Добірка наукової літератури з теми "Об'єкт керування"

Одним з ключових питань синтезу систем автоматичного регулювання є розробка адекватних математичних моделей об'єктів керування. Розробка моделей фізичних систем - це дуже складна і трудомістка робота, яка займає від 80 до 90 % зусиль, необхідних для аналізу і синтезу систем керування, і включає такі етапи: визначення параметрів процесу, які впливають на об'єкт керування; визначення зв'язків між параметрами; складання матеріальних та енергетичних балансів об'єктів керування; лінеаризація цих балансів; одержання диференціального рівняння. Результатом моделювання майже всіх технологічних об'єктів є складне диференціальне рівняння великого порядку, яке надалі використовується для розрахунку систем автоматичного регулювання. Під математичною моделлю зазвичай розуміють сукупність співвідношень (рівнянь, логічних умов, операторів тощо), що визначають характеристики станів об'єкту моделювання. Сучасні наука й технологія як об'єкти дослідження розглядають матеріальні об'єкти навколишнього світу та їхні фізико-хімічні перетворення. Практична реалізація цих досліджень від лабораторних установок до промислових виробництв використовує моделювання як процес пізнання, а також для оптимальної організації, функціонування й керування виробництвом. Сучасним технологіям притаманна висока складність, яка виявляється у великій кількості й різноманітті параметрів, що визначають хід процесів, внутрішніх зв'язків між параметрами, у їхньому взаємному впливі, причому зміна одного параметра може викликати нелінійну зміну інших параметрів. Ця складність підсилюється при виникненні множинних зворотних зв'язків між параметрами, а також неконтрольованими збуреннями, випадковим чином розподіленими в часі. Інформаційний потенціал, генерований технологічними процесами, надзвичайно великий. При обмежених можливостях його сприйняття необхідно зменшувати цей потенціал, що остаточно призведе до скорочення альтернатив під час прийнятті керуючих рішень. Це досягається пізнанням процесу через моделі - спрощені системи, які відображають окремі, обмежені в потрібному напрямку, сторони процесу, що розглядається. Існує багато способів одержання моделей технологічних процесів. Кожен спосіб дає можливість побудувати модель, адекватну процесу в певному сенсі, що залежить від обраного критерію. Це означає, що існує деяка абстрактна відповідність між безліччю моделей і модельованим об'єктом. Моделювання, власне кажучи, засновано на використанні динамічної аналогії, яка означає нетотожну подобу властивостей або співвідношень

Здоров'я - безцінне надбання не тільки кожної людини, але і всього суспільства. Для підтримки здоров`я людини на певному рівні, необхідно включати в раціон харчування фруктові та овочеві соки, зокрема яблучний сок, який має високі споживні властивості. Збереження цих властивостей можна забезпечити лише за рахунок автоматичного керування технологічним процесом виробництва яблучного соку. Автоматичне керування процесом пастеризації яблучного соку – одне з найбільш складних та важливих завдань, оскільки забезпечує дотримання технологічного регламенту термічної обробки яблучного соку. Процес пастеризації яблучного соку, як об'єкт керування являє собою складну динамічну систему. Аналіз існуючих систем автоматичного керування пастеризацією яблучного соку демонструє певні недоліки і ставить задачі наступної розробки. В Одеській національній академії харчових технологій, на кафедрі автоматизація технологічних процесів і робототехнічних систем розроблено новий спосіб пастеризації яблучного соку, з використанням каскадної системи автоматичного регулювання, яка зменшує запізнення в контурі регулювання температури пастеризації, що підвищує якість готового продукту, продуктивність процесу та знижує його енергоємність. Результати структурно-параметричного синтезу і аналізу розробленої системи автоматичного керування підтверджують переваги запропонованого підходу. Побудована каскадна система автоматичного регулювання забезпечує високу динамічну точність керування розглянутим технологічним процесом. Розроблене автоматизоване робоче місце оператора-технолога і наладчика системи автоматичного керування в SCADA-системі дозволяє зручно і ефективно спостерігати та керувати ходом процесу пастеризації яблучного соку. Подальший розвиток питання автоматизації керування процесом пастеризації яблучного соку знайде в магістерській випускній роботі.

У роботі запропонований алгоритм роботи системи керування з моделлю трьохполичним газовим реактором у виробництві аміаку. Мета оптимального управління газовим трехполочним реактором полягає в тому, щоб перерозподілити циркуляційний синтез-газ для досягнення максимального ступеня конверсії, і, відповідно, максимальної концентрації цільового компонента.Для вирішення поставленого завдання в даній роботі пропонується розробити математичну модель і вирішити оптимізаційних задач. На першому етапі розробляється детермінована модель. Незважаючи на її невисоку точність, вона дає можливість оцінити вид критеріальної функції в широкому діапазоні зміни аргументів з урахуванням її багатоекстремальності, і виділити область глобального екстремуму. На другому етапі виконується адаптація моделі на основі експериментальних даних, одержаних з об'єкта управління, на основі імовірнісних методів. Це дозволяє забезпечити точність модельованих параметрів за рахунок природного обліку всіх збурюючих впливів. Створення адекватної моделі має на увазі облік нелінійності залежностей вихідних параметрів процесу від вхідних. Це неминуче призводить до збільшення ступеня рівнянь, якими описується об'єкт управління. Використання рівнянь високих порядків істотно ускладнює процес оптимізації - пошук оптимальних значень параметрів технологічного процесу. У більшості випадків доводиться вдаватися до наближених рішень, що знижує точність розробляється моделі. Результатом рішення оптимізаційної задачі в алгоритмі роботи системи управління з моделлю трьохполичного газового реактора для заданого навантаження на агрегат (Fц.г. = сonst) є оптимальні значення витрат синтез-газу по фізичних каналах «холодних» байпасів. Таким чином, запропонований алгоритм складається із двох етапів: перший – пошук наближеного розв'язку й перехід об'єкта керування в область близьку до оптимальної; другий – тонке підстроювання оптимальних значень із використанням пошукового алгоритму.

Проаналізувавши особливості конструкції, принцип роботи та електропривод бетонороздавача типу СМЖ-69А, автори прийшли до висновку, що найбільш гостро потребує модернізації механізм переміщення цього пристрою та система його керування. Для підвищення ефективності роботи запропоновано застосувати частотнорегульований електропривод механізму переміщення на базі АД з короткозамкненим ротором. Рекомендовано замінити застарілий привод пересування у вигляді двигуна, редуктора і ланцюгової передачі на мотор-редуктор, що дозволить звільнити місце для встановлення контролерів та іншого обладнання системи автоматичного керування. Для механізму пересування бетонороздавача обрано сучасний мотор-редуктор, розроблена схема керування електроприводом на базі ПЛК. Пропонується застосувати тензометричний метод зважування бетонної суміші, для чого бункер з бетонною масою встановлюється на тензодатчиках. При заповненні бункера бетонороздавача до певної маси сигнал з тензодатчиків надходить на контролер, після чого програма починає працювати. Вхідним сигналом є маса бетонної суміші, що подається в бункер, а вихідним – напруга, яка подається на контролер, а потім, через перетворювач частоти, на об'єкт управління – привід пересування бетонороздавача. Керуючим впливом об’єкта керування (ОК) являється напруга, що подається на мотор-редуктор, а збурювальним впливом – сила статичного навантаження від ваги бетонороздавача, ваги бетонної суміші в бункері та сили опору розрівнюючого пристрою. Розроблена математична модель ОК, за допомогою якої проведені дослідження перехідних процесів об’єкту керування шляхом зміни керуючого та збурювального впливів. Аналіз перехідних процесів довів працездатність та якість системи керування. Розроблений алгоритм функціонування системи автоматичного керування бетонороздавачем, на базі якого побудована програма для ПЛК. Проведена технічна реалізація САК, обрані необхідні елементи та пристрої. Розрахована авторами економічна ефективність від проведеної модернізації довела її доцільність

Системи крапельного зрошення широко використовуються для вирощування різноманітних сільськогосподарських культур як у теплицях, так і на відкритих ділянках різного розміру, від невеликих приватних садових ділянок до фермерських господарств. Особливість даного типу зрошення у тому, що вода повільно подається краплями або струменями у заданий час і у заданій кількості безпосередньо до коренів кожної рослини. При цьому витрата води зменшується на 20-50% у порівнянні з поверхневим поливом і дощуванням, попереджається надлишковий полив і внаслідок цього підняття рівня ґрунтових вод та засолення ґрунту, не ущільнюється верхня частина ґрунту, знижується рівень розростання бур'яну. При проведенні зрошення необхідно враховувати вплив випадково змінних погодних факторів і щоденно коригувати поливну норму. Структурна схема автоматизованої системи керування (АСК) вологозабезпеченістю модульної ділянки за допомогою крапельного зрошення являє собою комбіновану систему керування з регулятором, який складається з двох послідовно з'єднаних ланок. Перша ланка визначає допустиму частку недополиву рослин у відсотках, враховуючи дані метеопрогнозу на наступний день. Очевидно, що допустима частка недополиву буде тим більша, чим більше значення прогнозованих опадів. Друга ланка обраховує завдання всмоктуючого тиску (вологості) на поточний день, враховуючи рекомендації першого регулятора, і подає керуючі впливи на виконавчі механізми. Метою статті є розробка методу керування вологістю ґрунту за допомогою крапельного зрошення на основі нечіткої логіки. Для визначення частки недополиву використано алгоритми нечіткої логіки. В якості вхідної змінної використовуються дані метеопрогнозу по опадах на наступний день. Вихідною змінною є допустима частка недополиву рослин на поточний день. Запропонована АСК вологозабезпеченістю сільськогосподарських культур при крапельному зрошенні дозволяє підвищити точність керування вологістю завдяки оперативному врахуванню змінних збурень на об'єкт і забезпечити отримання планової врожайності при раціональному використанні енергетичних і водних ресурсів. Напрямком подальших досліджень слід вважати розробку концепції застосування інтелектуальних методів підтримки прийняття рішень в умовах багатокритеріальності в задачах оптимального керування вологозабезпеченістю сільськогосподарських культур. Це дозволить економити водні та енергетичні ресурси з одночасним забезпеченням отримання планового врожаю

Досліджено методику застосування кінематичного проеціювання для відображення траєкторії руху та пошуку координат рухомих об'єктів. З'ясовано, що специфікою кінематичного проеціювання є те, що всі її ключові складові, а саме – об'єкт, центр проеціювання, картинна площина та проектувальні промені, перебувають у неперервному русі із певними швидкостями та пришвидшеннями. Така специфічна особливість кінематичного проеціювання не тільки істотно розширює технологічні можливості нарисної геометрії як науки про графічне відображення просторових об'єктів, а й істотно поглиблює галузі практичного її застосування. Встановлено, що підтвердженням цьому є розглянуті у цій роботі приклади практичного застосування специфіки кінематичного проеціювання для вдосконалення дистанційного керування землеобробною технікою в автоматизованих комплексах управління. З'ясовано, що це дає змогу усувати негативний вплив "людських чинників" операторів, що відстежують траєкторії переміщень техніки оброблюваною земельною ділянкою. Досліджено, що основні складові технічного забезпечення практичного застосування кінематичного проеціювання для відстежування переміщень землеобробної техніки й різних транспортних засобів полягає в оснащені відеокамерами та приладами електромагнітного випромінювання стаціонарні радіовежі або безпілотні літальні апарати (БПЛА), наприклад, дрони, що виконуватимуть функції центрів кінематичного проеціювання. Рекомендовано, що сприймання генерованих центром проеціювання проектувальних променів тут може бути покладено на оснащений радіолокаційною системою (РЛС) та сучасним комп'ютерним спорядженням із відповідним програмним забезпеченням стаціонарний командний пункт (центр). Це устаткування, у цьому випадку, виконуватиме функцію "картинної площини", на якій відображатиметься траєкторія руху землеобробної техніки. З'ясовано, що виконавчі механізми та органи управління рухом землеобробної техніки у цьому випадку доречно оснастити пристроями, що приймають керівні радіохвилі. Показано, що окрім відстежування траєкторії рухів об'єктів на земній поверхні, кінематичне проеціювання може застосовуватися й у військовій справі для виявлення ворожих безпілотних об'єктів у повітряному просторі. У цьому разі використовують різновид кінематичного проеціювання із двома його центрами генерування проектувальних променів.

Засобами імітаційного моделювання проаналізовано функціонування замкнутих систем керування в умовах зміни властивостей інерційного об'єкта керування. Порівняли роботу таких систем: одноконтурної з ПІД регулятором, багатоконтурних з ПІ-ПД керуванням та систем із зовнішнім регулятором на підставі внутрішньої моделі. Серед систем керування із внутрішньою моделлю одна побудована на підставі моделі об'єкта керування. Ми запропонували іншу система, в якій структура зовнішнього регулятора реалізована на базі внутрішньої моделі замкнутого внутрішнього контуру з ПД регулятором. Для спрощення процедури налаштування зовнішнього регулятора вибрано наближену модель об'єкта керування у вигляді послідовно з'єднаних аперіодичної ланки першого порядку та ланки запізнення. Знайдено наближену внутрішню модель зустрічного паралельного з'єднання об'єкта керування та ПД регулятора та отримано наближену обернену модель. Встановлено, що в умовах зміни властивостей об'єкта керування запропонована система зберігає достатній запас стійкості і порівняно з іншими досліджуваними системами має переваги. Так, зі збільшенням коефіцієнта передачі об'єкта керування у 2 рази та збільшенням інерційності на 30 % перехідні процеси каналом заданого значення мають найменший час регулювання. Окрім цього, каналом збурення така система забезпечує найменше динамічне відхилення для всіх варіантів дослідження.

У статті розглядається системи автоматичного регулювання які реалізують алгоритми керування з прогнозуванням складових вільного та вимушеного руху на час запізнення вперед в замкнутому контурі. Проводиться порівняльний аналіз їх роботи у перехідних та сталих режимах роботи, а також запасів стійкості які вони забезпечують. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. На практиці для компенсації впливу запізнення на динаміку власного руху часто використовують системи з упереджувачем Сміта які значно розширюють запас стійкості систем і забезпечують їх працездатність в умовах нестаціонарних властивостей об’єкта керування. Також прогнозування використовується у системах керування з прогнозуючою моделлю, в яких керуючий вплив на кожному кроці розраховується за рахунок вирішення оптимізаційної задачі на основі математичної моделі об’єкта керування. Ці системи також застосовують для керування об’єктами технологічного типу, зокрема рекомендують до застосування при керуванні багатоканальними об’єктами канали яких пов’язані між собою через дію перехресних зв’язків. В якості альтернативи вказаним системам запропонована система регулювання з прогнозуванням вимушеного руху в замкнутий контур якої введено алгоритм прогнозування в реальному часі на основі кубічного сплайну. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання. В якості базового регулятора було обрано типовий ПІД-регулятор. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. При аналізі роботи систем за каналом дії неконтрольованих збурень система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має приблизно однаковий запас стійкості за часом запізнення та трошки нижчий запас стійкості за коефіцієнтом передачі об’єкта керування, ніж система з упереджувачем Сміта.

Метою даної статті є вивченні сформованих методів, прийомів і принципів розробки систем керування рухом робочого органу платформи Стюарта (гексапод) для визначення шляхів вдосконалення їх характеристик. Як показано в аналізі, проектування систем керування рухом робочого органу гексаподу поділяються на два основних напрямка: метод керування рухом в робочому просторі при вирішенні прямої задачі кінематики та керуванням рухом в просторі узагальненої координати при вирішенні зворотної задачі кінематики. Аналіз методів розробки систем керування рухом робочого органу платформи Стюарта, який показав, що з метою спрощення моделі об'єкта керування і процедур проектування системи керування, часто пропонується поділ механізму на окремі автономні канали за кількістю штанг платформи Стюарта, нехтуючи похибками вимірювання і динамікою датчиків, використання ідеалізованих віртуальних моделей механізму паралельної кінематики для формування сигналів корекції. При цьому замінюються реальні характеристики платформи Стюарта лінеаризованими, а збурюючі дії - взаємовпливом висей їх оцінками. Для деяких режимів роботи гексаподу спрощена модель динаміки не буде відображати реальних фізичних процесів, що відбуваються в гексаподі, що негативно позначається на керованості механізму в цілому. Проведений аналіз дозволив запропонувати структурні схеми керування рухом робочого органу гексаподу побудовані за принципом одно, двоконтурних слідкуючих систем. Виходячи з недоліків слідкуючих систем, запропоновано будувати систему керування гексаподом на основі схем що мають потенційно більшу точність відтворення програмного керування за рахунок збільшення ступеня вільності у виборі регулятора.

У статті розглядається система автоматичного регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом в замкнутому контурі. Об'єкти технологічного типу досить часто мають велику інерційність в каналах регулювання яка пов'язаної не тільки з чистим запізненням, але, більшою мірою з акумуляцією речовини і енергії, так званим ємнісним запізненням. Повна або часткова компенсація цієї інерційності може в значній мірі поліпшити якість регулювання для таких об'єктів. Тому в замкнутий контур системи регулювання пропонується ввести прогнозування на основі кубічного сплайну. Проведений аналіз показує, що окремі ділянки траєкторії руху регульованої змінної можуть бути представлені безперервними, багаторазово диференційованими функціями (наприклад, кубічним сплайном). Для моделі кубічного сплайну знайдені співвідношення, що дозволяють оцінювати його параметри і вести розрахунок прогнозного значення змінної в реальному часі. Проведено структурний та оптимальний параметричний синтез альтернативних варіантів систем автоматичного регулювання з типовим ПІД-регулятором, що реалізують принцип керування за прогнозом і принцип керування за станом. Порівняльний аналіз оптимальних систем, проведений в часовій і частотних областях, показав значну перевагу системи регулювання, що реалізує принцип керування за прогнозом на основі кубічного сплайну. У порівнянні з системою, що реалізує принцип керування за станом, система регулювання з прогнозуванням по кубічному сплайну забезпечує зниження інтегрального і прямих показників якості перехідних процесів до 40%. Перевірка на грубість систем автоматичного регулювання показала, що система автоматичного регулювання з прогнозуванням регульованої змінної за кубічним сплайном має більший запас стійкості, ніж система регулювання що реалізує принцип керування за станом.

Сучасний рівень розвитку промисловості вимагає комплексного підходу при розробці САУ технічними об'єктами. Це обумовлено, з одного боку, необхідністю підвищення якості управління при мінімальних витратах на створення та експлуатацію систем, з іншого боку – ускладненням структури об'єкта управління, функцій, виконуваних ним, і, як наслідок, збільшенням факторів невизначеності, які необхідно враховувати для управління об’єктом.

Побудова систем керування різноманітних об’єктів та розробка ефективних алгоритмів ними вимагає, перш за все, визначення їх математичних моделей. Останні можуть бути задані у різних формах, однією з яких, досить розповсюджених, є передатні функції та відповідні структурні схеми.

Автоматизована система управління технологічними процесами представляє собою замкнуту систему, що забезпечує автоматизований збір і обробку інформації, необхідної для оптимізації управління технологічним об'єктом в відповідності з прийнятим критерієм, і реалізацію керуючих впливів на технологічний об'єкт. Технологічний об'єкт керування — це сукупність технологічного обладнання і реалізованого на ньому (за відповідними алгоритмами і регламентами) технологічного процесу. В залежності від рівня технологічним об'єктом управління можуть бути технологічні агрегати і установки, групи верстатів, окремі виробництва (цехи, ділянки), що реалізують самостійний технологічний процес.

Дисертацію присвячено розробці комплексного методу ідентифікації технічного стану газоперекачувального агрегату (ГПА) як об’єкта керування, а також розробці інформаційного та програмного забезпечення у складі системи автоматизованого керування ГПА, що реалізує даний метод. На основі аналізу структури процесу ідентифікації технічного стану газоперекачувальних агрегатів на основі даних технологічного процесу компримування природного газу, основних етапів підготовки даних до обробки, методів поглибленого аналізу даних та методів опрацювання результатів, розроблено комплексний метод ідентифікації технічного стану газоперекачувальних агрегатів на основі параметрів процесу функціонування із застосуваннями методів аналізу даних та методів штучного інтелекту, що дає змогу виявити І попереджувати аварійні ситуації. Розроблено, на основі ентропійних оцінок, алгоритм побудови процесу аналізу з урахуванням інформаційної цінності ознак, що дало можливість досягати заданої достовірності оцінки стану за мінімальний час. Розроблено та реалізовано концепцію адаптивного клієнта блоку ідентифікації технічного стану ГПА у складі автоматизованої системи керування,, що дає змогу розподілити обчислювальні задачі між ресурсами системи, виходячи з їх поточної завантаженості та скоротити час обчислень. Синтезоване програмне забезпечення ідентифікації технічного стану ГПА, що дає змогу оцінити технічний стан ГПА з заданою точністю за найкоротший час на основі даних про його функціонування. Знайшов подальший розвиток метод розпізнавання імпульсів певної форми у структурі параметрів технологічного процесу на основі вейвлета, згенерованого за формою шуканого імпульсу, що дало змогу підвищити достовірність виявлення таких імпульсів.
Диссертация посвящена разработке комплексного метода идентификации технического состояния газоперекачивающего агрегата (ГПА) как объекта управления, а также разработке информационного и программного обеспечения в составе системы автоматизированного управления ГПА, реализующего данный метод. Исходя из анализа структуры процесса идентификации технического состояния газоперекачивающих агрегатов на основе данных технологического процесса компримирования природного газа, основных этапов подготовки данных к обработке, методов углубленного анализа данных и методов обработки результатов, разработан комплексный метод идентификации технического состояния газоперекачивающих агрегатов на основе параметров процесса функционирования с применением методов анализа данных и методов искусственного интеллекта, позволяющий определять и предупреждать аварийные ситуации. Разработан на основе энтропийных оценок, алгоритм построения процесса анализа с учетом информационной ценности признаков, что позволило достигать заданной достоверности оценки состояния за минимальное время. Разработана и реализована концепция адаптивного клиента блока идентификации технического состояния ГПА в составе автоматизированной системы управления, что позволяет распределить вычислительные задачи между ресурсами системы, исходя из их текущей загруженности, тем самым сокращая время вычислений. Синтезировано программное обеспечение идентификации технического состояния ГПА, которое позволяет оценить техническое состояние ГПА с заданной точностью за короткое время на основе данных о его функционировании. Нашел дальнейшее развитие метод распознавания импульсов определенной формы в структуре параметров технологического процесса на основе вейвлета, сгенерированного по форме искомого импульса, что позволило повысить достоверность выявления таких импульсов.
The thesis is devoted to developing an integrated method of identifying the technical state of gas compressing units (GCU) as control object, and development of informational and software in the automatic control system of GCU that implements this method. By analyzing the structure of the identification process for technical state of gas compressor units based on data from process of natural gas compression, the main stages of preparing the data to the processing methods of advanced data analysis techniques, there was developed a comprehensive method of identifying the technical state of gas compressor units based on the parameters of the functioning, application of data analysis methods and techniques of artificial intelligence, that give possibility to detect and prevent accidents. Developed, based on entropy estimates, construction of process analysis algorithm, based on information value features that made it possible to achieve the desired reliability assessment in the minimum time. Developed and implemented the concept of adaptive client for identification of GCU technical condition in the automated control system, which makes it possible to distribute computing tasks between resources system, based on their current workload and reduce the computation time. Synthesized software for identification of GCU technical condition that allows to evaluate the 'technical condition of the GCU with given accuracy in the shortest time based on it’s performance. Found further development the method of recognition of pulse with certain form in the structure of process parameters, based on wavelet generated by the form of the desired pulse, leading to improved reliability of detection of such pulses.