close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Адаптивные системы управления технол.процессами(СР 15.04.04)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический
университет имени Г.Ф. Морозова»
Адаптивные системы управления технологическими процессами
Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 15.04.04 – Автоматизация технологических процессов и
производств
Воронеж 2016
2
УДК
Адаптивные системы управления технологическими процессами: Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлении.
подготовки 15.04.04 – Автоматизация технологических процессов и производств для очной формы обучения / А.А. Грибанов; М-во образования и науки
РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 8 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: д.т.н., профессор, зав. кафедрой электротехники и автоматики
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I» Афоничев Д.Н.
3
1. Введение
Учебным планом по направлению подготовки магистра 15.04.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» предусмотрено изучение
курса «Адаптивные системы управления технологическими процессами».
В результате освоения дисциплины студент должен:
– знать: теоретические основы и математические методы построения
адаптивных систем; основные схемы систем адаптивного управления, их состав и особенности функционирования;
– уметь: модернизировать и автоматизировать действующие и проектировать новые автоматизированные и автоматические производственные и технологические процессы с использованием математического аппарата адаптивных систем; анализировать состояние и динамику функционирования средств и
систем автоматизации с применением надлежащих современных методов и
средств анализа;
– владеть: методами анализа и синтеза адаптивных систем управления;
методами организации и контроля работ по наладке, настройке, регулировке,
опытной проверке адаптивных систем управления; техникой применения математических пакетов для имитационного моделирования адаптивных систем
управления.
2. Общие указания
Методические указания предназначены для студентов магистратуры 2-го
курса (3-й семестр) очного обучения. Объем дисциплины и виды учебной работы по семестрам приведены в табл. 1.
Таблица 1 – Объем дисциплины и виды учебной работы
Трудоемкость
Виды учебной работы
Всего В зачетных
часов
единицах
1
2
3
Общая трудоемкость дисциплины
144
4
Аудиторные занятия
54
1,5
Лекции (Л)
18
0,5
Практические занятия (ПЗ)
–
–
Лабораторные работы (ЛР)
36
1,0
Семинары (С)
–
–
Занятия, проводимые в интерактивной
форме (10 % от аудиторных по ФГОС
6
0,16
ВО)
Семестр
3
4
144
54
18
–
36
–
6
5
4
1
Самостоятельная работа (Сам)
Контроль самостоятельной работы
(КСР)
Курсовой проект (работа)
РГР (ГАР, РАР)
Реферат
Виды итогового контроля (зачет, экзамен)
2
90
–
3
2,5
–
–
–
*
*
4
90
–
5
–
–
–
зачет с
оценкой
Цель лекций – дать основные направления по наиболее сложным разделам дисциплины, а также изложить материал по новейшим достижениям, не
получившим достаточного освящения в учебной литературе.
Обзорный характер лекций не дает основание рекомендовать их в качестве единственного источника при подготовке к зачету.
Лабораторные занятия посвящены изучению адаптивных систем управления технологическими процессами.
3. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Описание систем в пространстве состояний
Описание систем в пространстве состояний. Формы переменных состояния:
нормальная, каноническая, простых множителей. Методы решения систем
дифференциальных уравнений. Переходная матрица состояний. Определение
переходной матрицы с помощью теоремы Кели-Гамильтона, преобразования
подобия и преобразования Лапласа. Передаточные матрицы переменных состояния. Сопряженные уравнения. Управляемость и наблюдаемость линейных
стационарных систем. Теоремы Калмана об управляемости и наблюдаемости.
Раздел 2. Общие понятия об адаптивных системах
Показатели качества автоматических систем, их зависимость от изменяющихся параметров объекта и условий его функционирования. Проблема недостоверности исходных данных при проектировании автоматических систем.
Использование принципа адаптации в автоматических системах. Понятие адаптивной системы. Структура адаптивной системы. Контур адаптации. Прямой и
идентификационный принципы построения контура адаптации. Классификация
адаптивных систем.
5
Раздел 3. Системы управления, оптимальные по быстродействию
Постановка задачи об оптимальном быстродействии. Использование
принципа максимума для определения оптимального по быстродействию
управления для линейного объекта. Теорема об N-интервалах. Синтез оптимальных по быстродействию замкнутых систем. Фазовый портрет оптимальной
по быстродействию системы. Структура оптимального регулятора. Функция
переключения и методы определения ее аналитического выражения. Примеры
синтеза оптимальных по быстродействию регуляторов.
Раздел 4. Метод динамического программирования в задачах управления
Метод динамического программирования в задачах управления. Принцип
оптимальности. Функция минимальной ошибки. Функциональное и дифференциальное уравнения Беллмана. Уравнение Гамильтона-Якоби. Уравнение
управления. Синтез оптимальных алгоритмов управления методом динамического программирования. Взаимосвязь уравнений Эйлера-Лагранжа, Понтрягина и Гамильтона-Якоби-Беллмана. Матричное уравнение Риккати линейного
оптимального управления и его решение. Применение метода динамического
программирования к задачам Майера и Больца.
