеза цифровой системы оптимального управления. Поэтому дискретную модель объекта представим в векторно-матричной форме:

'у" "уЛЧ"

где У'" =

У . у"М

К = • Га/ , - блочные векторы;

(8)

Г'1'!=[Х'['1Ш,...,Л["И]Г-вектоР выходов основных и перекрестных каналов; ) = \,г \ У П/1=[_у/[/'[|],...,_н/(,'и]т - вектор выходов каналов возмущений; j= 1, ;

о

о !Р/

(//" -

... о

О ... у'И

у

лл =

иу»[/1Ш

о

о

^рЛ/М

о

О

у«!/][<•)

О

|рЛ/1И

7=1.'"

■угЛИ ... О О ■•• блочные матрицы;

ш-«ит=г „«[/М »№] [71 ,,(/1 1 _ матоица-

строка переменных состояния основного или перекрестного каналов;

= 1,г ; = +£"[/1[А1 +1 - число переменных состояния ос-

новных и перекрестных каналов;

<р-Л/М=г УЯ/М тт лл л,) л -матрица-

строка переменных состояния по каналу возмущения; у = /г = 1 от/[/И*] = |?Л7][а1 +] _ число переменных состояния каналов воз-

мущений;

6> =

<9"

и

fS)f

0"

0 -0Л.Г

&:1п= 0/ =

0о'\ /Я"[/]М О

0Л/) =

0/1 фЛЛИ

блочные векторы;

^сÄri/M*i.....ej'«*!,¿»Г1'31*1-¿'З'Л1^,]- вектоР параметров

модели основного или перекрестного каналов; j,h = 1, г ; ^/иот^дЛЛИ..........^м«,]^,,,., - вектор параметров

дискретной модели канала возмущения; j = 1, w, h = \,r\ Y =[ y]l\..., y\rl }r - вектор управляемых величин объекта; /,f=[/: /Л' /;=[/:(11,...,/;и:1, //=[/„n,i,-,//w]-блочные матрицы-строки; (j = 1,г ), //iv! (J = 1, w) - единичные матрицы, «л

Разработанная структура модели r-мерного объекта управления при наличии w возмущающих воздействий позволяет автоматизировать этап составления дискретного динамического описания технологического процесса независимо от внутренней структуры взаимосвязей технологических параметров и их количества. В каждом конкретном случае достаточно указывать размерность объекта управления по входам, выходам и возмущениям, а также структуру связей между ними с помощью введенной индексации.

Для параметрической идентификации используем метод наименьших квадратов, который с учетом (8) формализуется:

Ф= (y3-PJ.0)r.(yJ-1PJ.0)->m in, (9)

в

>Ус1„+1. и,

где Ч*

- матрица

Мп экспериментальных значений входа и выхода, Л'„ х /и„.

Отсюда, находим вектор в оценок неизвестных параметров:

Для решения задачи синтеза структур моделей предложен алгоритм с последовательным увеличением порядка разностного уравнения, начиная с первого. Процесс окончания поиска структуры определяется при выполнении условия:

где , ¥пр - значения распределения критерия Фишера для моделей я„,

п„+1 порядков; е - малая величина, характеризующая изменение верификации.

В ряде случаев на этапе синтеза моделей МО возможна ситуация необходимости перехода от известных непрерывных моделей в дифференциальной форме к дискретной. Для разработки взаимосвязи структуры и параметров непрерывных и дискретных моделей проведен анализ этих зависимостей, выявлены закономерности, позволившие получить прямые и обратные универсальные формулы расчета параметров дискретных моделей по непрерывным для различных структур (порядков уравнений). Для прямого перехода:

0 = ((!РУ .^-'.(»Р')7 у\

(10)

/г»*' -И<£", р />

(П)

/ =

к■ -Т"

(12)

а, =<

ТЬ-г-тг]

■I

,/ = 2,и

£(т;-тг)

где Т1 - постоянные времени объекта; к„ - коэффициент усиления; Т„ -длительность такта квантования; С - матрица, формируемая из коэффици-

ентов в формулах взаимосвязи параметров непрерывных и дискргтных моделей.

Для обратного перехода:

т; =

-Т0,1 = 1

1 к =_-_. (13)

Ло „

1-Е«,

Полученные формулы справедливы для уравнений любого порядка. При этом значительно снижается трудоемкость параметрической идентификации непрерывных моделей за счет автоматизации вычислительного процесса Кроме того, они могут быть использованы при синтезе систем непрерывного типа с применением численных методов оптимизации, а также позволяют повысить информативность при эксплуатации АСУ, т.к. параметры непрерывных моделей более понятны с позиции отражения динамики, чем параметры дискретных моделей, которые зависят, кроме того, от длительности квантования непрерывного сигнала.

Поскольку адекватность дискретной динамической модели объекта существенным образом зависит не только от выбранной структуры модели, метода идентификации, но и длительности периода квантования, в главе представлены результаты исследований влияния Т0 на качество идентификации объектов дискретными моделями (рис. 3). Эта зависимость носит нелинейный характер.

Предложен алгоритм (рис. 4) определения рационального Т0 по скорости изменения критерия.

То, мин

Рис. 3. График зависимости критерия МНК Ф от Т0

ч

ч н

Ввод начального такта, величины входного ступенчатого воздействия, значений экспериментальной ДХ объекта и степени точности

Идентификация и вычисление критерия МНК при начальном такте

Уменьшение такта квантования

Пересчет параметров модели и вычисление критерия

Проверка условия окончания поиска

Рис. 4. Схема алгоритма определения рационального такта Т0

Определение Г0раи сопровождается пересчетом дискретных параметров а, Ь. Получены формулы, позволяющие пересчитывать параметры а, Ъ с новым тактом Т0 непосредственно (минуя расчет параметров непрерывных моделей) на основе решения системы уравнений, полученных приравниванием правых частей формул (13) для разных Т0\ То1"1:

1=1_т' — '=1_т./-1, / = 1;

'п - „ 1п

1-Е*/

1-1>Г

±[с,г"Г]

г/,/-|, / = 2,я; (14)

* п

(-О'"'•

1-Е«/

П'> =(-1)М •

А'"'

/7 /7

1-Е«/ 1-1

п

-2>/

/7

В третьей главе рассмотрен синтез связанных ЦСУ различных структур при подходе "сверху-вниз". При компоновке структуры одной из важнейших задач является установление степени взаимной связи между переменными. Показан ряд ограничений, накладываемых на параметры цифровых регуляторов для соответствия непрерывным типовым законам и взаимосвязь их настроек.

В основу общей структуры цифрового регулятора положено разно-

где и - выход регулятора; е - ошибка; д - цифровые настройки; к - порядок регулятора; / -индекс такта квантования.

Предложен метод аналитического подхода к расчету цифровых регуляторов по комплексному критерию минимум суммы интегральной квадратичной оценки и затрат на управление. При этом показано, что такой подход возможен для систем низкого порядка и определенного сочетания структур моделей объекта и цифрового регулятора Поэтому наиболее эфективным предлагается подход на основе применения численных методов оптимизации. Для известных типовых структур СУ (каскадные, комбинированные, с двумя взаимосвязанными параметрами) разработаны и приведены алгоритмы оптимизации управляющей части системы. Оптимизацию основного и вспомогательного контуров каскадных систем предлагается проводить декомпозиционным методом и методом свертки. Показана эффективность второго метода, позволяющего значительно уменьшить число рекуррентных уравнений, используемых при оптимизации.

На рис. 5 представлена схема алгоритма расчета оптимальных параметров цифровых регуляторов вспомогательного и основного контуров каскадной системы с применением градиентного метода оптимизации. Такая система описывается уравнениями:

к

стное уравнение

05)

т 2

/=0 /=0 и1 п2 к2

у:=2>; -л,+1»! ■«:.„, =2>; -л,+2:»; У.

/=1

и

где и2, и1 - выходы основного и вспомогательного регуляторов; у2, у1 - выходы объекта по основному и вспомогательному каналам; е2^у1-у2', <?'=гг-У; У - задание.

В блоках 5, 11 расчет численных значений частных производных производится по квазианалитическим рекуррентным уравнениям:

ди, ди'

- +

ди) _

{у^-у^УЪ!-

к=О

+

т\

ди1и Эу1

к~0 ^ 8д1 ду] , ду]_ ,

а?;

к—\

& аг ду1к 2 м дд/

(17)

При следующих начальных условиях:

ди,2 5м,1 . :-: . т—г

—V = —~ = 0, / = 1,тс —1, } = 0,т2;

а?; а?;

= / = + , = / = 1,/ис + <*' + с/2 -И, у =0,от2,

где тяс - переменная, принимающая наибольшее значение из порядков моделей каналов объекта и регуляторов.

С

НАЧАЛО

г— 2

Параметры моделей объекта по основному и вспомогательному каналам

Задание начальных условий и начального приближения по настройкам регуляторов

— 4 -

Расчет замкнутой системы вспомогательного контура

Р— 5

Вычисление численных значений частных производных вспомогательного контура

Вычисление шага по каждой настройке вспомогательного регулятора

г— 9 + Расчет настроек вспомогательного регулятора

Расчет замкнутой каскадной системы

П -1-

Вычисление численных значений частных производных основного контура

Расчет составляющих нормы градиента

Вычисление шага по каждой настройке основного регулятора

ПГ.5 *

Расчет настроек основного регулятора

— 16 —

Оптимальные настройки цифровых регуляторов основного и вспомогательного контуров

С

17

I

КОНЕЦ

3

Рис. 5. Схема алгоритма оптимизации параметров регуляторов в каскадной системе

Момент окончания поиска оптимума на /-ой итерации определяется при выполнении условия:

1

N

где е - окрестность оптимума; 5 = ^ £,2 ;

< £,

(18)

дБ'

= 2-1,,

/=1

дд

, ; = 0,к.

(19)

■! /

Для комбинированных и систем с двумя взаимосвязанными параметрами предложены алгоритмы синтеза на основе принципов автономности, инвариантности, а также, в случае невыполнения требуемых ограничений на их реализацию, с применением оптимизационных методов по выбранному критерию.

В результате исследований на дискретных моделях установлено противоречивое влияние длительности такта квантования непрерывного сигнала на различные показатели качества цифрового управления. При оптимизации цифровых настроек по комплексному критерию (20) существует оптимум (рис. 6), который может быть определен на основе предложенного алгоритма (рис. 7). Это позволяет повысить качество управления за счет оптимизации Т0.

+ г

■Ли?).

(20)

где Дм, - отклонение управляющей переменной от установившегося значения; г - весовой коэффициент.

^еи

Т.,, мин

Рис.6 Зависимости критерия 52 от такта Т() при разных г

НАЧАЛО ^

. о и " А О

I» ,Ьз ,0 ,

„О <1 АХ " ,-*

до , ,д,„.| , ДТо, е

Т(1'=Т„1-|±ДТ„"(Н)

ж

а»1 .а.ЛЬ'.а',

*

, Дни' "".ДТ«1

Нет ^ ДТ^е

Да

Т ИТГ л ОПТ _ СИ

N

Ввод начального такта, параметров модели объекта, начальных настроек цифрового регулятора, приращения по такту и окрестности оптимума

Изменение ГТ.Л'-ДТ,^"1, ЗоД-У^ЛО)'

Т„Ч 0=2,5,4 )

такта 1т„' '+ДТ(|>-', Э^У^^ДО)'

Пересчет параметров дискретной модели объекта и настроек цифрового регулятора при изменении такта квантования

Оптимизация настроек при текущем такте Я^О)1 и в приращениях в^Л4")1, 5012(-У

Г К, X ДТ,^-', 5„2(+У>3„г(0У лЗ^-^Б^^О дт«Ч

I К2хДТ,;>, 5еЛ+)"5и12((^5е112(-У '^(СУ где 0<К|<1, 1<К,--2

Проверка условия окончания поиска оптимум!

КОНЕЦ

Рис. 7. Схема алгоритма оптимизации такта при синтезе цифрового

регулятора

Четвертая глава посвящена синтезу многомерных связно-комбинированных цифровых систем управления (СКЦСУ) (рис. 8).

На первом этапе синтеза рассмотрена г-мерная система связанного управления, описываемая уравнениями:

иЧУк"и", (21)

где е, у\у, и", и - векторы ошибок, заданий, выходов по каналам объекта и основных регуляторов, управляющих воздействий; И/„" - матрице- дискретных передаточных функций объекта по основным и перекрестным каналам; IV" - диагональная матрица дискретных передаточных функций регуляторов и матрица компенсаторов перекрестных связей.

,.Л»!И

и

УШИ

¿\mjlm

„»иш

„»М1И ^

„14

Кг/МИ'Ч;"' 4 *

г - -тг.-И' "||"|''л " И! И

К"

= -"о.___и, »ИИ____- -

уи

1,И

/'"И ,/'№1

1У"1

1_

Рис. 8 Структурная схема СКЦСУ

I

е["(г) * и""1"1 (г)

1- 1А""1"-*-

■> (22)

где ^"''"''(г) - дискретная передаточная функция регулятора

(/=/') или компенсатора (#/); с//ж"['"/1 - параметры передаточной

функции регулятора (¡=/) или компенсатора (#/); «¿ж"''"7' - порядки

числителя и знаменателя передаточной функции регулятора (/=/) или компенсатора - выходы регуляторов (/=/) и компенсаторов (#/);

/,7=1,/-.

Из системы (21) получаем:

У = (к"- к;)-1- ггки-(23)

где / -единичная матрица, г у. г.

Усповие автономности выполняется, если матрица (!+№<,"■И/к"-И/р") -диагональная. Так как I и 1¥р - диагональные матрицы, то необходимо привести к диагональности произведение Приравнивая нулю не-

диагональные элементы, приходим к системе линейных неоднородных уравнений:

■ И/;[Л["(л) + ^0"[,Р1(г) = 0, и к,]=\7г, (24)

/=1,1*1

или в матричной форме:

ЦТ," 1ГК"'"""+ к""жт = о, (25)

где W0umm- блочная матрица; w;,m'\ ^„""""'"-блочные векторы

уупапт[ 1] 0 ~цгитт{ |]~ д/ ни а/inil 11

уу и оят__ • WK" авт= • "" alim~ ? " 0

0 yy,ianm[r] жжг ill/ mm[t] ™ a

W" <*""1'' - матрица, получаемая из W" вычеркиванием /-ой строки и (-го столбца, (М)х0-1); W"а<!'"['] - вектор, получаемый из /-го столбца W" вычеркиванием /'-ой строки, (М); W"" """'г'1 - вектор, получаемый из /-го столбца ^„"вычеркиванием /-ой строки, (г-1).

Если W"а,т не вырождена, то существует единственное решение:

Wu mm = . цгш, «ш (26)

Зависимость (26) позволяет рассчитывать дискретные передаточные функции компенсаторов из условия автономности для систем любого порядка. Однако повышение числа управляемых величин объекта приводит к резкому увеличению размерности W„"т'". А поскольку возможности любого пакета программ (MathCad, MathLab, Maple) ограничены, то решение (26) может оказаться нереализуемым. В этом случае предлагается второй подход к расчету компенсаторов. Анализ системы (25) показывает, что она распадается на г подсистем:

W„"авт[,]- W" аш[Г]+ W,r даш!'1 = О, /= Тг . (27)

Очевидно, что каждое решение системы (25) порождает единственное решение всех подсистем вида (27) и наоборот. Решение каждой из подсистем находится по формуле:

ц,и atiftj[i] = и mun[i]y I. ууии яи[(] Q g)

Это позволяет свести решение системы большой размерности (25) к последовательному решению г подсистем значительно меньшей (в г раз) размерности каждая. Благодаря этому становится возможным проводить расчет компенсаторов из условия автономности для системы любого порядка с использованием выбранного пакета программ. В главе приведены примеры, подтверждающие справедливость полученных выводов.

Второй подход к диагонализации матрицы (W,!'-W") заключается в решении уравнения: W"-W" = W*', (29)

откуда:

где IV ж - диагональная матрица желаемых передаточных функций эквивалентных объектов.

Достоинством второго подхода является получение таких компенсаторов, которые обеспечивают требуемые динамические свойства системы, определяемые выбором И/Ж. Однако при этом возрастает количество компенсаторов на число равное размерности системы.

Предложенные подходы позволили разработать математическое и программное обеспечение для синтеза автономных цифровых компенсаторов в автоматическом режиме.

В работе предложен универсальный алгоритм настройки управляющей части многомерных ЦСУ в соответствии с заданным критерием (например, сумма квадратов ошибок управления), являющийся в общем случае задачей векторной оптимизации. Для ее решения воспользуемся методом свертки:

= (30)

где 3"'"" - суммарный критерий; 5 - вектор критериев качества для каждой управляемой величины объекта; V - вектор весовых коэффициентов, сумма элементов которого равна единице

Расчет настроек осуществляется методом нелинейного программирования. Задаются начальные значения параметров алгоритмов управления, при которых рассчитываются переходные процессы замкнутой многосвязной ЦСУ (31) и численные значения частных производных по настраиваемым параметрам (32) с помощью разностных уравнений:

е=уз-у, ии=г;к -6>;А, и =грк-ии, г'=<с-б>;, у=га -гоо

где Е , У3, II - векторы ошибок управления, задания и управляющих

воздействий; и" , , • 0й - вектор выходов регуляторов и компенсаторов, матрица переменных состояния и вектор настроечных параметров регуляторов и компенсаторов; 1"рк = 1" - матрицы суммирования; -У,

4*1, • 0" - вектор выходов по каналам объекта, матрица переменных состояния и вектор параметров моделей основных и перекрестных каналов.

дЕ =- дУ, ди"=д г" ■ +дС, ди = а/" • ди",

' [Ж //К /'Л '

дУ =дТ" ■ 0", дУ = 81" ■ дУ", (32)

где дЕ , ди", ди , дУ", дУ , дС, дТирк, дГ„ , дГПк - векто-

ры и матрицы частных производных переменных системы по настраиваемым параметрам.

На основе (31) - (32) вычисляются Е"ш , дЕы , а затем дБ , дБ :

дБ =2- дЕ* ■ £1, дБ = <э/л„„ ■ дБ , (33)

где дБ - вектор частных производных всех критериев; дЕы , дБ Нкт -матрица значений частных производных ошибок управлений и вектор ча-

стных производных критерия 5нкт по настройкам регуляторов и/или компенсаторов; Е"кт - вектор значений ошибок управления всех управляемых величин; Э/л,„„ - матрица коэффициентов

Затем выполняется шаг по настройкам в направлении убывания критерия. Окончание поиска оптимума определяется условием:

V, <£■, (34)

где е - окрестность оптимума; V =

ау

- норма градиента.

Расчет большого числа уравнений и использование итерационных численных методов оптимизации для настройки всех управляющих алгоритмов, могут привести к существенному снижению быстродействия адаптации многосвязных систем, что является главным недостатком подхода.

На основе принципа автономности с использованием предложенных подходов для расчета компенсаторов разработаны второй и третий алгоритмы настройки (адаптации) управляющей части многомерной ЦСУ. Обеспечивая существенное уменьшение размерностей систем (31)- (32) и возможность одновременной оптимизации всех регуляторов, второй алгоритм позволяет значительно увеличить быстродействие. В третьем алгоритме представление на основе принципа автономности /--мерной ЦСУ в виде совокупности эквивалентных одноконтурных (рис. 9), включающих соответствующий основной регулятор (35) и эквивалентный объект с передаточной функцией (36), позволяет еще больше снизить размерность систем (31) - (32), что обеспечивает максимальное быстродействие синтеза связанной ЦСУ (СЦСУ). Принцип расчета настроек регуляторов остается таким же, как и в первом алгоритме.

ГШ.

/>ч

шпг

„»мни

г _

](,]»« =щ»{П1П+ ^^"ИЫ .^М/И'1 (36)

»=11*1

На следующем этапе проводится синтез цифровых компенсаторов возмущений СКЦСУ

Рассмотрено три варианта подключения компенсаторов (рис. 8). В первом случае (сплошная линия) СКЦСУ описывается уравнениями (37), во вто-Рис. 9 Эквивалент- р0м (пунктирная) - (38) и в третьем (штрих-ная схема СЦСУ пунктирная) - (39).

Вариант I Вариант И Вариант III

е=/-у, е=у'-у, e=y'-y+fV/-f,

u"=Wp'-e, u"=Wp"-e, u"=Wp"e,

u=WK"-u"+w/-f, (37) u""=u"+Wj-f, (38) u=WK"u", (39) y=W„"-u+Wj-f.; u=WK"-u"", y=W„"-u+ Wj-f.

y=Wu"-u+W/-f,

где Wj, Wj - матрицы дискретных передаточных функций объекта по каналам возмущений и компенсаторов возмущений, rXw, ii'"-|>M'I1,(z),...,i/""w(z)]/ - вектор суммарных выходов основных регуляторов и компенсаторов возмущений; W^lk\z) - дискретная передаточная функция компенсатора возмущения; и1 ww(z) - выход компенсатора возмущения; й= 1, w, к= \,г .

Условие автономности во всех случаях остается прежним и расчет компенсаторов перекрестных связей ведется по выражениям (26), (28) или (29).

Структура инвариантных компенсаторов возмущений зависит от способа их подключения и для каждого варианта определяется соответственно зависимостями (40).

Вариант I Вариант II Вариант III

wHw^i-wjy wHw:y-(w:r- wHw;Yiw:'f-

i-Wj). Wo"r'<-W/). (40)

Обозначив R=W„"-W"-Wp" и выражая (W„")'[:

(W0")~l=WKu-Wp"-R-\ (41)

можно записать эквивалентные формулы расчета передаточных функций инвариантных компенсаторов возмущений:

Вариант I Вариант II Вариант III

WKf=WK"-w;-R-]i-Wj). WJ=W;'-Ra-{-WJ), (42)

При выполнении условия автономности матрица R является диагональной. Это позволило вывести универсальные формулы расчета передаточных функций инвариантных компенсаторов возмущений: Вариант I

Wmm(z\

wfkm(z) + • w"ll,]l,](z))

j-u« w;inij](z) + ¿(^„'"'""oo • w;iU]ll](z)) i=l i*j

Вариант II

IV,

+ X • И'/1"1" (г))

Вариант III

ГГ.

• (45)

Разработанные алгоритмы позволяют автоматизировать синтез многосвязных ЦСУ различных структур.

В пятой главе приводятся результаты исследования чувствительности ЦСУ к нестационарному поведению параметров моделей объектов для оценки целесообразности применения адаптивного управления. Предложена структура синтеза адаптивных многосвязных ЦСУ. Дано теоретическое обоснование и разработаны варианты нового рекуррентного метода текущей идентификации (РМПК) параметров дискретных моделей многомерных объектов на основе использования численных значений частных производных критерия по двум значениям векторов параметров модели, полученных на предыдущих шагах.

В качестве критерия текущей идентификации Ф использоеэны зависимости:

(46)

(47)

где в - вектор параметров разностного уравнения; yJ, У - векторы экспериментальных и рассчитанных по модели значений выхода ОУ; вн - переменная, обозначающая нестационарный параметр вектора в\ у',у1 - текущее экспериментальное и рассчитанное по модели значения выхода ОУ.

Выражения (46) и (47) являются квадратичными функциями ограниченными снизу относительно нестационарного параметра в„, поэтому они могут быть представлены следующей формой записи:

Ф(в,1) = а-9„2 +р-в„ +у,

(48)

где а, ¡3, у - коэффициенты, определяемые экспериментальными значениями входа и выхода, а также значениями стационарных параметров модели ОУ.

Поскольку на каждом шаге текущей идентификации экспериментальные значения входа и выхода определены и фиксированы (измеряемы), то коэффициенты а, ¡3, у являются в эти моменты времени константами.

Из (48) следует, что производная критерия Ф является линейной функцией относительно ви:

Ф,в{в„) = 2ав„+р. (49)

Представим идентифицируемый параметр ви в виде суммы точки экстремума в\ и приращения Авц:

<?„=*;+¿ч. (50)

Подставив выражение (50) в (49), получим:

Ф'к (6>„) = 2а ■ (в', +А6„) + Р = 2а- в'и + 2а ■ А9„ + /3 . (51)

Поскольку в'п - точка экстремума, то:

Ф;«О = 2а£?;+/? = 0. (52)

Отсюда:

Ф'влЮ = Ф'(Ав,1)=:2а-Ав,1. (53)

Представим две произвольные точки в]/ и <9'2] суммой точки экстремума в\ и соответствующих приращений А01н'] и А0™:

вЦ] = в"„ + АвЦ], = в'„ + Ав^ (54)

На ¿-ом шаге текущей идентификации, когда коэффициенты а, р, у по причинам, указанным выше, являются константами, производная критерия Ф'д (ви) в выбранных точках примет значения:

Ф'в:{в\:]) = 2ав^ + р, Ф'вм(0^) = 2а-01г1 + р. (55)

Подставив выражение (54) в (55) и учитывая (51) получим: Ф'в, (в[:]) = Ф'е, (ЛвЦ]) = 2а ■ АвЦ], Ф'к = Ф^ = 2а • Ав\;]. (56)

Из отношения А&!'1 и Аву^ выразим точку экстремума 0,":

Л^ ф-е: . в^-Ав^-в^-Ав^

Ад™ в^-ву " А0Я-А0™ ■ 1 ;

Используя (55) рассмотрим отношение Ф'в (£?''') и Ф'в (#,'21):

ф'в.(в;Р) _ ф'в,(лв)!]) _ 2а-ле™ _ а&Ц1

(58)

Ф'э,(.в1*]) Ф'в(Лд]?]) 2 а-Ав™ Ав™'

Тогда подставив в (57) на основании (58) вместо отношения приращений аргумента отношение производных в выбранных точках и ,

получим еще одно выражение для расчета точки экстремума :

При векторной нестационарности, т.е. при изменении двух и более (в пределе всех) параметров динамической модели ОУ, зависимость для расчета точки минимума примет вид:

в'„ = (©!:' •Ф'(0!,21)-6»,т • Ф'(<9,[")) • (ФЧб»,1;1) - Ф'(®1")Г1, (60) где <9*, 0,'/', Ф'(&['!) - диагональные матрицы; diag0*=0*; с^ф],'1 = ; Ша£ф'(0,'7') = ; - точка минимума (вектор опти-

мальных по критерию значений идентифицируемых параметров модели ОУ); в„ - вектор, элементами которого являются нестационарные параметры в ; в)^ - у-ое значение вектора идентифицируемых параметров; Ф\9п) - вектор частных производных; Ф'(в[п) - значение вектора частных производных в точке в]л; у = 1,2 .

На основе полученной зависимости (60) разработан алгоритм, реализующий РМПК и обеспечивающий выделение сигналов нестационарных каналов объекта с использованием двух критериев (46) - (47): в условиях низкой (чувствительный) и высокой помехоустойчивости. РМПК значительно упрощает процедуру поиска идентифицируемых параметров, имеет более широкую область применения и максимальное быстродействие.

По уточненным в ходе текущей идентификации значениям параметров модели объекта осуществляется адаптация управляющей части системы. При этом потребовалась разработка универсальных (не зависящих от размерности системы) алгоритмов самонастройки автономных и инвариантных компенсаторов (включая расчет эквивалентных ОУ). Анализ процедуры синтеза компенсаторов и эквивалентных ОУ показывает, что ее вычислительной основой является произведение полиномов. На основе дробно-рациональных выражений дискретных передаточных функций компенсаторов разработано математическое и алгоритмическое обеспечение, позволяющее автоматизировать процедуру перенастройки (адаптацию) автономных, инвариантных компенсаторов и эквивалентных объектов многосвязной ЦСУ.

Рассмотрено произведение двух полиномов:

(Ь0 -7° -г1+... + ЬКлГ^,))-(а0-г°+а1 + -г"") (61)

где а„ Ь, - коэффициенты; к„+1, п„ - порядки полиномов.

При этом возможны три случая, приведенные в табл. 1.

Таблица 1 Зависимости для расчета коэффициентов с

№ подгруппы Группа (случай)

К+\ >п0 к0+\=п„ к„+1 <п„

1 с> =2>. 1=0 /.о су=]£>. А-*' ;= 0 г «А-

_/= 0, п0- \. 7=0,я„ -1.

2 1=0 А 1=0 у-««-

)=к0 + \,па ■

3 п„ 1-1-к„-1 = А- > с1=

Г к„ + 2, и„ + ка +1 • )=п„ +1,2 п0 . У= и„ +1, я„ + кп +1.

Анализ зависимостей (табл. 1), позволил получить алгоритм расчета коэффициентов результирующего полинома с/.

с, = У=0,л„+Ав+1, (62)

к^-^о, |о,;-А <0,

у Ш-пв<0, ' У-к„,]-ко>0,

Выражения (62) - (63) являются основой алгоритмов адаптации автономных и инвариантных компенсаторов (и эквивалентных ОУ) СКЦСУ произвольной размерности. Использование зависимостей (26), (28), (29), (36), (40), (62) - (63) позволяет провести автоматический синтез (адаптацию) автономных и инвариантных компенсаторов (и эквивалентных ОУ) для систем любой размерности, вне зависимости от порядка моделей каналов управления и возмущений.

В главе предложен новый способ адаптации ЦСУ, включающий адаптацию временного такта квантования, позволивший повысить динамическую точность и уменьшить время установления управляемых переменных.

Шестая глава посвящена реализации основных теоретических и практических результатов работы, в виде алгоритмических и программных модулей в составе автоматизированных систем управления многомерными процессами ректификации на предприятиях нефтехимической промышленности:

1. Автоматизированная система управления процессом экстрактивной ректификации (ЭР) изопентан-изоамиленовой фракции в производстве изопрена.

2. ЦСУ ректификации этилбензол-стирольной фракции в производстве стирола.

3. Адаптивная связно-комбинированная ЦСУ (СКЦСУ) процессом экстрактивной ректификации бутилен-дивинильной фракции (ЭР БДФ) в производстве бутадиена.

На основе анализа экспериментальных данных функционирования технологических объектов и топологии связей между параметрами определены структуры объектов, исследованы динамика, получены дискретные модели.

Проведен синтез основных и вспомогательных цифровых регуляторов различных структур для системы управления процессом ЭР изопентан-изомеленовой фракции при разных тактах квантования, осуществлен выбор оптимального такта и исследована чувствительность системы.

Разработаны структура многосвязной ЦСУ и способ управления процессом ректификации этштбензола и стирола для повышения качества дистиллята и кубового продукта при значительных возмущениях по расходу и составу сырья на основе алгоритмов автономно-инвариантного управления. В ЦСУ введена компенсация внешних возмущений по составу, расходу сырья и перекрестных связей по расходам флегмы и теплоносителя на составы продуктов разделения. В системе использованы нетиповые алгоритмы в цифровых регуляторах и компенсаторах и определены различные такты квантования сигналов в отдельных контурах с учетом динамики каналов многомерного объекта.

Проведен синтез и исследование адаптивной СКЦСУ многомерным процессом ректификации в производстве бутадиена с применением первого и второго (рис.10) подходов к расчету автономных цифровых компенсаторов. При этом для расчета компенсаторов IV (/, у = 1,3) по второму подходу в качестве И/Ж , определяющих эквивалентные объекты, приняты передаточные функции основных каналов. Анализ динамических характеристик, полученных в результате синтеза СКЦСУ показал, что достигается автономность и полная инвариантность по отношению к взаимным связям в объекте и возмущениям, улучшая качество управления.

W "ПКП

HHgH—

„.mm J/"' { j

0-

ЛПШ

jp/mm

ЙГ

mm

„АЦЩ

рушт

и

,,и[1][2]

^"10(3]

мш

X \

Рис. 10. Структурная схема трехмерной СКЦСУ

Проведено исследование разработанной адаптивной автономно-инвариантной ЦСУ (АдАвИнЦСУ) нестационарным процессом ЭР БДФ (рис. 11), представленное значениями интегральной квадратичной оценки (ИКО) и статической ошибки (СО) в табл. 2, включающее сравнительное исследование предложенного метода текущей идентификации (РМПК) и РМНК, результаты которого представлены значениями параметров моделей каналов ОУ и критерия - сумма квадратов невязки (СКН) между динамическими характеристиками основных каналов при измененных и исходных (адаптивных) параметрах моделей - в табл. 3.

Структурная схема включает- объект 9, сумматоры 1, 2, 7, 8, 18, 19,

основные регуляторы 3, 4, компенсаторы перекрестных связей 5, 6, и возмущений 20, 21, фильтры 10, 11, блоки текущей идентификации 12, 13, блоки адаптации ре-а"7™^®™ гуляторов 14, Рис. 11. Структурная схема АдАвИнЦСУ ЭР БДФ ] компенса-

торов перекрестных связей 16, 17, и возмущений 22, 23.

В ходе машинных экспериментов замкнутой связанной ЦСУ нестационарность объекта имитировалась путем скачкообразного изменения параметров непрерывных моделей по основным каналам управления на 10 % (увеличение постоянных времени и уменьшение коэффициента усиления). При этом запаздывание по первому основному каналу тг=21,6 мин. (дискретное (/]=18 тактов), по второму - т2=6 мин. (дискретное <1т~"5 тактов). В качестве допущения принималась квазистационарность по перекрестным каналам ОУ Это объясняется их менее сильным влиянием на выходы по сравнению с основными каналами.

Анализ результатов показывает повышение точности оценок параметров модели ОУ при использовании РМПК по сравнению с РМНК. Полная и частичная адаптация алгоритмов управления АвИнЦСУ (табл. 2), на основе результатов текущей идентификации основных каналов ОУ различными методами, показывает улучшение качества управления про сравнению с неадаптивной АвИнЦСУ, при эт*1/й$ив<МУййМэфф0мгивность дос-

библиотека СПетсрвург

Ю М IV

I

J

тигается в первом случае, а также с увеличением точности результатов текущей идентификации (РМПК) Это позволяет сделать вывод об эффективности использования разработанных алгоритмов автоматического синтеза регуляторов и компенсаторов и алгоритма текущей идентификации, обеспечивающих синтез адаптивных многомерных ЦСУ и повышение тем самым качества управления.

Таблица 2 Сравнительные показатели качества управления АдАвИнЦСУ

Модель ОУ, использованная для настройки СУ Адаптируемые управляющие алгоритмы ИКО СО

У" У21 У" У2'

Измененная Регуляторы, компенсаторы перекрестных связей и возмущений 28 411 9 229 4 041е-4 1 406е-4

Исходнач Регуляторы, компенсаторы перекрестных связей и возмущений 29 757 9 784 1 056е-2 2 469е-3

Проидентифи-цированжш по РМНК Регуляторы 29 377 9 358 1 02е-2 2 278е-3

Регуляторы, компенсаторы перекрестных связей и возмущений 28 763 9 246 -3 445е-3 2 283е-4

Проидентифи-цированнм по РМПК Регуляторы 28 683 9 345 1 024е-2 2 264е-3

Регуляторы, компенсаторы перекрестных связей и возмущений 28 413 9 239 -1 001е-4 2 977е-4

Таблица 3 Параметры модели ОУ

Канал Параметры Значения параметров модели ОУ СКН

Непрерывные Дискретные

г,. мин Тг, мин. К %мас/(т/ч) 01 о2 Ь, %мас/(т/ч)

Первый основной Иг,. ПИИ исходные 12 61 1261 -4 8 1 846 -0 853 -0 034 66 215

измененные 13 88 13 88 -4 3 1,859 -0,865 -0,025 -

адаптивные (РМНК) 12 35 12 35 -4 3 1 847 -0 854 -0 031 2 185

адаптивные РМПК 13 98 13 98 -43 1 858 -0 864 -0 025 0 007

Второй основной РИ исходные 5 96 36 77 -108 1 805 -0 81 -0 058 349 225

измененные 6 55 40 45 -9 73 1 82 -0 825 -0 044 -

адаптивные (РМНК) 5 86 41 -9 73 1 805 -0 81 -0 047 0.126

адаптивные РМПК 5 93 41 1 -9 73 1 807 -0 812 -0.047 0 087

Результаты работы внедрены на предприятиях нефтехимической промышленности в составе АСУ, а также в учебный процесс кафедры информационных и управляющих систем ВГТА. Анализ результатов показал

эффективность синтеза многосвязных ЦСУ и возможность применения для аналогичных непрерывных объектов химической, пищевой и других отраслей промышленности, что обеспечивает тиражируемость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются в разработке теоретических основ и методологии автоматизированного синтеза многосвязных ЦСУ объектами непрерывного действия, что позволило решить актуальную научную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение.

Выводы по диссертационной работе и полученные в ней результаты можно обобщить следующим образом:

1. Проведен анализ подходов к синтезу ЦСУ многосвязными объектами, позволивший унифицировать этапы структурно-параметрического синтеза на основе принципов автономно-инвариантного управления.

2. Разработана блочно-матричная дискретная динамическая модель объекта, позволившая автоматизировать процедуру синтеза модели многосвязного объекта на основе топологии физических связей.

3. Экспериментально установлен характер зависимости степени адекватности модели при изменении временного такта квантования, что позволило разработать метод определения рационального такта по скорости изменения критерия адекватности, повышающий точность динамического описания непрерывных объектов на этапе идентификации.

4. Разработаны алгоритмы синтеза каскадных, комбинированных, связанных ЦСУ на основе использования принципов декомпозиции с применением методов численной оптимизации и принципов автономно-инвариантного управления.

5. Разработан алгоритм оптимизации длительности такта на этапе синтеза управляющей части системы по комплексному интегральному критерию, обеспечивающий повышение качества управления.

6. Разработаны методы синтеза многомерных связно-комбинированных систем цифрового управления на основе использования принципов автономно-инвариантного управления Получены зависимости, позволяющие осуществлять непосредственный расчет цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многомерной системы для различных вариантов структур системы, получаемые из критериев автономности и инвариантности. Предложенные подходы позволили разработать алгоритмы, резко сокращающие размерность задачи оптимизации управляющей части системы за счет декомпозиции многомерной системы и расчета сепаратных подсистем.

7. Предложенная концептуальная модель алгоритма синтеза адаптивных многосвязных ЦСУ на основе блочно-матричного представления, позволяет проводить структурную адаптацию управления в автоматическом режиме.

8. Разработан рекуррентный метод текущей параметрической идентификации (РМПК) многомерных дискретных моделей, основанный на производных критерия. Показано, что точность и скорость получаемых оценок выше, чем при использовании известных методов, что подтверждается результатами экспериментов, полученных на основе моделирования.

9. На основе анализа дробно-рациональных выражений дискретных пере заточных функций автономных компенсаторов разработано математическое и алгоритмическое обеспечение, обеспечивающее проведение автоматического расчета автономных, инвариантных компенсаторов и эквивалентных ОУ как на этапе проектирования (off-line), так и в процессе функционирования (on-line) адаптивной ЦСУ. Исследована адаптивная ЦСУ, включающая адаптацию временного такта квантования сигналов, позволяющая повысить динамическую точность и время установления. Использование предложенных алгоритмов реализует автоматизированный синтез многомерной адаптивной ЦСУ и обеспечивает повышение качества управления многосвязным объектом в условиях нестационарности

10. Основные теоретические и практические результаты реализованы в виде алгоритмических и программных модулей в составе автоматизированных систем управления многомерными процессами ректификации в производствах стирола, изопрена и дивинила, а также использованы в учебном процессе.

11. Техническая новизна работы подтверждена 23 авторскими свидетельствами и патентами на способы, устройства и системы управления, 3 из которых внедрены в промышленное производство на предприятиях нефтехимической промышленности с экономическим эффектом, расчеты приведены в приложении диссертации.

Основные результаты и содержание диссертации изложены в следующих работах:

1. Битюков, В. К. Моделирование и синтез систем цифрового управления многомерными технологическими объектами непрерывного действия [Текст]: монография / В К Битюков, В С Кудряшов, М В Алексеев Воронеж гос. технол акад. -Воронеж, 2002 -143 с (Разработка математического обеспечения синтеза)

2 Кудряшов, В. С. Синтез цифровых систем управления технологическими объектами [Текст]: уч пособие для вузов /ВС Кудряшов, В К. Битюков, М. В. Алексеев, С. В Рязанцев. -Воронеж. ВГТА, 2005. -336 с. (Постановка задач, разработка алгоритмов).

3 Кудряшов, В С Синтез адаптивной цифровой связанной системы управления двумерным объектом [Текст] / ВС. Кудряшов, Н Р Бобровников, В. К Битюков, М. В. Алексеев и др. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика 2002. № 12. С. 5-11. (Постановка задач, синтез алгоритма адаптации).

4. Кудряшов, В. С Синтез цифровых компенсаторов многосвязных систем управления на основе принципа автономности [Текст] /ВС Кудряшов, Н Р Бобровников, С В. Рязанцев, Ю. Н Гридин // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика. 2003 № 10 С 15-20 (Вывод условия автономности)

5. Кудряшов, В. С Синтез связно-комбинированных многомерных цифровых систем управления [Текст] // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 7. С. 1-8.

6 Кудряшов, В. С Синтез алгоритма оптимизации многомерных цифровых систем управления [Текст] /ВС Кудряшов, В К Битюков, С. В Рязанцев // Системы управления и информационные технологии 2004. № 1 С. 99-104 (Разработка алгоритма оптимизации).

7 Кудряшов, В С. v Синтез цифровых компенсаторов возмущений многосвязных систем управления с использованием принципа инвариантности [Текст] / В С. Кудряшов, Н.Р. Бобровников, С В Рязанцев // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика. 2004. № б С 4-6 (Метод расчета цифровых компенсаторов возмущений)

8. Кудряшов, В. С Синтез цифровой системы управления многомерным процессом ректификации [Текст] // Приборы и системы Управление, контроль, диагностика. 2005. №3. С 6-10.

9. Кудряшов, В. С. Алгоритм текущей идентификации при синтезе адаптивных цифровых систем управления многомерными объектами [Текст] / В. С Кудряшов, В. К. Битюков, С. В. Рязанцев // Вестник 1ГТУ -Тамбов 2004 № 3 С 647655. (Постановка задачи, метод текущей идентификации)

10 Кудряшов, В. С Автоматизированный синтез настройки контуров цифрового регулирования [Текст] / В С Кудряшов, М В Алексеев, С Ю Китаев // Вестник ТГТУ. -Тамбов 2004. № 4А. С. 946-953 (Разработка структуры синтеза, математическая формулировка).

11. Кудряшов, В. С. Управление режимом ректификационной колонны с использованием ЭВМ [Текст] // Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / ЦНИИТЭнефтехим -М,1978 №9 С 2-4

12. Сыромятников, А А Регулирование процесса экстрактивной ректификации по показателям качества [Текст] / А А. Сыромятников, В. С Кудряшов // Промышленность синтетического каучука. Науч -техн реф сб №¡2, 1978. С. 7-11 (Исследование динамики процесса, испытания системы на объекте).

13. Кудряшов, В С. Автоматизированная система управления экстрактивной ректификацией по по качеству двух продуктов [Текст] / В. С Кудряшов, А А Сыромятников А А // Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / ЦНИИТЭнефтехим -М , 1978 № 3 С. 5-8. (Разработка алгоритма управления, программирование, реализация)

14. Горелик, Н. Г АСУ ТП двухстадийного производства мономера-изопрена [Текст] / Н. Г. Горелик, В. С Кудряшов, В А. Миронов и др. // Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / ЦНИИТЭнефтехим. -М„ 1980. № 5. С. 12-15 (Разработка подсистем управления многосвязными процессами ректификации).

15. Горелик, Н. Г Двухуровневая АСУ ТП производства изопрена на ПО «Нижнекамскнефтехим» [Текст] / Н. Г. Горелик, В. С. Кудряшов, В. А. Миронов и др. // Автоматизация химических производств Вып. 2. -М : НИИТЭХИМ, 1981 С. 20-24. (Разработка и реализация нижнего уровня управления процессами)

16. Кудряшов, В. С. АСУ процессами экстрактивной ректификации бутилен-дивинильной фракции и выделения дивинила-ректификата // Автоматизация химических производств [Текст] / В С Кудряшов, Н Г Горелик и др / Автоматизация химических производств Вып. 3.-М НИИТЭХИМ, 1982. С 1-6 (Постановка задачи, разработка алгоритмического обеспечения системы).

17 Кудряшов, В С Динамические характеристики колонны экстрактивной ректификации бутан-бутиленовой фракции [Текст] /ВС Кудряшов, А. А Сыромятников, Н. Д Писаренко // БУ ВИНИТИ «Депонированные научные работы». -М. ЦНИИГЭнефтехим, 1983 № 9. -16 с (Постановка эксперимента на объекте, обработка результатов).

18. Кудряшов, В С Исследование системы управления процессом экстрактов чой ректификации бутан-бутиленовой фракции по качеству продуктов [Текст] /ВС Кудряшов, А А Сыромятников, Н. Д. Писаренко // БУ ВИНИТИ «Депонированные научные работы». -М • ЦНИЙТЭнефтехим, 1984. №11. -50 с (Разработка алгоритмов и программная реализация).

19. Сыромятников, А. А. Моделирование и управление процессом экстрактивной ректификации изопентан-изоамиленовой фракции по составам продуктов [Текст] / А А, Сыромятников, В С. Кудряшов, Н Д Писаренко // Автоматизация химически < производств Вып 3 -М • НИИТЭХИМ, 1985 С 20-28. (Расчет передаточных функций регуляторов, компенсаторов, эксперимент на объекте)

20 Кудряшов, В С Автоматизация исследований систем регулирования процессов рекгификации [Текст] / В. С. Кудряшов, А. А. Сыромятников, Н. Д. Писаренко // БУ ВИНИТИ «Депонированные научные работы». -М,-ЦНИИТЭнефтехим, 1989 №9 -10 с. (Разработка структуры системы управления и алгоритма моделирования)

21 I (елыковский, В П. Автоматизация настроек регуляторов в программно-технических комплексах АСУ ТП химических производств [Текст] / В. П Целы-ковский, М. Г. Матвеев, В. С. Кудряшов и др // Автоматизация химических производств. Вып. 4. -М.: НИИТЭХИМ, 1989. С. 31-34. (Разработка конечно-разностной аппроксимации законов регулирования).

22. Ветохин, В. Н. Особенности применения мини- и микроЭВМ в системах автоматизированного проектирования [Текст] / В Н Ветохин, В И. Иванников, В С. Кудряшов, Н И Чуковенков // Сб науч. тр. «МикроЭВМ в управляющих и информационных системах в промышленности и СК» -М/ ЦНИИТЭнефтехим, 1989. С. 77-80 (Реализация цифровых алгоритмов на ЭВМ).

23. Кудряшов, В. С. Моделирование и расчёт цифровой каскадной схемы регулирования для сложных химико-технологических процессов [Текст] / ВС. Кудряшов, М. Г. Матвеев, Н. И Чуковенков, М В Скобликов // Автоматизация химических производств- Межвуз. сб науч тр -М, МИХМ 1990. С 153-157 (Постановка зада-ш, декомпозиция системы регулирования).

24. Кудряшов, В С Расчет цифровых комбинированных систем регулирования с использованием г-преобразования [Текст] / В. С Кудряшов, М. В. Алексеев И Системы управления и информационные технологии- Меясвуз. сб. науч. тр. -

Воронеж: ВГТУ, 1997. С 77-82. (Разработка алгоритма, метода свертки для оптимизации внешних цифровых регуляторов)

25. Кудряшов, В. С. Синтез структуры систем цифрового управления многомерными объектами химической технологии [Текст] / В. С. Кудряшов, М. В. Алексеев // Системы управления и информационные технологии- Межвуз сб науч. тр -Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 53-59 (Разработка структуры дискретной модели).

26 Ануфриев, В.В. Синтез цифровой системы управления процессом ректификации в производстве стирола [Текст] / В. В Ануфриев, В. С. Кудряшов, В В. Кузьменко, М. В. Алексеев // Математическое моделирование информационных и технологических систем: Сб. науч. трудов. -Воронеж: ВГТА, 2002 С 128-130. (Установление топологии связей и разработка алгоритма).

27 Кудряшов, В. С. Идентификация дискретных динамических моделей объектов для синтеза цифровых систем регулирования [Текст] // Тез. докл. IV Межд. научн. конф. «Методы кибернетики химико-технологических процессов». -М„ 1994. С. 111.

28 Кудряшов, В. С. Синтез систем цифрового управления сложными химико-технологическими системами [Текст] // Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-10). Межд. конф. -Тула: ТГУ, 1996. С. 165

29. Кудряшов, В. С Выбор такта квантования при синтезе систем регулирования [Текст] / В. С. Кудряшов, М.В. Алексеев // Математические методы и технике и технологиях: Сб. науч. трудов 12 Межд. науч. конф. Т. 5. -Великий Новгород: Изд-во Новг. гос. ун-та, 1999. С. 182—183. (Метод оптимизации временного такта квантования).

30 Кудряшов, В. С. Синтез многомерных цифровых систем управления с перекрестными связями [Текст] // Математические методы в технике и технологиях-Сб тр. XIII Межд. науч. конф. Т 6. -С.Петербург: СПбГТИ(ТУ), 2000. С. 277-278.

31. Ануфриев, В. В. Исследование влияния такта квантования на показатели качества при синтезе цифровой системы регулирования [Текст] / В. В. Ануфриев,

B. С Кудряшов, М. В. Алексеев // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-13- Сб трудов 13 Межд науч конф. Т 6. Секции 11,12,13. Санкт-Петербургский гос. технол. ин-т (техн. ун-т). -С.Петербург, 2000 С. 284-286 (Постановка задачи, разработка математического обеспечения)

32 Кудряшов, В. С. Исследование качества адаптации дискретных динамических моделей линейных объектов [Текст] / В. С. Кудряшов. В. К. Битюков, М В. Алексеев, С. В. Рязанцев // Математические методы в технике и технологиях: Сб. тр. XVI Межд. науч. конф. Т. 2. -С.Петербург: СПбГТИ(ТУ), 2003. С. 116-117. (Методика имитации исследования качества адоптации).

33. Кудряшов, В. С. Пакет программ синтеза систем цифрового управления [Текст] / В. С. Кудряшов, В К Битюков, М В Алексеев, С В. Рязанцев // Тр от-расл конф. по метрологии и автоматизации в нефтехим. и пищ. промыш. -Воронеж: ВГТА, 2002. С. 87-91 (Разработка структуры программного обеспечения, анализ результатов исследований).

34. Кудряшов, В. С. Синтез многосвязной адаптивной ЦСУ процессами ректификации в производстве мономеров СК [Текст] / В. С Кудряшов, В. К Битюков,

C. В. Рязанцев, М. В. Алексеев // Тр. отрасл. конф. по метрологии и автоматизации в нефтехим. и пищ. промыш. -Воронеж- ВГТА, 2003 С. 45-51. (Разработка дискретного описания динамики многосвязной системы).

35. А.с. 483986 (БИ, 1975, № 34), 68' № 37), 753442 (БИ, 1980, № 29), 829126 I (БИ, 1981, № 30), 893209 (БИ, 1981, № 48 1982, № 42), 1001954 (БИ, 1983, № 9), 1 1984, № 28), 1599037 (БИ, 1990, № 38), 1 01 D 3/42, G 05 D 27/00 Устройство для а ния) процессом ректификации / В.С Кудр! функциональных связей, формул изобрете!

36. А.с. 565675 (БИ, 1977, № 27) С< оптимального управления колонной ректи ряшов (Математическое моделирование, решшлщпя>■

37. А.с. 1237227 (БИ, 1986, № 22) СССР, МКИ В 01 D 3/42. Устройство для автоматического регулирования режима сложной ректификационной колонны / В А. Воротынцев, B.C. Кудряшов и др. (Блок расчета материального баланса)

38. А с 1560256 (БИ, 1990, № 16) СССР, МКИ ВОЮ 3/42 Способ управления процессом ректификации с боковым отбором фракции / B.C. Кудряшов, В.В Кузьменко и др. (Функциональные связи реализации способа, динамический блок)

39. Пат. 2146960 (БИ, 2000, № 9) Российская Федерация, МПК В 01 D 3/42, С 05 D 27/00 Способ автоматического управления процессом экстрактивной ректификации / В.В. Ануфриев, B.C. Кудряшов, М.В. Алексеев. (Связанное управление температурой на контрольных тарелках с компенсацией возмущений).

40. Пат. 2166788 (БИ, 2001, № 13), 2211470 (БИ, 2003, № 24) Российская Федерация, МГ1К G 05 В 13/02, 21/00 Адаптивная цифровая система управления нестационарными технологическими объектами / ВС. Кудряшов и др. (Блоки оптимизации такта квантования, адаптации инвариантных цифровых компенсаторов).

41. Пат. 2176149 (БИ, 2001, № 33) Российская Федерация, МПК В 01 D 3/42 Система автоматического управления процессом ректификации / Г.М. Марушак, B.C. Кудряшов и др. (Связно-комбинированное автономное управление составами с компенсацией возмущений).

42. Пат. 2242040 (БИ, 2004, № 34) Российская Федерация, МПК G 05 В 13/00. Адаптивная цифровая система управления нестационарными объектами со связанными параметрами / B.C. Кудряшов, В.К. Битюков и др. (Алгоритмы адаптации цифровых компенсаторов и регуляторов).

Р- 7 6 7 О

РНБ Русский фонд

2006-4 5391

Подписано в печать£2,<?Уй4"Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Ризография Усл. печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 2£3 ■ Воронежская государственная технологическая академия (ВГТА) Участок оперативной полиграфии ВГТА Адрес академии и участка оперативной полиграфии: 394000 Воронеж, пр. Революции, 19

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОМЕРНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.

1.1. Основные цели и задачи создания систем цифрового управления многосвязными объектами.

1.2. Характеристика подходов к синтезу систем управления многомерными объектами.

1.3. Дискретное описание систем.

1.4. Влияние такта квантования сигналов на качество цифрового управления.

1.5. Синтез многосвязных систем.

1.6. Анализ и характеристика подходов к синтезу адаптивных многомерных систем.

1.6.1. Классификация адаптивных систем управления.

1.6.2. Подходы к синтезу самонастраивающихся систем управления.

1.6.3. Алгоритм синтеза самонастраивающихся систем.

1.6.4. Анализ методов текущей идентификации.

1.6.5. Анализ подходов к адаптации управляющей части многомерной системы.

1.7. Аспекты практической реализации цифровых систем управления.

1.7.1. Характеристика применения адаптивных систем.

1.7.2. Анализ использования программных и технических средств.

1.8. Выводы, постановка цели и задач работы.

Глава 2. СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ДИСКРЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ МНОГОМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ.

2.1. Дискретное математическое описание каналов многомерных объектов.

2.1.1. Топологии физических связей многомерных объектов.

2.1.2. Структурно-параметрические модели.

2.1.3. Параметрическая идентификация объекта по каналам управления и возмущения.

2.2. Разработка алгоритмов взаимосвязи структур и параметров непрерывных и дискретных моделей.

2.3. Исследование влияния длительности такта квантования непрерывного сигнала на качество идентификации и принятие решения по его выбору.

2.4. Выводы.

Глава 3. СИНТЕЗ СВЯЗАННЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Выбор структуры цифровой системы управления и синтез цифровых регуляторов.

3.1.1. Взаимосвязь цифровых и аналоговых алгоритмов.

3.1.2. Аналитический подход к расчету параметров цифрового регулятора.

3.2. Разработка алгоритмов синтеза связанных ЦСУ.

3.2.1. Каскадные системы.

3.2.2. Комбинированные системы.

3.2.3. Системы с двумя взаимосвязанными параметрами.

3.3. Исследование влияния длительности такта квантования сигналов на качество цифрового управления и его оптимизация.

3.4. Выводы.

Глава 4. СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ

ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.

4.1. Синтез цифровых компенсаторов перекрестных связей из условия автономности.

4.1.1. Разработка алгоритмов синтеза компенсаторов r-мерной системы.

4.1.2. Реализация алгоритма на примерах двух- и трехмерной систем.

4.2. Оптимизация цифровых регуляторов при выполнении условия автономности.

4.2.1. Одновременная оптимизация всех регуляторов.

4.2.2. Оптимизация регуляторов сепаратных подсистем.

4.3. Синтез многосвязной системы при невыполнении условия автономности.

4.4. Синтез многосвязанно-комбинированных систем.

4.5. Выводы.

Глава 5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ

И АЛГОРИТМОВ КОНТУРА АДАПТАЦИИ.

5.1. Исследование чувствительности систем управления к нестационарному поведению объектов.

5.2. Алгоритм синтеза адаптивной многомерной системы.

5.3. Выбор алгоритма текущей идентификации объекта управления.

5.3.1. Разработка математического описания рекуррентного алгоритма идентификации по производным критерия.

5.3.2. Алгоритм текущей идентификации РМПК.

5.4. Синтез алгоритма адаптации автономных и инвариантных компенсаторов и эквивалентных объектов.

5.4.1. Разработка математического описания адаптации автономных и инвариантных компенсаторов и эквивалентных объектов.

5.4.2. Алгоритм адаптации цифровых компенсаторов.

5.5. Адаптация временного такта квантования.

5.6. Выводы.

Глава 6. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГОСВЯЗНЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ РЕКТИФИКАЦИИ.

6.1. Разработкам исследование системы управления процессом экстрактивной ректификации изопентан-изоамиленовой фракции в производстве изопрена.

6.1.1. Анализ объекта управления и разработка структуры ЦСУ.

6.1.2. Синтез основных и корректирующих цифровых регуляторов.

6.1.3. Расчет цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений.

6.1.4. Выбор такта квантования и исследование чувствительности системы.

6.2. Синтез цифровой системы управления процессом ректификации этилбензол-стирольной фракции в производстве стирола.

6.3. Синтез и исследование связно-комбинированной ЦСУ процессом ректификации бутилен-дивинильной фракции.

6.3.1. Анализ многомерного объекта управления.

6.3.2. Синтез автономной и автономно-инвариантной систем управления при первом и втором подходе.

6.3.3. Синтез и исследование адаптивной связно-комбинированной системы управления.

6.4. Выводы.

Актуальность темы. Характерными особенностями многих непрерывных технологических объектов являются многомерность, внутренняя взаимосвязь между параметрами, наличие значительного числа возмущений и нестационарное поведение в условиях износа оборудования, изменения характеристик вспомогательных материалов и других факторов, влияющих на изменение динамики. Управление такими объектами с применением традиционных методов и средств не обеспечивает высоких требований к качеству управления и в конечном итоге к качеству получаемых продуктов.

В связи с бурным прогрессом в микроэлектронике и цифровой вычислительной технике появляется возможность создания многосвязных цифровых систем управления (ЦСУ) на основе рационального сочетания известных методов теории управления, разработанных в последнее время математических пакетов и результатов исследования новых подходов к синтезу многомерных систем, основанных на дискретном описании объектов и управляющих алгоритмов, эффективность которых значительно выше известных непрерывных законов управления.

Однако в настоящее время отсутствует системный подход, позволяющий проводить автоматизированный синтез многомерных систем. Объясняется это не только сложностью математического аппарата, но и невозможностью его реализации на локальных средствах аналогового управления. Уровень развития технических средств управления значительно опередил разработки в области теории цифрового управления и практического применения.

Характерной чертой существующих систем является необходимость перенастройки при скачкообразном или вялотекущем изменении динамических характеристик. Наиболее трудной, при этом, является задача перенастройки системы для управления многосвязным объектом. Это объясняется не только особенностями текущей идентификации многомерных дискретных моделей, но и отсутствием математического аппарата и алгоритмов, позволяющих проводить адаптацию компенсаторов перекрестных связей и возмущений в автоматическом режиме при изменении не только параметров, но и структуры многомерного объекта и отдельных каналов.

ЦСУ в отличии от аналоговых систем могут работать с различной степенью дискретизации, что существенным образом влияет на качество управления. Выбор такта квантования, его оптимизация по тому или иному критерию также является не решенной задачей до настоящего времени. Известные классические подходы дают лишь рекомендации к его выбору в диапазоне частот.

Одним из необходимых условий создания эффективных многосвязных ЦСУ является комплексный методологический подход к их синтезу, что обеспечивается унификацией математического информационного и программного обеспечения на всех уровнях проектирования и эксплуатации адаптивных ЦСУ. Единая методология должна определить научные основы синтеза рациональных сочетаний классических и новых подходов к цифровому управлению многомерными объектами. В связи с этим весьма актуальной является систематизация известных методов теории управления, теории дискретных систем и разработки новых решений, позволяющих эффективно проводить автоматизированный синтез многомерных адаптивных ЦСУ как при проектировании, так и в эксплуатационном режиме. V

Диссертационная работа выполнена на кафедре информационных и управляющих систем Воронежской государственной технологической академии в соответствии с программой работы Министерства образования и науки РФ по теме « Разработка и совершенствование математических моделей, алгоритмов регулирования, средств и систем автоматического управления технологическими процессами» №г.р. 01.9.60 007315.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является: разработка методологии, научных основ структурно-параметрического синтеза моделей и алгоритмов управления многосвязных цифровых систем управления объектами непрерывного действия в условиях нестационарности, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечений оптимального адаптивного управления многосвязными объектами, повышающих эффективность их функционирования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1) Системный анализ и построение математических моделей многосвязных непрерывных объектов управления на основе дискретного динамического описания.

2) Определение методологии синтеза связно-комбинированных многомерных цифровых систем на основе автономно-инвариантного управления.

3) Исследование влияния длительности такта квантования непрерывного сигнала на качество идентификации и управления и обоснование его выбора.

4) Разработка алгоритмов синтеза цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многосвязной системы управления на основе принципов автономности и инвариантности.

5) Синтез и исследование метода текущей идентификации, позволяющего повысить скорость и точность оценки параметров дискретных динамических моделей нестационарных объектов в условиях многосвязного управления;

6) Синтез алгоритма адаптации автономных и инвариантных цифровых компенсаторов многосвязных систем реализуемого в автоматическом режиме.

7) Оптимизация управляющей части многосвязной ЦСУ в условиях нестационарности.

8) Синтез и исследование качества ЦСУ нестационарными многосвязными объектами химической технологии на основе созданных инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечения.

9) Промышленная апробация разработанных алгоритмов цифрового управления на предприятиях и оценка эффективности использования.

Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании методов и теории автоматического управления аналоговых и цифровых систем, линейных оптимальных многосвязных систем управления, математического моделирования, структурного синтеза, идентификации и нелинейного программирования. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методов и научных основ автоматизированного синтеза многосвязных адаптивных цифровых систем управления объектами непрерывного действия в условиях нестационарности.

1. Разработана дискретная модель многосвязного объекта, отличающаяся блоч-но-матричным представлением структуры связей в объекте.

2. Разработан алгоритм идентификации модели многосвязного объекта с учётом переменного временного такта квантования.

3. Получено аналитическое выражение условия автономности многосвязной системы в блочно-матричном представлении.

4. Разработан алгоритм синтеза цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многосвязной системы на основе предложенной модели объекта и нового представления условия автономности.

5. Предложен алгоритм автоматической адаптации управления, отличающийся возможностью структурной подстройки моделей эквивалентных объектов и компенсаторов.

6. Предложен подход к синтезу адаптивных многосвязных ЦСУ, отличающийся комплексной адаптацией основных цифровых регуляторов и компенсаторов на основе блочно-матричного представления и текущей оптимизации временного такта квантования.

7. Теоретически обоснован и разработан новый метод текущей идентификации (рекуррентный метод производных критерия), отличающийся тем, что в процессе получения оценок используются численные значения частных производных критерия по двум значениям оценок параметров модели объекта, полученных на предыдущих шагах.

На защиту выносятся:

1. Методология и научные основы синтеза многосвязных цифровых систем управления многомерными непрерывными объектами.

2. Автоматизированный синтез адаптивных цифровых систем управления на основе использования нового метода текущей идентификации дискретных динамических моделей, алгоритмов адаптации цифровых компенсаторов многосвязных систем, численных методов оптимизации.

3. Результаты машинных экспериментов и апробация разработанных методов и алгоритмов синтеза для промышленных объектов.

Практическая значимость работы состоит в построении комплекса инструментальных средств синтеза многосвязных ЦСУ на основе предложенных методов, дискретных моделей и алгоритмов, предназначенных для разработки математического, информационного и программного обеспечений автоматизированного синтеза адаптивных цифровых систем управления многосвязными непрерывными объектами. Комплекс обеспечивает поддержание оптимального управления многомерными нестационарными объектами в процессе функционирования за счет автоматизации процедур синтеза и возможность использования в АСУ, САПР как при проектировании, разработке, так и в процессе эксплуатации систем.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы реализованы в составе автоматизированных систем управления в нефтехимической промышленности, а также в учебном процессе ВГТА в виде учебного пособия и лабораторных практикумов. Результаты работы внедрены на трех предприятиях путем включения в проектную документацию и ввода в промышленную эксплуатацию систем управления, защищенных авторскими свидетельствами. По результатам работы получено 23 авторских свидетельства и патента на изобретения, три из которых внедрены с экономическим эффектом. Суммарный экономический эффект от внедрения составил в ценах до 1991г. - 1208,2 тыс. руб.

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных по теме диссертации были доложены: на международных конференциях «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (г. Москва, 1994 г.); «Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии» (г. Москва, 1994 г.); «Жидкостная экстракция органических соединений 18ЕС08 92» (г. Воронеж, 1992 г.); «Математические методы в химии и химической технологии» (г. Тверь, 1995 г., г. Тула, 1996 г.); «Математические методы в технике и технологиях», (г. Великий Новгород, 1999 г., г. С.-Петербург, 2000 г., г. Смоленск, 2001 г., г. Тамбов, 2002 г., г. Ростов, 2003 г.; г. С.-Петербург, 2003 г.); всесоюзных конференциях «Динамика процессов и аппаратов химической технологии» (г. Воронеж, 1982 г.,

1985 г., 1990г.); «Методы кибернетики химико-технологических процессов» (г. Москва, 1984 г.); «Математическое моделирование сложных химико-технологических систем» (г. Одесса, 1985 г.); «Применение микро-ЭВМ в управляющих и информационных системах в промышленности синтетического каучука» (г. Воронеж, 1985 г.); «Автоматизация и роботизация в химической промышленности» (г. Тамбов,

1986 г., 1988 г.); «Применение микро-ЭВМ в автоматизированных системах управления в промышленности синтетического каучука» (г. Воронеж, 1987 г.); «Разработка комбинированных продуктов питания» (г. Кемерово, 1991 г.); всероссийских конференциях «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 1999 г.); «Информационные технологии и системы» (г. Воронеж, 1999 г.); региональных и отраслевых конференциях «Проблемы химии и химической технологии» (г. Воронеж, 1995 г.); «Метрология и автоматизации в нефтехимической и пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2002 г., 2003 г.); межвузовских и внутривузовских научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА, в 1986-2005 г.г.

Под руководством и при непосредственном участии автора выполнялись работы по разработке и внедрению автоматизированных систем управления технологическими процессами в производствах мономеров синтетических каучуков на ОАО «Нижнекамскнефтехим», ООО «Тольяттикаучук», ОАО «Синтезкаучукпроект».

Публикации. По результатам проведенных исследований и практических разработок опубликовано 106 научных работ, в том числе монография, учебное пособие, 23 авторских свидетельства и патента на изобретения.

Содержание диссертационной работы. Работа состоит из введения, шести глав, списка литературы из 194 наименований и приложений.

Выводы по диссертационной работе и полученные в ней результаты можно обобщить следующим образом:

1. Проведен анализ подходов к синтезу ЦСУ многосвязными объектами, позволивший унифицировать этапы структурно-параметрического синтеза на основе принципов автономно-инвариантного управления.

2. Разработана блочно-матричная дискретная динамическая модель объекта, позволившая автоматизировать процедуру синтеза модели многосвязного объекта на основе топологии физических связей.

3. Экспериментально установлен характер зависимости степени адекватности модели при изменении временного такта квантования, что позволило разработать метод определения рационального такта по скорости изменения критерия адекватности, повышающий точность динамического описания непрерывных объектов на этапе идентификации.

4. Разработаны алгоритмы синтеза каскадных, комбинированных, связанных ЦСУ на основе использования принципов декомпозиции с применением методов численной оптимизации и принципов автономно-инвариантного управления.

5. Разработан алгоритм оптимизации длительности такта на этапе синтеза управляющей части системы по комплексному интегральному критерию, обеспечивающий повышение качества управления.

6. Разработаны методы синтеза многомерных связно-комбинированных систем цифрового управления на основе использования принципов автономно-инвариантного управления. Получены зависимости, позволяющие осуществлять непосредственный расчет цифровых компенсаторов перекрестных связей и возмущений многомерной системы для различных вариантов структур системы, получаемые из критериев автономности и инвариантности. Предложенные подходы позволили разработать алгоритмы, резко сокращающие размерность задачи оптимизации управляющей части системы за счет декомпозиции многомерной системы и расчета сепаратных подсистем.

7. Предложенная концептуальная модель алгоритма синтеза адаптивных многосвязных ЦСУ на основе блочно-матричного представления, позволяет проводить структурную адаптацию управления в автоматическом режиме.

8. Разработан рекуррентный метод текущей параметрической идентификации (РМПК) многомерных дискретных моделей, основанный на производных критерия. Показано, что точность и скорость получаемых оценок выше, чем при использовании известных методов, что подтверждается результатами экспериментов, полученных на основе моделирования.

9. На основе анализа дробно-рациональных выражений дискретных передаточных функций автономных компенсаторов разработано математическое и алгоритмическое обеспечение, обеспечивающее проведение автоматического расчета автономных, инвариантных компенсаторов и эквивалентных ОУ как на этапе проектирования (off-line), так и в процессе функционирования (on-line) адаптивной ЦСУ. Исследована адаптивная ЦСУ, включающая адаптацию временного такта квантования сигналов, позволяющая повысить динамическую точность и время установления. Использование предложенных алгоритмов реализует автоматизированный синтез многомерной адаптивной ЦСУ и обеспечивает повышение качества управления многосвязным объектом в условиях нестационарности.

10.Основные теоретические и практические результаты реализованы в виде алгоритмических и программных модулей в составе автоматизированных систем управления многомерными процессами ректификации в производствах стирола, изопрена и дивинила, а также использованы в учебном процессе.

11 .Техническая новизна работы подтверждена 23 авторскими свидетельствами и патентами на способы, устройства и системы управления, 3 из которых внедрены в промышленное производство на предприятиях нефтехимической промышленности с экономическим эффектом, расчеты приведены в приложении диссертации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. A.c. 1297009 СССР, МКИ G 05 В 13/02. Адаптивная система управления объектами с запаздыванием Текст. / В. В. Ажогин, М. 3. Згуровский, П. И. Бидюк и др. (СССР). -№ 3938727/24-24; заявл. 31.07.85; опуб. 15.03.87, Бюл. № 10. -6 е.: ил.

2. A.c. 1511734 СССР, МКИ G 05 В 13/00. Самонастраивающаяся система комбинированного регулирования Текст. / В. Г. Брусов, Е. А. Сухарев, Ю. Д. Левичев (СССР). -№ 4125012/24-24; заявл. 29.09.86; опуб. 30.09.89, Бюл. № 36. 12 е.: ил.

3. A.c. 1711117 СССР, МКИ G 05 В 13/04. Система управления нестационарными объектами с эталонной моделью Текст. / Ю. М. Гладков, Т. В. Ермилова, В. С. Косиков и др. (СССР). № 4673776/24; заявл. 05.04.89; опуб. 07.02.92, Бюл. №5.-6 е.: ил.

4. A.c. 877471 СССР, МКИ G 05 В 13/04. Самонастраивающаяся система управления с эталонной моделью Текст. / О. В. Дегтярев, В. В. Евстифеев, А. А. Лука-шенков (СССР). № 2889985/18-24; заявл. 29.02.80; опуб. 30.10.81, Бюл. № 40. - 8 е.: ил.

5. A.c. 940131 СССР, МКИ G 05 В 13/04. Адаптивная система управления Текст. / Е. Е. Кузьмина, А. М. Пришвин (СССР). № 3256853/18-24; заявл. 25.03.81; опуб. 30.06.82, Бюл. № 24. - 10 с,: ил.

6. A.c. 1361502 СССР, МКИ G 05 В 13/00. Адаптивная система управления Текст. / В. А. Улынин, А. С. Меняйленко (СССР). № 3989373/24-24; заявл. 09.12.85; опуб. 23.12.87, Бюл. № 47. - 14 е.: ил.

7. A.c. 1553954 СССР, МКИ G 05 В 13/02 Адаптивная система управления Текст. / И. Б. Ядыкин, Н. К. Пылаев, С. С. Загоруйко и др. (СССР). № 3971170/2424; заявл. 30.10.85; опуб. 30.03.90, Бюл. № 12. - 8 е.: ил.

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

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

10. Алексанкин, Я. Я. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления Текст. / Я. Я. Алексанкин, А. Э. Бржозовский, В. А. Жданов. -М: Машиностроение, 1990. -332 с.

11. Алексеев, А. А. Программно-технические средства фирмы ЭМИКОН для построения систем автоматизации Текст. // Разработка АСУ ТП в системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы. 3-я Всероссийская конференция. 1997. 25-27/02. С. 56-60.

12. Анисимов, И. В. Основы автоматического управления технологическими процессами нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности Текст. -Л.: Химия, 1967. -408 с.

13. Анисимова, Н. Г. Автоматизация процесса настройки систем управления многосвязными динамическими объектами одного класса в режиме натурного эксперимента Текст. / Н. Г. Анисимова, Е. К. Круг // Автоматика и телемеханика, 1999. №7. С. 164-171.

14. Антонов, В. Н. Адаптивные системы автоматического управления Текст. / В. Н. Антонов, А. М. Пришвин, В. А. Терехов, А. Э. Янчевский; под ред. проф. В.Б. Яковлева. -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. -204 с.

15. Афанасьев, В. Н. Математическая теория конструирования систем управления Текст. / В. Н. Афанасьев, В. Б. Колмановский, В. Р. Носов. -М.: Высш. шк., 1998. -574 с.

16. Баглаев, Ю. П. Вычислительная математика и программирование Текст. -М.: Высш. шк., 1990. С. 312-322.

17. Бажанов, В. Л. ШАЛЮ новый способ формирования управления для замкнутых систем автоматического регулирования Текст. // Современные технологии автоматизации. 1998. №4. С. 28-32.

18. Балакирев, В. С. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления Текст. / В. С. Балакирев, Е. Г. Дудников,

19. A. М. Цирлин. -М.: Энергия, 1967. -232с.

20. Барабаш, И. Из опыта автоматизации спиртового завода Текст. / И. Бара-баш, С. Лукинский // Современные технологии автоматизации. 1998. №3. С. 28-30.

21. Барский, Я. Л. Разработка адаптивной расчетно-информационной системы для предсказания физико-химических свойств Текст.: автореферат дис. . канд. техн. наук. -Москва, 1988. -16 с.

22. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического регулирования Текст. /

23. B. А. Бесекерский, Е. П. Попов. -М.: Наука, 1972. -768с.

24. Битюков, В. К. Моделирование и синтез систем цифрового управления многомерными технологическими объектами непрерывного действия Текст.: монография / В. К. Битюков, В. С. Кудряшов, М. В. Алексеев. Воронеж, гос. технол. акад. -Воронеж, 2002. -143 с.

25. Болдырев, А. А. Построение АСУ ТП с помощью ПТК «Интегратор» Текст. / А. А. Болдырев, В. В. Бретман, В. С. Громов // Мир компьютерной автоматизации. 1998. №4. С. 27-30.

26. Болкин, В. Е. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ. Алгоритмы и программы Текст. / В. Е. Болкин, П. И. Чинаев. -М.: Радио и связь, 1991.-256с.

27. Бояринов, А. И. Методы оптимизации в химической технологии Текст. / А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. -М.: Химия, 1969. -564 с.

28. Брикман, М. С. О принципиальной эффективности метода разделения Текст. / М. С. Брикман, А. Д. Репников // Методы и модели управления и контроля. -Рига, 1979. С. 87-92.

29. Бугаев, Ю. В. Многокритериальное динамическое программирование Текст. / Ю. В. Бугаев, В. В. Сысоев, С. В. Чикунов // Материалы XXXV отчетной научной межвузовской конференции за 1996 год. Часть 1. -Воронеж: ВГТА, 1997. С. 149.

30. Буков, В. Н. Регулирование многосвязных систем Текст. / В. Н. Буков, И. М. Максименко, В. Н. Рябченко // Автоматика и телемеханика. 1998. №6. С. 97-109.

31. Букреев, Д. В. Адаптивный высокочастотный бесконтактный микропроцессорный кондуктометр Текст.: автореферат дис. . канд. техн. наук. -Тамбов, 1999. -16 с.

32. Вавилов, А. А. Структурный и параметрический синтез сложных систем Текст. -Л., 1979. -94 с.

33. Вальков, В. М. Микроэлектронные управляющие вычислительные комплексы: Системное проектирование и конструирование Текст. -2-е изд., перераб. и доп. -Д.: Машиностроение, 1990. -224 с.

34. Вишняков, А. Н. Дискретное управление динамическими объектами с запаздыванием Текст. / А. Н. Вишняков, Я. 3. Цыпкин // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1996. №6. С. 54-57.

35. Волгин, Л. Н. Оптимальное дискретное управление динамическими системами Текст. / Под ред. Крутько. -М.: Наука, 1986. -240 с.

36. Воронов, А. А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость Текст. -М.: Наука, 1979.-336 с.

37. Воронов, А. А. Основы теории автоматического управления: Оптимальные, многосвязные и адаптивные системы Текст. -Л.: Энергия, 1970. -328 с.

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

39. Воропаев, А. П. Оптимальная декомпозиция математической модели управляемой динамической системы Текст. // Системы управления и информационные технологии: Межвуз. сб. научн. тр. -Воронеж, ВГТУ: 1998. С. 4-8.

40. Гайдук, А. Р. Синтез систем управления многомерными объектами Текст. // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1998. №1. С. 9-17.

41. Гайдук, А. Р. Об управлении многомерными объектами Текст. // Автоматика и телемеханика. 1998. №12. С. 22-37.

42. Голант, А. И. Системы цифрового управления в химической промышленности Текст. / А. И. Голант, Л. С. Альперович, В. М. Васин. -М.: Химия, 1985. -256 с.

43. Голубятников, В. А. Автоматизация производственных процессов и АСУП в химической промышленности Текст. / В. А. Голубятников, В. В. Шувалов. -М.: Химия, 1978. -376 с.

44. Горбатов, B.C. Пакет программ для моделирования сложных динамических объектов Текст. / В. С. Горбатов, В. А. Илларионов, А. А. Малюк, А. Е. Савин // Микропроцессорные средства и системы. 1990. №3,4. С. 24-26.

45. Громыко, В. Д. Самонастраивающиеся системы с моделью Текст. / В. Д. Громыко, Е. А. Санковский. -М., 1974. -80 с.

46. Гропп, Д. Методы идентификации систем Текст. -М.: Мир, 1979. -302 с.

47. Гусев, В. Г. Методы исследования точности цифровых автоматических систем Текст. -М.: Наука, 1973. -399 с.

48. Гусев, С. И. Система управления линией производства резиновых смесей Текст. / С. И. Гусев, К. В. Коровин, С. А. Чепелев // Разработка АСУ ТП в системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы. 3-я Всероссийская конференция. 1997. 2527/02. С. 34-39.

49. Дворецкий, С. И. Универсальные алгоритмы оптимального управления нелинейными объектами химической технологии Текст. / С. И. Дворецкий, И. Н. Мамонтов, А. А. Косенков // Изв. Вузов. Приборостроение, 1999. №1. С. 30-35.

50. Деревицкий, Д. П. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления Текст. / Д. П. Деревицкий, A. JI. Фрадков. -М.: Наука, 1981. -216 с.

51. Джамшиди, М. Автоматизированное проектирование систем управления Текст. / пер. с англ. В. Г. Дунаева и А. Н. Косилова. М.: Машиностроение, 1989. -334 с.

52. Дрейзин, В. Э. Проблемы создания АСУТП на базе современных программно-технических комплексов Текст. / В. Э. Дрейзин, П. Н. Ишков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. №12. С. 1-5.

53. Дудников, Е. Г. Автоматическое управление в химической промышленности Текст. -М.: Химия, 1987. -368 с.

54. Заде, Л. Теория линейных систем Текст. / Л. Заде, Ч. Дезоер. -М., 1970. -704 с.

55. Заде, Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к понятию приближенных решений Текст. -М.: Мир, 1976.

56. Захаров, В. Н. Современная информационная технология в системах управления Текст. // Изв. РАН. Теория и системы управления, 2000. № 1. С. 70-78.

57. Изерман, Р. Цифровые системы управления Текст. / пер. с англ.; под ред. чл.-корр. АН СССР И.М. Макарова. -М.: Мир, 1984. -541 с.

58. Кабальнов, Ю. С. Синтез модального управления многосвязным объектом Текст. / Ю. С. Кабальнов, И. В. Кузнецов // Изв. Вузов. Приборостроение, 1999. № 3-4. С. 14-19.

59. Казакевич, В. В. Об экстремальном регулировании Текст.: дис. . канд. техн. наук. -М., 1944. -16 с.

60. Каминскас, В. Идентификация динамических систем по дискретным наблюдениям Текст. -Вильнюс: Мокслас, 1982.

61. Каминскас, В. Статистические методы в идентификации динамических систем Текст. / В. Каминскас, А. Немура ; под ред. А. Немуры. -Вильнюс: Минтис, 1975.-190 с.

62. Кафаров, В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств Текст. / В. В. Кафаров, М. В. Глебов. -М.: Высш. шк., 1991. -399 с.

63. Коган, М. М. Адаптивное локально-оптимальное управление Текст. / М. М. Коган, Ю. И. Неймарк // Автоматика и телемеханика, 1987. №8. С. 126-136.

64. Коган, М. М. Функциональные возможности адаптивного локально-оптимального управления Текст. / М. М. Коган, Ю. И. Неймарк // Автоматика и телемеханика, 1994. №6. С. 94-105.

65. Козлов, Ю. М. Беспоисковые самонастраивающиеся системы Текст. / Ю.М. Козлов, Р.М. Юсупов. -М., 1969. -456 с.

66. Корноушкин, А. В. Методы построения нижнего уровня распределенных АСУ ТП Текст. // Разработка АСУ ТП в системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы. 4-я Всероссийская конференция. 1998. 24-26/02. С. 81-84.

67. Котковник, В. Я. Многомерные дискретные системы управления Текст. / В. Я. Котковник, Р. А. Полуэктов. -М.: Наука, 1966. -416 с.

68. Красовский, А. А. Некоторые актуальные проблемы науки управления Текст. // Изв. РАН. Теория и системы управления, 1996. № 6. С. 8-16.

69. Круг, Е. К. Принципы построения одноканальных цифровых регуляторов Текст. / Е. К. Круг, С. Н. Дилигенский. -М.: Советское радио, 1969. -224 с.

70. Кудряшов, В. С. Синтез систем цифрового управления сложными химико-технологическими системами Текст. // Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-10). Межд. конф. -Тула: ТГУ, 1996. С. 165.

71. Кудряшов, В. С. Идентификация дискретных динамических моделей объектов для синтеза цифровых систем регулирования Текст. // Тез. докл. IV межд. на-учн. конф. «Методы кибернетики химико-технологических процессов». ~М., 1994. С. 111.

72. Кудряшов, В. С. Управление режимом ректификационной колонны с использованием ЭВМ Текст. // Автоматизация и КИП в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности / ЦНИИТЭнефтехим. -М., 1978. № 9. С. 2-4.

73. Кудряшов, В. С. Синтез цифровой системы управления многомерным процессом ректификации Текст. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005. №3. С. 6-10.

74. Кудряшов, В. С. АСУ процессами экстрактивной ректификации бутилен-дивинильной фракции и выделения дивинила-ректификата Текст. / В. С. Кудряшов, Н. Г. Горелик и др. // Автоматизация химических производств / НИИТЭХИМ -М., 1982. №3. С. 1-6.

75. Кудряшов, В. С. Синтез адаптивной цифровой связанной системы управления двумерным объектом Текст. / В. С. Кудряшов, Н. Р. Бобровников, В. К. Битю-ков, М. В. Алексеев и др. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. № 12. С. 5-11.

76. Кудряшов, В. С. Синтез связно-комбинированных многомерных цифровых систем управления Текст. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2004. № 7. С. 1-8.

77. Кудряшов, В. С. Синтез алгоритма оптимизации многомерных цифровых систем управления Текст. / В. С. Кудряшов, В. К. Битюков, C.B. Рязанцев // Системы управления и информационные технологии. 2004. № 1. С. 99-104.

78. Кудряшов, В. С. Алгоритм текущей идентификации при синтезе адаптивных цифровых систем управления многомерными объектами Текст. / В. С. Кудряшов, В. К. Битюков, С. В. Рязанцев // Вестник ТГТУ. -Тамбов. 2004. № 3. С. 647-655.

79. Кудряшов, В. С. Автоматизированный синтез настройки контуров цифрового регулирования Текст. / В. С. Кудряшов, М. В. Алексеев, С. Ю. Китаев // Вестник ТГТУ. -Тамбов. 2004. № 4. С. 946-953.

80. Кунцевич, В. M. Импульсные самонастраивающиеся и экстремальные системы автоматического управления Текст. Киев, 1966. -284 с.

81. Куо, Б. Теория и проектирование цифровых систем управления Текст. Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1986. -448 с.

82. Куропаткин, П. В. Оптимальные и адаптивные системы Текст. -М., 1980. -288 с.

83. Кусимов, С. Т. Управление динамическими системами в условиях неопределенности Текст. / С. Т. Кусимов, Б. Г. Ильясов, В. И. Васильев и др. -М.: Наука, 1998.

84. Кухтенко, А. И. Проблема инвариантности в автоматике Текст. -Киев, 1963.-376 с.

85. Ли, Р. Оптимальные оценки, определение характеристик и управление Текст. -М.: Наука, 1966.

86. Льюнг, Л. О точности модели в идентификации систем Текст. // Техническая кибернетика, 1992. № 6. С. 55-64.

87. Локотков, A. GENIE 3.0: гармония простоты и эффективности Текст. // Современные технологии автоматизации. 1998. №3. С. 62-68.

88. Локотков, A. GENESIS32: нечто большее, чем SCADA система Текст. // Современные технологии автоматизации. 1998. №3. С. 72-81.

89. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул Текст. -М.: Высш. шк., 1982. -224 с.

90. Магергут, В. 3. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов Текст. / В. 3. Магергут, Д. П. Вент, И. А. Кацер. -Новомосковск: НФ РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1994. -158 с.

91. Макарьев, К. Разрешите представить: RTWin Текст. // Современные технологии автоматизации. 1998. №3. С. 48-53.

92. Маланчук, В. Я. Адаптивная система оптимального управления процессом окисления диоксида серы Текст.: автореферат дис. . канд. техн. наук. Тамбов, 1991.-16 с.

93. Маликов, В. Т. Вычислительные методы и применение ЭВМ Текст. / В. Т. Маликов, Р. Н. Кветный. -К.: Высш. шк., 1989. -213 с.

94. Мееров, М. В. Оптимизация систем многосвязного управления Текст. / М. В. Мееров, Б. Л. Литвак. -М.: Наука, 1972. -344 с.

95. Менский, Б. М. Принцип инвариантности в автоматическом регулировании и управлении Текст. -М., 1972. -248 с.

96. Мирошник, И. В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами Текст. / И. В. Мирошник, В. О. Никифоров, А. Л. Фрадков. -СПб.: Наука, 2000.-549 с.

97. Морозовский, В. Т. Многосвязные системы автоматического регулирования Текст. -М.: Энергия, 1970.

98. Невский, А. Е. Синтез робастных законов управления многомерными линейными динамическими объектами с интервальными параметрами Текст. / А. Е. Невский, Ю. Л. Сиек//Изв. Вузов. Приборостроение, 1998. №6. С. 26-30.

99. Нестеров, С. А. Синтез и исследование на ЭВМ алгоритмов адаптивного управления с эталонной моделью Текст. // Автоматизация анализа и синтеза структур ЭВМ и вычислительных алгоритмов: Сб. статей. ОПИ. -Омск, 1985. С. 65-68.

100. Немура, А. Идентификация динамических систем Текст. -Вильнюс: Минтае, 1974.-286 с.

101. Никулин, Е. А. Синтез цифровых моделей объектов управления с произвольными запаздываниями Текст. // Автоматические системы оптимального управления технологическими процессами. Сб. научн. тр. -Тула, 1985. С. 26-34.

102. Острем, К. Системы управления с ЭВМ Текст. / К. Острем, Б. Виттен-марк; пер. с англ. -М.: Мир, 1987. -480 с.

103. Охоткин, Г. П. Анализ переходных характеристик цифрового регулятора с ограничением Текст. // Автоматика и вычислительная техника. 1998. №2. С. 75-84.

104. Пивоваров, В. В. Синтез адаптивных систем регулирования с переменной структурой Текст. // Математическое моделирование технологических систем. Выпуск 2. Сб. научн. тр. -Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 35-39.

105. Плютто, В. П. Практикум по теории автоматического управления химико-технологическими процессами Текст. / В. П. Плютто, В. А. Путинцев, В. М. Глумов. -М.: Химия, 1989. С. 66-73.

106. Поляков, К. Ю. Полиномиальный синтез цифровых систем управления непрерывными объектами. II. Робастная оптимизация Текст. // Автоматика и телемеханика. 1998. №12. С. 94-108.

107. Поспелов, Г. С. Искусственный интеллект основа новой информационной технологии Текст. -М.: Наука, 1988.

108. Прангишвили, И. В. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами Текст. / И. В. Прангишвили, А. А. Амбарцумян. -М., 1994. -305 с.

109. Петров, Б. Н. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем Текст. / Б. Н. Петров, В. Ю. Рутковский, И. Н. Крутова, С. Д. Земляков.-М., 1972.-260 с.

110. Райбман, Н. С. Построение моделей процессов производства Текст. / Н. С. Райбман, В. М. Чадеев. -М.: Энергия, 1975. -372 с.

111. Ракитин, В. И. Практическое руководство по методам вычислений с приложением программ для персональных компьютеров Текст. / В. И. Ракитин, В. Е. Первушин. -М.: Высш. шк., 1998. -383 с.

112. Растригин, Л. А. Случайный поиск в процессах адаптации Текст. -Рига: Зинатие, 1973.-212 с.

113. Растригин, Jl. А. Введение в идентификацию объектов управления Текст. / Л. А. Растригин, H. Е. Маджаров. -M.: Энергия, 1977. -216 с.

114. Растригин, Л. А. Адаптация сложных систем. Методы и приложения Текст. -Рига: Зинатие, 1981. -375 с.

115. Родионов, В. Д. Технические средства АСУ ТП Текст. / В. Д. Родионов, В. А. Терехов, В. Б. Яковлев. -М.: Высш. шк., 1989. -263 с.

116. Саридис, Дж. Самоорганизующиеся стохастические системы управления Текст.-М., 1980. -400 с.

117. Свиридова, О. В. Синтез программных фильтров для систем непосредственного цифрового управления Текст.: автореферат дис. . канд. техн. наук : 051316 : защищена 24.03.99. -Волгоград, 1999. -16 с.

118. Сейдж, Э. П. Идентификация систем управления Текст. / Э. П. Сейдж, Дж. Л. Мелса. -М.: Наука, 1974. -248 с.

119. Скворцов, Л. М. Алгоритмы преобразования математических моделей многомерных систем управления Текст. // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1997. №2. С. 17-23.

120. Соболев, А. В. Разработка и исследование сложных систем регулирования с использованием адаптивных трехпозиционных регуляторов: Текст.: автореферат дис. канд. техн. наук : 051307 : защищена 23.11.00. -М., 2000. -19 с.

121. Соболев, О. С. Методы исследования линейных многосвязных систем Текст. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -120 с.

122. Сорока, М. PXI модульная измерительная платформа Текст. // Мир компьютерной автоматизации. 1999. №2. С. 49-53.

123. Табак, Д. Оптимальное управление и математическое программирование Текст. / Д. Табак, Б. Куо. Пер. с англ. -М.: Наука, 1975. -280 с.

124. Таратынов, О. Ю. Параметрическая оптимизация серворегулятора с двумя свободными параметрами Текст. / О. Ю. Таратынов, А. Г. Кроз // Системы управления и информационные технологии: Межвуз. сб. науч. тр. -Воронеж: ВГТУ, 1998. С. 66-71.

125. Тучинский, С. В. Математическое и программное обеспечение микропроцессорной системы управления потенциально опасными объектами Текст.: автореферат дис. . канд. техн. наук. -Воронеж, 2000. -16 с.

126. Федоренко, С. В. Применение Delhi 3.0 Client/Server Suite в АСУ ТП Текст. / С. В. Федоренко, Д. И. Шишлянников // Математическое моделирование информационных и технологических систем: Сб. научн. тр. -Вып. 4. ВГТА. -Воронеж, 2000. С. 330-331.

127. Фельдбаум, А. А. О применении вычислительных устройств в автоматических системах Текст. // Автоматика и телемеханика, 1956. № 11. С. 1046-1056.

128. Фельдбаум, А. А. Теория дуального управления Текст. // Автоматика и телемеханика. 1960. № 11. С. 1453-1464; 1961. № 1. С. 3-16; 1961. № 2. С. 129-142.

129. Фомин, В. Н. Адаптивное управление динамическими объектами Текст. / В. Н. Фомин, A. JI. Фрадков, В. А. Якубович. -М., 1981. -448 с.

130. Фрадков, A. JI. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы Текст. -М.: Наука, 1990. -296 с.

131. Фридлянд, А. В. Опыт создания распределенных АСУ ТП в НПП «ЭЛИ-МАС» на базе пакета ТРЕЙС МОУД Текст. // Разработка АСУ ТП в системе ТРЕЙС МОУД: задачи и перспективы. 3-я Всероссийская конференция. 1997. 2527/02. С. 34-39.

132. Фритч, В. Применение микропроцессоров в системах управления Текст. / пер. с нем. -М.: Мир, 1984. -464 с.

133. Хаустов, И. А. Система управления синтезом термоэластопластов с коррекцией и прогнозированием качества на основе математической модели Текст.: автореферат дис. канд. техн. наук : 051301. -Воронеж, 1999. -16 с.

134. Хорошавцев, Ю. Е. Квантование по времени с позиции регрессионного анализа Текст. // Изв. Вузов. Приборостроение, 1999. №1. С. 12-15.

135. Цыпкин, Я. 3. Основы информационной теории идентификации Текст. -М.: Наука, 1984. -320 с.

136. Цыпкин, Я. 3. Состояние и задачи развития теории систем автоматического управления дискретного действия Текст. Сессия АН СССР по научным проблемам автоматизации производства 15-20 окт. 1956 г., т. II. -М., -Л.: Изд. АН СССР, 1957. С. 233-253.

137. Цыпкин, Я. 3. Дискретные адаптивные системы управления Текст. / Я. 3. Цыпкин, Г. К. Кельманс // Итоги науки и техники: Техническая кибернетика, т. 17-М.: ВИНИТИ, 1983. С. 3-73.

138. Цыпкин, Я. 3. Оптимальные адаптивные системы управления объектами с запаздыванием Текст. // Автоматика и телемеханика, 1986. № 8. С. 5-24.

139. Цыпкин, Я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах Текст. -М.: Наука, 1968.-400 с.

140. Чаки, Ф. Современная теория управления Текст. -М., 1975. -424 с.

141. Черкасов, Ю. М. Автоматизация проектирования АСУ с использованием пакетов прикладных программ Текст. / Ю. М. Черкасов, В. А. Гринштейн, Ю. Б. Радашевич, В. И. Яловецкий. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -328 с.

142. Чинаев, П. И. Многомерные автоматические системы Текст. -К.: Гос. изд. технич. лит. УССР, 1963. -279 с.

143. Чураков, Е. П. Оптимальные и адаптивные системы Текст. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -256 с.

144. Шакиров, С. ULTRALOGIC система подготовки программ для промышленных контроллеров Текст. / С. Шакиров, Р. Биюсов, Б. Якубович, В. Журавлев // Современные технологии автоматизации. 1997. №3. С. 96-102.

145. Шилин, А. Н. Точность цифровых систем управления с рекуррентными алгоритмами Текст. //Приборы и системы управления. 1999. №7. С. 5-8.

146. Шпиз, Б. UltraLogic в проектировании систем управления инженерным оборудованием Текст. / Б. Шпиз, Б. Якубович, В. Журавлев и др. // Современные технологии автоматизации. 1998. №2. С. 90-95.

147. Штительман, Б. А. Средства ТРЕЙС МОУД в АСУ ТП мельничного и комбикормового производств Текст. // Разработка АСУ ТП в системе ТРЕЙС МО-УД: задачи и перспективы. 3-я Всероссийская конференция. 1997. 25-27/02. С. 20.

148. Штейнберг, Ш. Е. Идентификация в системах управления Текст. -М.: Энергоатомиздат, 1987. -80 с.

149. Шульце, К. П. Инженерный анализ адаптивных систем Текст. / К. П. Шульце, К. Ю. Реберг; пер. с нем. -М.: Мир, 1992. -280 с.

150. Эйкхофф, П. Основы идентификации систем управления Текст. -М., 1975.-686 с.

151. Юсупов, Р. М. Получение информации об управляемом процессе в самонастраивающихся системах Текст. -М.: Энергия, 1966. -140 с.

152. Якубович, В. А. Метод рекуррентных целевых неравенств в теории адаптивных систем Текст. Вопросы кибернетики. Адаптивные системы. -М., 1976. С. 32-36.

153. Янушевский, Р. Т. Теория линейных оптимальных многосвязных систем управления Текст. -М.: Наука, 1972.

154. Яшек, Б. Проверка критериев качества модели при идентификации систем Текст. / Б. Яшек, Р. Стриад // Тез. докл. (стендовые) IV межд. научн. конф. «Методы кибернетики химико-технологических процессов». -М.: 1994. С. 153-154.

155. Astrom K.J., Borisson V., Ljung L., Wittenmark В. Theory and applications of self-turning regulators // Automatica, 1977, vol. 13, № 5, p. 457-476.

156. Bernert P., Baumann H., Jumar U. Ein Autotuning-PI-regler und seine Implementierung. MSR. Berlin 32 (1989) 10, S. 460-463.

157. Iserman R. Parameter Adaptive Control Algorithmus // Automatica. -1982, Vol. 18, №5.-pp. 513-528.

158. Isermann R. Digitale regelsysteme. -Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer, 1987.

159. Funlc G. et al. Preheat control for a fractional distillation process. United States Patent1 4731175, cl.4 B 01 D 3/42. Filed: Jul. 7, 1986. Daten of Patent: Mar. 15, 1988.

160. Hiramatsu T. Process for controlling a distillation column. United States Patent1 • 4617092, cl.4 B 01 D 3/42. Filed: Aug. 9, 1984. Daten of Patent: Oct. 14, 1986.

161. Rieger P., Bischoff H. Zur rechnergestützten Parameteroptimierung von PIDReglern im Zeitbereich. MSR. Berlin 32 (1989) 10, S. 448^52.

162. Scholz A. Rechnergestützten Entwurt eines PI-Mehrgrößenreglers für einen Industrieofen durch Polvorgabe. MSR. Berlin 32 (1989) 10, S. 456-460.

163. Stammen P., Diekmann IC. Rekursive Analyse großer Systeme. MSR. Berlin 33 (1990) 8, S. 341-346.