Адаптивная система автоматического управления технологическим процессом очистки материала-сырца в производстве тротила

На правах рукописи

БРУСОВ ВЛАДИМИР ГЕННАДЬЕВИЧ

АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ОЧИСТКИ

МАТЕРИАЛА-СЫРЦА В ПРОИЗВОДСТВЕ ТРОТИЛА

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Дзержинском политехническом институте

Нижегородского государственного технического университета на кафедре

“Автоматизация технологических процессов и производств”

Научный руководитель – д. т.н., профессор

Официальные оппоненты:

д. т.н., профессор

к. т.н., доцент

Ведущая организация :

Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)

Защита состоится 29 ноября 2006 г. в 15 : 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.12 при Нижегородском государственном техническом университете г. Н. Новгород, ГСП - 41, ауд.1258

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Нижегородского государственного технического университета

Автореферат разослан октября 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Тротил (материал) используется в горнорудной, строительной и оборонной отраслях промышленности. Объектом исследования в настоящей работе является технологический процесс (ТП) очистки материала-сырца (м-с), обеспечивающий стабильность физико-химических свойств материала (м-ла) при хранении за счёт удаления из его состава не стойких примесей. Повышение качества автоматического управления этим процессом позволит повысить его безопасность, улучшить экономические показатели производства за счёт снижения удельного расхода реагента и потерь целевого м-ла, а также снизить негативное воздействие на окружающую среду, вследствие сокращения токсичных отходов.

Цель работы заключается в создании, исследовании и реализации на производстве высокоэффективной системы автоматического управления (САУ), учитывающей специфику объекта управления (ОУ) и условий его движения.

Методы исследования. В работе использовались методы: нелинейного программирования и математического моделирования, пассивной и активной идентификации статической (SX) и динамической характеристик ОУ, кусочно-линейной аппроксимации, статистической линеаризации, корреляционного и регрессионного анализа, настраиваемой модели и другие методы исследования.

Научная новизна.

1.Предложен метод адаптации систем комбинированного управления и управляющие структуры, реализующие его. Метод основан на новом способе информационного взаимодействия разомкнутых и замкнутых контуров в системах управления и защищён авторскими свидетельствами. Он является алгоритмической основой для достаточно широкого подкласса адаптивных систем управления.

2. Для имитации объекта управления при решении задач синтеза и анализа САУ получена математическая модель (ММ) ОУ.

3. На базе нового метода адаптации выполнены структурный и параметрический синтез САУ, адекватной исследуемому ОУ и условиям его движения.

4.Показано, что использование полученной адаптивной САУ (АСАУ) обеспечивает статическую ε – инвариантность выхода ОУ относительно основного контролируемого воздействия, что является принципиальной основой повышения качества управления.

5.Выполнено исследование качества и устойчивости разработанной САУ, подтверждающее её высокую эффективность в смысле выбранных критериев качества и существенное расширение области устойчивости за счёт цепей адаптации.

Достоверность научных результатов. Экспериментальные исследования ОУ проводились на метрологически аттестованной измерительной аппаратуре с соответствующим классом точности. Все полученные результаты имеют допустимую погрешность. Достоверность теоретических результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований АСАУ методом цифрового моделирования (ЦМ) и реализацией системы на производстве.

Практическая ценность. Реализация синтезированной САУ на производстве подтвердила её высокую эффективность. Кроме того, результаты работы имеют значительную степень обобщения и большое практическое значение для синтеза высококачественных АСАУ объектами управления достаточно широкого класса. Наибольший эффект может быть получен при управлении сложными объектами, т. е. нелинейными, нестационарными, функционирующими в условиях высокого уровня контролируемых (К) и неконтролируемых (НК) возмущений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Региональном научно-техническом семинаре северокавказского научного центра высшей школы “Вопросы теории и принципы построения устройств и систем автоматизации” – Новочеркасск, 1983г., 1986г.; на Международной конференции по карбамиду – Дзержинск, 2002г.; на Международной конференции “Математические методы в технике и технологии (ММТТ-17)” – Кострома, 2004г.; на Международной конференции по энергосбережению – Гродно (Республика Беларусь), 2004г.; на молодёжной научно-технической конференции “Будущее технической науки” – Нижний Новгород, НГТУ, 2004г., 2005г.; на Международной конференции “Математические методы в технике и технологии (ММТТ-18)” – Казань, 2005г.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 36 печатных работах. По теме диссертации получено 13 авторских свидетельств и патентов, 2 свидетельства на зарегистрированные программные средства.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Она содержит 175 страниц машинописного текста и включает: 35 рисунков, 17 таблиц, библиографический список из 110 наименований и 10 приложений.

На защиту выносятся:

1.Результаты идентификации рассматриваемого ТП – математическая модель исследуемого объекта управления.

2.Результаты структурного синтеза САУ.

2.1.Метод адаптации разомкнутого и замкнутого контуров САУ, основанный на новом способе информационного взаимодействия разомкнутого (РК) и замкнутого (ЗК) контуров в системах комбинированного управления.

2.2.АСАУ, адекватная исследуемому ОУ, базирующаяся на указанном методе адаптации и имеющая широкую область применения.

3.Результаты параметрического синтеза АСАУ, ориентированные на специфику исследуемого ТП, как ОУ, и обеспечивающие решение поставленной задачи высококачественной стабилизации выходной координаты объекта в заданных условиях его движения.

4.Результаты анализа САУ, характеризующие качество работы синтезированной АСАУ и её устойчивость в сравнении с управляющими структурами, близкими к ней по сложности.

Содержание работы

В первой главе выполнен анализ технологического процесса очистки материала– – сырца, как объекта управления. Показано, что исследуемый ТП является сложным ОУ, которому характерны высокие уровни К– и НК– сигнальных и параметрических возмущений. Определён выходной качественный параметр – температура затвердевания материала (). Получено адекватное, удобное для исследования, структурное представление ТП, как ОУ, в котором нашла отражение вся совокупность нестационарных входных К– и НК– воздействий, а вход и выход объекта сведены к одномерным векторам (рис.1). Два основных входных воздействия ОУ (дозировки сырья и реагента) использованы в форме удельного расхода реагента (/), а условия движения объекта представлены вектором внешних НК– возмущений (). На основе анализа состояния проблемы автоматизации процесса обоснована актуальность создания эффективной САУ, адекватной ТП очистки м-с. Обоснован существенный потенциальный резерв экономии ТП очистки м–с за счёт повышения качества управления. Показано, что эта потенциальная экономия имеет два основных источника – в форме экономии расходов реагента и целевого м-ла. Обоснована реально достижимая удельная экономия реагента (около 11% от номинала расхода) и целевого м-ла (более 0,5% от номинальной нагрузки). Поставлена задача исследования ТП очистки м-с, как ОУ, с целью создания его ММ для синтеза эффективной САУ и её анализа на основе учёта особенностей ОУ.

Сформулирована цель, стоящая перед САУ ТП, которая заключается в обеспечении средствами управления необходимых технологических условий получения целевого м-ла с регламентированными свойствами при сокращении материальных затрат – расхода реагента и необратимых потерь целевого м-ла. Указанная цель может быть достигнута поддержанием качества целевого м-ла на возможно более близком уровне к нижней допустимой границе за счёт снижения дисперсии выходного качественного показателя м-ла. Отмечено, что решение поставленной задачи, ввиду сложности ОУ, не может быть получено на базе типовых управляющих структур и законов регулирования.

Определён перечень решаемых задач для достижения поставленной цели.

Во второй главе поставлена и решена задача определения ММ ОУ (рис.2) в форме последовательно соединённых нелинейной статической и линейной динамической ММ ОУ. Сформулирована задача идентификации SX ОУ, которая заключается в определении регрессии выходной координаты ОУ. Получена экспериментальная SX ОУ (рис.3) и проведён её анализ. Отмечены характерные особенности SX – существенные нелинейность и нестационарность. На основе анализа физико – химических процессов обосновано выделение 5 подобластей в области определения SX, две из которых [a;b]

 

Рис.2. Структура математической модели объекта управления

и [b;c] относятся к рабочей области. Подобласть [b;c] (с бóльшими значениями входа ОУ) отнесена к области низкого качества управления, другая [a;b] – к области качества работы, достижимого при реализации высококачественной САУ. Получена

ММ SX на базе метода статистической линеаризации . Метод заключается в замене истинной зависимости (1) нелинейного безинерционного звена (SX) приближённой зависимостью (2) между входом и выходом эквивалентного звена: Т = М[Т] + ; = + · , (1), (2)

•

•

1

2

3

•

d

c

b

a

D

С

В

А

○

○

○

○

Рис.3. Статическая характеристика ОУ и ее аппроксимация

1 – область экспериментальных значений ;

2 – регрессия на (= Нр/Нм);

3 – аппроксимация регрессии.

где Т, - статическая характеристика и её оценка;

- математическое ожидание выходного сигнала эквивалентного звена;

-статистический коэффициент усиления эквивалентного звена по случайной составляющей (флуктуациям);

, - случайные составляющие выхода реального и входа эквивалентного звеньев.

Аналитическое выражение для статической модели ОУ, с учетом разбиения области её определения на подпространства:

= · + · , (3)

i ,

где , - статистические коэффициенты усиления среднего и центрированного значений (флуктуаций) входного сигнала;

i – номер подобласти области определения SX.

Коэффициенты и определяют, исходя из условия равенства соответствующих величин математических ожиданий и дисперсий нелинейного безинерционного и эквивалентного звеньев.

Обоснован выбор класса моделей для получения ММ динамической характеристики ОУ. Показана возможность использования линейной стационарной модели с сосредоточенными параметрами. Сформулирована задача определения динамической характеристики на основе экспериментальной информации. Задача заключается в определении регрессии , т. е. условного математического ожидания:

= , (4)

где и - экспериментальные реализации входной и выходной переменных;

- длительность переходных процессов.

Проведены экспериментальные исследования ОУ методом активного эксперимента. На вход объекта подавалось ступенчатое возмущение, как наиболее простое и легко реализуемое на практике, которое обеспечивает высокую точность эксперимента на низких частотах, удобство в применении и интерпретации. Результаты экспериментов, приведенные к диапазону измерителя и к единичному входному воздействию, в графической форме представлены на рис.4. Выполнен структурный и параметрический синтез динамической модели ОУ. Для этого сформирован интегральный критерий среднего эмпирического риска (5):

= / , (5)

где – критерий среднего эмпирического риска в дискретной форме;

- дисперсии отклонений выхода модели , от регрессии в каждой точке ; ; m – количество экспериментальных данных.

Определение экстремума функционала (5) проведено средствами нелинейного программирования с использованием метода Розенброка. Задача параметрической

оптимизации решена для трёх структур – инерционных звеньев 1,2 и 3-го порядков. Посредством F – статистики решён вопрос значимости усложнения модели и обоснован её минимальный порядок. Полученная динамическая модель представляет собой совокупность последовательно соединённых двух инерционных звеньев и звена запаздывания. Её передаточная функция:

, (6)

где s - комплексная переменная.

•

2

•

1

•

Рис.4. Экспериментальная динамическая характеристика ОУ

по каналу [– ]

1 – область экспериментальных значений выхода ОУ;

2 – аппроксимация регрессии;

– расчётные значения регрессии .

Таким образом, экспериментальная ММ исследуемого ОУ получена в виде совокупности последовательно соединённых статической и динамической моделей. Статическая модель является кусочно-линейной аппроксимацией статических свойств ОУ во всей области определения. Динамическая модель получена в форме последовательно соединённых инерционного звена 2-ого порядка и звена запаздывания.

Выполнен анализ условий движения объекта. Получены характеристики основных, действующих на объект возмущений. Описаны корреляционные свойства этих возмущений. Показано, что основное К - возмущение (по дозировке материала-сырца) является низкочастотным, однако вследствие ступенчатого характера и значительной амплитуды является существенным возмущающим фактором. Обоснованы значимость и параметрический характер воздействий на исследуемый ОУ изменений концентрации неустранимой в данном ТП примеси в м-с и переменной концентрации реагента в его растворе.

В третьей главе для решения поставленной задачи управления выполнен структурный и параметрический синтез АСАУ, адекватной исследуемому ОУ и условиям его движения,. Выполнен краткий анализ основных типов АСАУ и методов адаптации. Отмечено, что общего метода структурного синтеза не существует. Известные управляющие структуры имеют как недостатки, так и достоинства, проявляющиеся в тех, или иных условиях функционирования. Исходя из сформулированной ранее задачи управления рассматриваемым ОУ, специфики ОУ и условий его движения, отмечая также существенную нестационарность ОУ, предложена общая функциональная структура адаптивной САУ (рис.5).

 

Рис.5 Функциональная структура АСАУ

Обозначения: Р – регулятор; ОУ – объект управления; БС – блок самонастройки;

КФ – корректирующий фильтр; Д1, Д2, Д3 – датчики; ИУ – исполнительное устройство; G, Y – заданное и текущее значения выходного параметра ОУ; U – выходной сигнал регулятора; X1 – нагрузка ОУ по материалу-сырцу; X2 – выходной сигнал корректирующего фильтра; - вектор настроек БС; X – управляющий вход ОУ; f – неконтролируемое возмущение.

Выполнен краткий анализ существующих методов адаптивного управления. Отмечено, что известные методы адаптации имеют свои достоинства и недостатки, проявляющиеся в условиях конкретных ОУ. Приведена математическая формулировка задачи управления нестационарным по SX объектом для условий рассматриваемого ОУ.

Рассматриваемая система решает задачу управления нестационарным объектом, который в общем виде можно описать дифференциальным уравнением:

, (7)

где , , - параметры объекта управления; X(t), X1(t), f(t) – входные воздействия ОУ: управляющее, основное контролируемое и совокупное неконтролируемое возмущение; y(t), - выходная переменная и её производные i - порядков.

Рассматриваемый класс нестационарных объектов характеризуется ограничениями:

, (8)

Уравнения (7) и (8) описывают движение нестационарных по SX объектов.

Для создания эффективной САУ, с учётом особенностей исследуемого ОУ, предложен новый метод адаптации. На рис.6 отображена структурная схема синтезированной АСАУ, в которой использован указанный метод самонастройки, максимально учитывающий особенности рассматриваемого ОУ и выгодно отличающийся от известных решений простотой реализации и эффективностью. Обозначения одних и тех же величин, принятые на рис.5 и рис.6, совпадают. Дополнительно введены блоки: 11- определения производной; 12,16 и 17 – выделения модулей сигналов; 13,14 и 15 – логические блоки; 18, 21 – блоки деления и умножения, 19 – управляемый ключ; 20 – блок памяти, C, C1,C2,C3 – константы.

Система работает следующим образом. Объект управления 4 находится под воздействием дозировки м-с (основное К - возмущение), дозировки реагента (управляющее воздействие), совокупного воздействия ряда переменных и,

прежде всего, концентраций примесей в м-с и реагента в его растворе (НК - возмущение f). Основу управляющего сигнала системы составляет выходной

сигнал РК, формируемый в соответствии с (9) :

= , (9)

где - коэффициент передачи корректирующего фильтра 3; - коэффициент передачи датчика 1.

Рис.6. Структурная схема адаптивной САУ

В блоке 18 определяется текущее значение , которое записывается в блоке памяти 20, и является в состояниях квазистатики ОУ величиной . Под квазистатическим понимается состояние ОУ, описываемое выражениями:

< ; < (10)

Моменты самонастройки определяются в блоке 7 в соответствии с выражением:

> (11)

Если модуль выходного сигнала регулятора 8, получаемый в блоке 17, превышает некоторую заданную величину и при этом объект находится в квазистатическом состоянии, т. е. выполняются условия (10), то сигнал С проходит первый (13), второй (14), третий (15) логические блоки и поступает на управляющий вход ключа 19. В этом случае величина записывается в блок памяти 20. Одновременно сигнал С поступает через второй вход в регулятор 8, где обнуляет интегральную составляющую сигнала . Кусочно-линейная аппроксимация зависимости дозировки реагента от нагрузки объекта по материалу-сырцу использована в связи с тем, что она соответствует наличию характерных участков SX и позволяет получить достаточно простой, точный (с использованием самонастройки) и легко реализуемый РК. Кроме того, линейный характер аппроксимации соответствует смыслу количественного взаимодействия реагента с примесями, при котором изменения дозировки сырья (при прочих постоянных условиях) требуют пропорциональных изменений дозировки реагента.

Показано, что переход системы управления в результате самонастройки на новое значение коэффициента передачи РК не вызывает возмущения входной координаты объекта. Таким образом, самонастройка коэффициента передачи РК позволяет учитывать изменения коэффициента передачи ОУ при формировании сигнала X2(t). Самонастройка фильтра 3 повышает качество компенсации возмущения , т. к. часть возмущений, которая проходила через объект, нагружала обратную связь и увеличивала дисперсию , будет скомпенсирована на входе его. Предложенный метод адаптации основывается на организации информационного взаимодействия разомкнутого и замкнутого контуров в условиях структуры комбинированного управления. Указанное взаимодействие используется в системе для формирования критерия самонастройки и корректирующих сигналов. При этом ЗК выполняет роль своеобразного “датчика” качества работы РК. Интегральная составляющая управляющего сигнала U(t), формируемого регулятором, является интегральной мерой качества работы РК в квазистатических состояниях ОУ. В этих состояниях она является показателем степени соответствия величины управляющего сигнала РК X2(t) величине задания и нагрузке ТП в текущих условиях его функционирования (при текущих уровнях К - и НК - сигнальных и параметрических возмущений). Смысл самонастройки РК заключается в “передаче” интегральной основы управляющего сигнала ЗК U(t), в условиях квазистатики ОУ, разомкнутому контуру. То есть, сигнальное воздействие на объект преобразуется в параметрическое воздействие. Передача сигнала реализуется путём изменения коэффициента передачи РК при условии сохранения величины совокупного входного сигнала ОУ. Сформулирована математическая постановка задачи стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы и показано её решение в условиях предложенных управляющей структуры и метода адаптации. Показано, что для стабилизации коэффициента передачи разомкнутой системы достаточно ввести в основной канал управления блок умножения выхода регулятора U(t) на коэффициент передачи K(t) корректирующего фильтра.

Показана справедливость выражения (12). Последнее означает статическую инвариантность выхода ОУ относительно его входа по каналу основного контролируемого возмущения.

, (12)

где , - передаточные функции объекта по соответствующим каналам;

- передаточная функция корректирующего фильтра.

Показана широкая область применения предложенного метода адаптации и АСАУ, базирующихся на нём, для управления сложными ОУ, обладающими различной спецификой.

Обоснована возможность применения метода декомпозиции и решена задача параметрического синтеза полученной САУ для рабочих подобластей SX.

Выполнен параметрический синтез ЗК управления с использованием двух регуляторов. Обоснован выбор метода решения задачи и использование двух различных критериев качества при параметрическом синтезе ЗК. Обосновано использование критерия апериодической устойчивости при нахождении выходной координаты в верхней (относительно уставки) полуплоскости и критерия оптимального модуля – для нижней полуплоскости значений выходной координаты. Критерий апериодической устойчивости обеспечивает переходные процессы без перерегулирования с минимальной длительностью среди аналогичных переходных процессов. Критерий оптимального модуля приводит к получению переходных процессов с малой длительностью и малым перерегулированием.

Выполнен параметрический синтез РК АСАУ. Выполнен параметрический синтез блока самонастройки. Приведена краткая характеристика подходов решения этих задач. Показано, что предпочтительным методом параметризации блока самонастройки является метод цифрового моделирования.

В четвёртой главе выполнен анализ синтезированной АСАУ. Приведён краткий обзор основных методов анализа качества систем и их устойчивости. Показано, что для исследования качества синтезированной АСАУ целесообразно использовать метод ЦМ, а для исследования устойчивости – совокупность методов сечений фазового пространства и ЦМ. При моделировании использован разработанный пакет программ МСУ. Расчётные процедуры пакета МСУ получены при использовании прямого и обратного преобразований Лапласа. Они отличаются высоким быстродействием, надёжностью и точностью за счёт перехода от решений дифференциальных уравнений в процессе вычислений к алгебраическим расчётам по рекуррентным формулам.

Выполнен анализ качества синтезированной САУ. Проведено ЦМ для сравнительного анализа качества работы САУ в трёх вариантах реализации замкнутого контура: (см. табл.1).

Характеристики САУ Таблица 1

Характеристики	Варианты САУ
1	2	3
Количество регуляторов	2	1	1
Номер регулятора	1	2	1	1
Область значений переходной функции	Y ≥ g	Y < g	g ≤ y < g	g ≤ y < g
Критерий оптимальности настроек регулятора

Анализ результатов моделирования (см. табл.2) показывает, что САУ по варианту 2 обеспечивает (рис.7) переходные процессы, характеризующиеся практически одинаковой с вариантами 1 и 3 дисперсией; минимальной (~ 5.7 ), одинаковой с вариантом 1 длительностью и значительно меньшими амплитудой и временем перерегулирования. Кроме того, САУ с одним регулятором технически проще в реализации. Таким образом, проведённое ЦМ показывает, что необходимое качество регулирования удаётся достичь, используя в структуре САУ только один регулятор, настроенный по модифицированной процедуре расчёта на базе критерия апериодической устойчивости. При этом переходные процессы, протекающие в ОУ, имеют незначительную длительность и характер, близкий к апериодическому, т. е. удовлетворяют сформулированным в третьей главе требованиям к САУ.

Проведено цифровое моделирование САУ с целью получения количественных оценок эффективности работы разомкнутого контура и цепей адаптации. При моделировании использована обоснованная структура замкнутого контура и настройки регулятора, полученные на стадии параметрического синтеза.

Результаты моделирования САУ Таблица 2

Показатели качества регулирования	Варианты САУ
1	2	3
знак возмущения	сред-нее	знак возмущения	сред- нее	знак возмущения	сред-нее
+	─	+	─	+	─
время регулирования, (мин.)	15	8	11.5	15	8	11.5	15	22	18.5
максимальное перерегулиро-вание, (ºС) х 10-2	8.2	1.7	4.45	0	1.7	0.85	.85	20.3	14.25
Время максимального перерегулиро- вания, (мин.)	9	5	7	0	5	2.5	9	5	7
,()	9.535	8.995	9.265	10.2	8.995	9.598	9.575	9.750	9.663

Рис.7.Переходная функция САУ с одним расчётным по критерию апериодической

устойчивости регулятором при возмущении положительного знака.

В таблице 3 приведены результаты моделирования трёх сравниваемых структур САУ.

Качество исследуемых структур САУ Таблица 3

Критерий и его аналитическое выражение	Структуры САУ
одноконтурная	двухконтурная
без цепей адаптации, i=1	без цепей адаптации, i=2	полной структуры, i=3
Интегральный квадратичный критерий качества (х10-3), , = х h, где i=1,2,3; h=0.1мин.;ΔY=G-Y(t)	199.74	2.98	0.13
Критерий относительной эффективности структурных элементов САУ, 100%, i=1,2,3	─	98.51	95.64

Из таблицы 3 следует, что введение в структуру одноконтурной САУ разомкнутого контура, в дополнение к замкнутому, снижает величину интегрального критерия качества переходных процессов в ОУ на 98.51%. Введение цепей адаптации в структуру комбинированной САУ снижает, в свою очередь, величину названного критерия качества на 95.64%. Выполнен анализ изменения структуры входного сигнала ОУ при введении цепей адаптации. Результаты показывают, что цепи адаптации коэффициента передачи разомкнутого контура уже в 1-ом, после нанесения возмущения, квазистатическом состоянии ОУ приводят к адаптации этого коэффициента с погрешностью в 1,0%. Таким образом, способ адаптации и структура САУ, предложенные в данной работе, обеспечивают решение проблем адаптации САУ исследуемым сложным объектом управления, требуемое качество управления и имеют широкую область применения.

Проведён анализ устойчивости САУ. Анализ выполнен в форме сравнения устойчивости САУ полной структуры и САУ без цепей адаптации. Через расчётную фазовую точку квазиоптимальных настроек регулятора проведены секущие плоскости и получены бифуркационные кривые, ограничивающие сечения области устойчивости. Анализ полученных результатов показывает, что область устойчивости исследуемой САУ по всем параметрам значительна (по отношению к положению полученного квазиоптимального вектора настроек). Сравнительный анализ устойчивости системы полной структуры и САУ без цепей адаптации показывает увеличение области устойчивости в среднем на 15% по каждому параметру за счёт цепей адаптации.

В пятой главе приведены результаты испытаний рассматриваемой САУ в производственных условиях. Результаты испытаний и их обработка показывают, что синтезированная САУ обеспечивает уменьшение доверительного интервала выходного параметра примерно в два раза по сравнению с существующим качеством управления. Повышение качества управления, при работе синтезированной САУ, и уменьшение “полосы” динамических отклонений выходного параметра позволяют снизить уставку системы и перевести работу на более “крутой” участок статической характеристики, что обеспечивает расчётную экономическую эффективность от внедрения САУ.

Предложенная САУ внедрена на одном из предприятий отрасли производства тротила.

В заключении перечислены основные результаты работы:

1.Проведён анализ ТП очистки материала-сырца, как ОУ. Обоснован существенный потенциальный резерв экономии данного ТП за счёт повышения качества управления.

2.Получены экспериментальные статическая, динамическая характеристики, соответствующие им модели и полная математическая модель ОУ.

3.Выполнен анализ условий движения объекта и получены характеристики основных, действующих на объект возмущений.

4.Предложен новый метод адаптации и САУ, основанная на нём. Показаны достоинства предложенного метода, заключающиеся в его простоте и эффективности. На примерах запатентованных САУ показана широкая область применения предложенного метода адаптации для управления сложными ОУ, обладающими различной спецификой. Показана статическая ε-инвариантность выхода ОУ относительно его входа по каналу основного К - возмущения.

5.Выполнен структурный и параметрический синтез САУ, адекватной исследуемому ОУ и условиям его движения. Получена управляющая структура, обеспечивающая решение поставленной задачи управления.

6.Сравнительный анализ устойчивости САУ полной структуры и САУ без цепей адаптации показывает увеличение области устойчивости в среднем на 15% по каждому параметру за счёт цепей адаптации.

Анализ качества работы САУ в различных режимах показал, что введение цепей адаптации в структуру комбинированной САУ снижает величину интегрального критерия качества на 95,6%. Выполнен анализ изменения структуры входного сигнала ОУ при введении цепей адаптации. Результаты показывают, что цепи адаптации разомкнутого контура уже в 1-ом, после нанесения возмущения, равновесном состоянии ОУ приводят к адаптации этого коэффициента с погрешностью около 1.0%. Таким образом, способ адаптации и структура САУ, предложенные в данной работе, обеспечивают решение проблем адаптации САУ исследуемым сложным объектом управления и требуемое качество управления.

7.Проведены испытания синтезированной САУ в производственных условиях, которые показывают, уменьшение доверительного интервала выходного параметра, за счёт САУ, примерно в два раза по сравнению с существующим качеством управления. Это позволяет не нарушая технологические ограничения снизить уставку системы и перевести работу ТП на более “крутой” участок статической характеристики, что обеспечивает расчётную экономическую эффективность от внедрения САУ.

8. Предложенная САУ внедрена на одном из предприятий отрасли производства тротила.

Основные публикации по теме диссертации

1-3. Отчёты по специальным темам/ п/я В-8413; , , и др. – Инв. № 000И – 1972, Инв.№ 000И – 1977, Инв.№ 000И – 1977.

4., , Левичев внешних возмущений при решении задач управления в рамках АСУ ТП//Известия высших учебных заведений. Электромеханика. -1983.- Спец. выпуск №9.- с.119.

5., , Левичев и система адаптивной стабилизации нестационарных объектов.//Известия высших учебных заведений. Электромеханика. -1986.- Спец. выпуск №9.

6.., , Брусов управляющие структуры в алгоритмах НЦУ// Вестник специального машиностроения (ВСМ). -1986. - №3.

7., и др. Адаптивная система стабилизации нестационарных объектов с идентификацией квазистатики их состояния// Произв. –техн. сборник ”ППО”.-1988, №9.

8., , Исаев хар-ка современных АСУ ТП в области химической технологии// Успехи современного естествознания. -2005. -№2. –с.65.

9., , Демкин повышения точности автомат. контроля

степени конверсии углекислоты в карбамид// Успехи современного естествознания. -2005. -№2. –с.64.

10., , Демкин оптимального управления пр-вом карбамида// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2006. -№2. –с.9.

11. К вопросу оптимизации процесса получения карбамида// Международная конференция по карбамиду. Тез. докл. - Дзержинск, 2002.

12., , Демкин состояния проблемы автоматического управления в стадии синтеза производства карбамида, как объекта управления// Х всероссийская научно - технич. конференция “Информ. технологии в науке, проектир. и пр-ве”. Тез. докл. – Н. Новгород, 2003.

13., , Исаев технолог. процесса дистилляции в пр-ве карбамида, как объекта управления// Х всероссийская научно - технич. конференция “Информ. технологии в науке, проектировании и пр-ве”. Тез. докл. – Н. Новгород, 2003.

14., , Брусов и оптимальное управление в пр-ве карбамида. Международная конференция по энергосбережению. Сборник докл. – Гродно, 2005.

15., , Исаев подход к составлению модели технолог. процесса в промывной колонне// Международная конф. ММТТ-17: Сб-к трудов, т.9. – Кострома, 2004.

16., , Демкин анализ основных методов автомат. контроля степени конверсии углекислоты в карбамид// Международная конф. ММТТ-17: Сб-к трудов, т.9. – Кострома, 2004.

17., , Исаев автомат. упр-ия узлом промывки газов дистилляции в пр-ве карбамида// Международная конф. ММТТ-18: Сб-к трудов, т.10. – Казань, 2005. –с.58.

18., , Система автомат. упр-ия узлом синтеза в пр-ве карбамида// Международ. конф. ММТТ-18: Сб-к трудов, т.10. – Казань, 2005. -с.62.

19., , Разработка системы автомат. упр-ия узлом синтеза в пр-ве карбамида// Х Нижегород. сессия молодых учёных. Тез. докл.– Н. Новгород, 2005.

20., , Демкин эффект. управл. структуры для узла синтеза в пр-ве карбамида// Всероссийская научно-технич. конф. “Будущее технич. науки“. Тез. докл. – Н. Новгород, 2005.

21., , Исаев . управл. структура для узла промывки газов дистилляции в пр-ве карбамида// Всероссийская научно–технич. конф. “Будущее технич. науки”. Тез. докл. - Н. Новгород, 2005.

22-23.Программные средства. Свид-во №31 от 22.03.85г. и свид-во №42 от 21.01.86г.

24-36. и др. Авт. свид-ва СССР на изобретения: №1 бюлл.№34, 1984г.; №1 бюлл. №34, 1984г.; № бюлл.№ ,1985г.; №1 бюлл.№6, 1985г.; №1 бюлл.№24, 1985г.; №1 бюлл.№32, 1985г.; №1 бюлл.№35, 1987г.; №1 бюлл.№13, 1988г.; №1 бюлл.№14, 1988г.; №1 бюлл.№26, 1988г.; №1 бюлл.№35, 1989г.; №1 бюлл.№36, 1989г.; патент России №2 бюлл.№20, 1994г.