Раздел 5. Безпоисковые системы адаптации
Неполнота априорной информации о математических моделях объектов,
нестабильность характеристик объектов управления. Адаптивные системы
управления с моделью объекта. Безпоисковые системы адаптации с эталонной
моделью объекта. Анализ работоспособности методов адаптации с моделью
объекта, оцениваемой по данным нормальной эксплуатации.
Раздел 6. Поисковые системы адаптации
Поисковые системы адаптации по прямым показателям качества. Статистическая оценка сходимости поисковых алгоритмов параметрической оптимизации. Поисковые системы адаптации с прогнозирующей моделью объекта.
Косвенные неэкстремальные критерии оптимальности. Поисковая процедура
определения оптимальных параметров настройки регуляторов по косвенным
неэкстремальным критериям. Поисковые методы адаптации по переходным характеристикам системы регулирования. Формализованные и экспертные алгоритмы. Поисковые методы адаптации по частотным характеристикам системы,
уточняемым в процессе поиска. Статистическая обработка результатов шагов
адаптации. Поисковые автоколебательные алгоритмы адаптации. Адаптация
сложных структур систем регулирования. Требования к техническим средствам
для реализации адаптивных систем регулирования.
Раздел 7. Современные тенденции и перспективы развития теории оптимальных и адаптивных систем управления
Концепция многорежимного управления. Анализ динамической ситуации. Контроллер режимов. Комбинирование адаптивного и робастного управлений.
6
4. Лабораторные занятия
Перечень лабораторных работ по курсу для студентов магистратуры очного обучения представлен в табл.2.
Таблица 2 – Перечень лабораторных работ
№ Номер раздела
Наименование лабораторных работ
пп
дисциплины
1.
Раздел 1
Составление функциональных схем систем автоматического управления (8 часов)
2.
Раздел 1
Экстремальная система автоматического регулирования (6 часов)
3.
Раздел 2
Методы организации движения к точки экстремума в
самонастраивающихся системах (6 часов)
4.
Раздел 5
Самонастраивающаяся система регулирования с эталонной моделью (6 часов)
5.
Раздел 6
Исследование систем с переменной структурой (10
часов)
5. Самостоятельная работа бакалавров
Часть материала курса вынесена на самостоятельное изучение магистров.
Темы этой работы представлены в табл.3.
Таблица 3 – Перечень вопросов, выносимых на самостоятельное изучение
№
Тема самостоятельной работы
Номер источника
п/п
1
2
3
1 осн. (С. 17-19)
1. Предиктор Смита
1 осн. (С. 19-23)
2. Предиктор на основе метода М. Крстича
3.
4.
5.
6.
Алгоритм адаптивной идентификации параметров
смещенного синусоидального сигнала
Алгоритмы параметрической адаптации регуляторов при неконтролируемых возмущениях в исполнительных ЭП ЭМО
Построение адаптивного регулятора с использованием наблюдателя состояний ЭМО
Алгоритмическое обеспечение задач контроля и
первичной обработки информации
1 осн. (С. 30-60)
2 доп. (С. 47-56)
2 доп. (С. 56-62)
3 доп. (С. 84-93)
7
Контроль самостоятельной работы магистров осуществляется преподавателем. Контроль качества освоения дисциплины проводится посредством текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации обучающихся. Результаты контроля отражаются в баллах модульно-рейтинговой системы оценки
знаний магистра.
После прослушивания курса лекций, выполнения лабораторных работ магистр допускается к сдаче экзамена. Контрольные вопросы к зачету студентов
магистратуры очного обучения приведены ниже.
6. Контрольные вопросы
1. Принцип адаптации. Типы адаптивных систем.
2. Определение систем экстремального регулирования, их структура, понятие
квазистационарного режима и средства его достижения.
3. Определение grad F в экстремальных системах по методу синхронных детекторов.
4. Определение grad F в экстремальных системах по методу дифференцирования F по времени.
5. Определение grad F в экстремальных системах по методу запоминания экстремума.
6. Методы организации движения экстремальных систем к положению экстремума.
7. Оценка устойчивости в малом экстремальных систем, работающих по методу
градиента.
8. Построение структурной схемы экстремальной САР, работающей по методу
градиента.
9. Построение адаптивных систем с эталонной моделью.
10. Анализ динамики СНС с замкнутым контуром настройки по АЧХ.
11. Системы с переменной структурой. Синтез СПС методом фазовой плоскости.
12. Синтез СПС с искусственным вырожденным движением.
13. Предмет и задача теории инвариантности. Формулировка принципа абсолютной инвариантности.
14. Формулировка принципа инвариантности и его реализация в САУ различных типов.
15. Решение полиинвариантной задачи в одномерных САУ.
16. Условия физической реализации абсолютно инвариантных систем.
17. Решение задачи инвариантного управления в одномерных САУ.
18. Определение систем, инвариантных до . Степень достижения инвариантности в этих системах.
19. Оценка устойчивости систем, инвариантных до .
20. Определение  крит в системах, инвариантных до .
8
21. Системы, допускающие бесконечное увеличение коэффициента усиления
без нарушения устойчивости. Условия устойчивости.
22. Решение задачи инвариантного управления в комбинированных системах
стабилизации.
23. Решение задачи инвариантного управления в комбинированных следящих
системах.
24. Решение задачи инвариантного управления в МСАР.
25. Построить структурную схему системы, найти условия инвариантности X 1
от F1 и F2 одновременно:
A ( p) * X  A * X  B * F ;
11
1
13
3
1 1
A * X  A * X  A * X  B * F  g ( p);
21
1
22
2
23
3
2 2
A *X  A *X  A *X  B *F ;
31
1
32
2
33
3
3 3
26. Найти условия инвариантности X 1 от F2 в системе:
A ( p) * X  A * X  F ;
11
1
13
3
1
A * X  A * X  F  g ( p);
21
1
22
2
2
A * X  A * X  A * X  0;
31
1
32
2
33
3
27. Определение матричных передаточных функций МСАР: G ( p) , Gq ( p) .
28. Типы многосвязных объектов, переход к каноническому Р-типу.
29. Соотношение понятий инвариантности и автономности в МСАР.
30. Принцип двухканальности Б.Н.Петрова в МСАР.
31. Методы анализа линейных МСАР, области их применения.
32. Метод Найквиста для анализа МОСАР.
33. Метод декомпозиции для анализа МОСАР.
34. Понятие усредненного и относительного движения в симметричных
МОСАР.
35. Метод Красовского для анализа антисимметричных МОСАР.
36. Понятие автономного режима работы в МСАР.
37. Методы реализации автономного управления в МСАР.
38. Синтез автономной МОСАР методом ИПС.
39. Синтез автономной МСАР с диагональной матрицей регулятора.
40. Принцип двухканальности и его применение для синтеза автономных
МСАР.
41. Методом двухканальности найти ИПС K12 ( p) и K 21( p) в двумерной МСАР
с объектом Р-типа. Наложение связей в матрице регулятора произвольное.
42. Найти условия автономности 1 от 2 в двумерной МСАР с объектом Р-
типа. Наложение связей в регуляторе – произвольное.
43. Найти ИПС K12 , исходя из условий автономности  2 от 1 , для двухканальной МСАР . Связи в объекте - прямые, связь между регуляторами идет с
выхода 1-го объекта на вход 2-го регулятора.
9
44. Найти ИПС K12 ( p) и K 21( p) , исходя из условий автономности по возмущению . Связи в объекте- обратные. Связи в регуляторе - со входа 1-го на вход
2-го и наоборот.
45. Проблема управляемости и наблюдаемости в МСАР. Метод переменных состояния.
46. Найти неуправляемые и ненаблюдаемые моды в МСАР:
 A11 0 
;
A
 A21 A22 
 
 
B  b b ; ; C  0, C .
1 2
2
47. Найти неуправляемые и ненаблюдаемые моды в МСАР:
 A11 A12 
;
A
0 A22 
 
B  0b ;
2
 
C  0, C .
2
Библиографический список
Основная литература
1. Бобцов А.А., Пыркин А.А. Адаптивное и робастное управление с компенсацией неопределенностей: Учебное пособие. - СПб.: НИУ ИТМО, 2013. –
135 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/687/79687.
Дополнительная литература
2. Букреев В.Г. Математическое обеспечение адаптивных систем управления электромеханическими объектами: Учебное пособие. - Томск: Изд-во
ТПУ, 2002. – 132 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. –
Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/943/73943.
3. Втюрин В.А. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Основы АСУТП: учеб. пособие. - СПб: СПбГЛТА. 2006. –
152 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/030/66030.
10
Грибанов Андрей Анатольевич
Адаптивные системы управления технологическими процессами
Методические указания для самостоятельной работы студентов магистратуры направления подготовки 15.04.04 – «Автоматизация технологических
процессов и производств» для очной формы обучения
Редактор С.Ю. Крохотина
Подписано в печать
Формат бумаги
Заказ
Объем
п.л.
Усл. п.л.
Уч-изд. л.
Тираж
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический
университет имени Г.Ф. Морозова»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
260 Кб
Теги
технол, система, процесса, адаптивных, управления
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа