Продукционный метод анализа и синтеза автоматических регуляторов в непрерывно-дискретных системах управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Рогачев, Геннадий Николаевич

• Рогачев, Геннадий Николаевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Рогачев, Геннадий Николаевич

Введение

Глава 1. Продукционная модель регулятора в задаче описания цифровой системы автоматического управления

1.1. Принципы организации и функционирования систем управления

1.2. Продукционный метод описания регуляторов систем автоматического управления

1.3. Примеры использования продукционного метода в задачах моделирования регуляторов систем автоматического управления

1.4. Особенности и преимущества продукционного метода моделирования регуляторов

1.5. Продукционная модель регулятора как основа классификации систем автоматического управления

1.6. Выводы

Глава 2. Обобщенная гибридно-автоматная модель системы автоматического управления

2.1. Гибридный автомат как модель системы автоматического управления с продукционной формой регулятора

2.2. Диаграммы состояний и переходов 81а1есЬаП как средство моделирования динамики гибридных систем

2.3. МАТЬАВ-81пшНпк-81л1еАо\у - среда разработки моделей гибридных систем

2.4. Описание средствами Stateflow цифровой системы автоматического управления

2.5. 81а1еАо\у-модель системы автоматического управления с нечетким регулятором

2.6. Выводы

Глава 3. Синтез регуляторов ЦСАУ с продукционными алгоритмами функционирования

3.1 Общая характеристика предлагаемых методов синтеза регуляторов с продукционными алгоритмами функционирования

3.2. Численно-аналитическая процедура оптимального синтеза продукционной модели регулятора

3.3. Процедура оптимального синтеза продукционной модели регулятора прямым методом — псевдоспектральным методом Гаусса

3.4. Синтез продукционной формы регулятора с использованием генетического алгоритма

3.5. Синтез продукционной формы регулятора с использованием генетического программирования

3.6. Синтез продукционной формы регулятора в задачах управления с нечеткими целями и ограничениями

3.7. Анализ ЦСАУ в условиях ограничений со стороны аппаратных средств и нестабильности работы канала связи

3.8. Выводы

Глава 4. Использование продукционного метода в задачах анализа и синтеза автоматических регуляторов технических систем управления

4.1. Анализ работы ГНДСУ в условиях нестабильного шага квантования

4.2. Анализ и верификация алгоритма работы цифрового оптимального по быстродействию регулятора

4.3. Численно-аналитическая процедура оптимального синтеза продукционной модели регулятора в линейных непрерывно-дискретных системах

4.4. Использование процедуры оптимального синтеза продукционой модели регулятора САУ с нелинейным объектом управления псевдоспектральным методом Гаусса

4.5. Выводы

Глава 5. Анализ и синтез систем продукций регуляторов в интеллектуальных

ГНДСУ

5.1. Синтез продукционой формы регулятора с использованием генетического алгоритма

5.2. Синтез продукционных правил работы регулятора с помощью генетического программирования

5.3. Синтез системы правил работы регулятора в задачах управления с нечеткими целями и ограничениями

5.4. Анализ ЦСАУ с нечетким регулятором при нестабильности работы канала связи

5.5. Выводы

Глава 6. Синтез регулятора системы пространственно-временного управления объектом технологического нагрева

6.1. Постановка задачи оптимального проектирования установки технологического нагрева с пространственно-временным управляющим воздействием и оптимальной организации режимов ее функционирования

6.2. Анализ качества системы пространственно-временного управления процессом индукционного нагрева с использованием теоремы сравнения

6.3. Выводы

Заключение

Список литературы

Список иллюстративного материала

Приложение. Акты внедрения результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Продукционный метод анализа и синтеза автоматических регуляторов в непрерывно-дискретных системах управления»

ВВЕДЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена разработке продукционного метода описания автоматических регуляторов и способов его применения в задачах анализа и оптимального синтеза непрерывно-дискретных систем управления широким кругом технических объектов.

Актуальность проблемы.

Одним из важных направлений современного развития теории управления является исследование гибридных непрерывно-дискретных систем управления (ГНДСУ). В таких системах компоненты с непрерывными сигналами отражают физические законы, технологические или технические принципы, которым подчинено функционирование объектов управления, а дискретные элементы моделируют работу цифровых управляющих устройств. К гибридным относится широкий круг управляемых объектов, охватывающий как традиционные, так и новейшие технологии в самых различных областях техники. Практическая реализация таких технологий с требуемыми качественными показателями невозможна без построения соответствующих алгоритмов автоматического управления, что и явилось главным стимулом к созданию теории и методов управления ГНДСУ.

Различные классы гибридных систем изучались в работах Емельянова C.B., Уткина В.И. (системы с переменной структурой), Васильева С.Н., Федосова Е.А., Бортаковского А. С. (логико-динамические системы), Куржанского А.Б., Цыпкина Я.З., Li Z., Silva G.N., Soh Y., Vinter R.V., Wen С. (импульсные системы), Аграчева A.A., Савкина A.B., Antsaklis P.J., Brockett R.W., Evans R.J, Hedlund S., Liberzon D., Rantzer A., Rischel H. (переключательные системы), Hespanha J.P., Johansson K.H., Lygeros J., Sastry S.S., Tomlin C.J. (автономные и неавтономные гибридные системы), Осипова Г.С. (динамические интеллектуальные системы).

Задачи управления применительно к гибридным системам оказываются качественно более сложными по сравнению с аналогичными задачами управления непрерывными или дискретными системами ввиду целого ряда принципиальных особенностей этих систем, связанных с наличием в них существенным образом взаимодействующих непрерывных и дискретных подсистем, сочетанием непрерывной динамики управляемых процессов с дискретными процедурами получения информации о параметрах объекта, вычисления по этим данным управляющих воздействий и передачи их на исполнительные устройства. К такого рода особенностям прежде всего относятся:

влияние определяющего характера эффекта квантования сигналов по времени и по уровню на качественные показатели ГНДСУ;

влияние и возможности использования в качестве управляющих воздействий целого комплекса сильнодействующих специфических возмущающих факторов, таких, в частности, как случайные временные задержки и частичные потери информации при передаче управляющих воздействий;

необходимость учета комплекса шумовых составляющих сигналов' в замкнутом контуре системы;

существенное (часто определяющее) влияние характеристик и свойств информационных каналов и сетевых связей на формирование управляющих алгоритмов;

возможности автоматического формирования и видоизменения в режиме реального времени алгоритмов управления на основе получаемой в процессе функционирования ГНДСУ рабочей информации о поведении системы и вытекающих отсюда требований к разработке вычислительных процедур, обеспечивающих реализацию этих алгоритмов с требуемой динамикой; необходимость учета ограничений со стороны аппаратных средств. Указанные задачи непосредственно относятся к сформулированной в Программе фундаментальных научных исследований Российской академии наук центральной проблеме создания единой теории управления, вычислений и сетевых связей, разработки методов автоматического синтеза алгоритмов

управления с одновременными их верификацией и валидацией на базе технических устройств, самостоятельно генерирующих свое программное обеспечение.

Решение этого круга задач традиционными методами, базирующимися на аналитическом конструировании автоматических регуляторов, связано с серьезными затруднениями ввиду отмеченной выше необходимости одновременного учета целого ряда разнообразных факторов определяющего характера для базовых технических приложений, практически не позволяющих сформулировать в замкнутой аналитической форме алгоритмы функционирования ГНДСУ с требуемыми показателями эффективности.

Многие из указанных проблем могут быть в основном решены путем разработки новых эффективных методов анализа и синтеза цифровых регуляторов ГНДСУ, базирующихся на специальных численных способах автоматической организации требуемых, априори не фиксируемых и переменных во времени алгоритмов управления. Подобные методы должны обеспечивать построение в темпе с управляемым процессом непосредственно на цифровом регуляторе реализующих эти алгоритмы вычислительных процедур, формируемых по сигналам обратных связей, с учетом особенностей, обусловленных цифровым характером устройств управления и сетевым способом обмена информацией между ними.

На этом пути возникает ряд представляющих самостоятельный теоретический и практический интерес задач по разработке новых способов синтеза оптимальных по принятым критериям эффективности алгоритмов и программ работы цифровых устройств управления для ГНДСУ в условиях учета целого комплекса разнообразных возмущающих воздействий и ресурсных ограничений, характерных для цифровых и сетевых систем управления.

В настоящей диссертационной работе предлагается один из возможных конструктивных подходов к указанному кругу задач построения регуляторов в ГНДСУ специальными численными методами.

Диссертация посвящена разработке, теоретическому обоснованию и практическому применению продукционного метода описания регуляторов в задачах анализа и оптимального синтеза систем управления гибридными системами, базирующегося на предлагаемой математической модели системы цифрового управления непрерывным объектом, динамическая часть которой, моделирующая функционирование объекта управления, описывается дифференциальными уравнениями, а дискретная часть, моделирующая работу устройства управления, - специальным численным алгоритмом его работы в виде системы продукций (набора правил вида «условие-действие»), структура и содержание которой автоматически формируются в процессе поиска оптимальных решений.

Целью диссертационной работы является разработка основ теории и техники применения продукционного метода описания регуляторов в задачах анализа и синтеза систем управления. Для достижения указанной цели в диссертации поставлены следующие основные научные задачи:

разработка имитационной модели гибридной непрерывно-дискретной системы управления (ГНДСУ) с продукционной формой представления алгоритма функционирования цифрового регулятора;

разработка и исследование методов, вычислительных алгоритмов и программных средств анализа влияния на качество работы ГНДСУ возмущающих факторов и эффектов квантования сигналов по времени и по уровню;

разработка численно-аналитического метода оптимального синтеза продукционной формы описания регулятора, базирующегося на совместном использовании достаточных условий оптимальности и процедуры конечномерной оптимизации;

разработка эволюционного метода решения задач оптимального синтеза системы продукций регулятора ГНДСУ для широкого класса объектов в постановке, адекватной реальным требованиям промышленных технологий;

разработка метода оптимального синтеза системы продукций регулятора ГНДСУ для задач управления с нечеткими целями и ограничениями;

апробирование продукционного метода построения регуляторов в ГНДСУ на примерах исследования широкого круга технических систем управления. Научная значимость работы определяется тем, что она предлагает новые эффективные численные методы построения самостоятельно генерирующих свое прикладное программное обеспечение цифровых регуляторов в ГНДСУ, которые автоматически формируют и при необходимости видоизменяют по сигналам обратных связей управляющие алгоритмы в процессе поиска оптимальных решений;

устанавливает новые, отличающиеся от известных схем аналитического конструирования способы качественного и количественного описания, исследования и синтеза алгоритмов оптимизации ГНДСУ;

предлагает конструктивные методы детализации выявленных закономерностей общего характера применительно к целому ряду прикладных задач, представляющих самостоятельный интерес.

Научная новизна работы определяется следующими основными научными результатами, полученными в указанном направлении:

• созданы основы теории и техники применения продукционного метода синтеза алгоритмов функционирования регуляторов цифровых систем управления в форме совокупности правил вида «условие-действие», не требующего аналитического описания законов регулирования и отличающегося от известных автоматическим формированием правил в процессе поиска оптимальных решений и совместным моделированием процессов управления, вычислений и сетевых связей, чем обеспечивается решение важной проблемы унификации моделей ГНДСУ, гибкости моделирования за счет выбора степени детализации и совместного исследования комплексной задачи оптимального построения системы управления, вычислительных процедур и информационных каналов;

• разработана имитационная модель гибридной системы цифрового управления непрерывным объектом, отличающаяся от известных продукционным алгоритмом функционирования регулятора, представленным в явной форме

автоматически формируемых специализированных вычислительных операций, за счет чего обеспечивается учет принципиальных особенностей, обусловленных цифровым характером устройств управления и сетевым способом обмена информацией между ними;

• на этой базе предложены не имеющие известных аналогов методы решения нового класса актуальных задач структурного и параметрического синтеза систем управления, отличающиеся существенным расширением ресурсов алгоритма управления путем формирования структуры и содержания продукционных правил функционирования регулятора в процессе поиска оптимальных решений;

• разработана не имеющая аналогов численно-аналитическая процедура синтеза алгоритма работы регулятора, основанная на совместном использовании методов конечномерной оптимизации для определения структуры продукционных правил и аналитических условий оптимальности процесса управления с полной обратной связью для определения содержания системы продукций;

• разработан эволюционный метод прямого синтеза совокупности правил вида «условие-действие» работы регуляторов непрерывно-дискретных систем, который, в отличие от известных, гарантирует реализуемость синтезированных законов управления на заданной цифровой платформе;

• разработан метод синтеза совокупности правил работы регуляторов вида «условие-действие», обеспечивающий, в отличие от известных, максимальную по заданному критерию эффективности степень удовлетворения нечетко сформулированным целям и ограничениям;

• предложен метод анализа работы ГНДСУ, позволяющий обеспечить в задачах анализа учет ресурсных ограничений, характерных для цифровых и сетевых систем управления, производить верификацию и валидацию алгоритма и программы работы цифрового регулятора.

Достоверность утверждений, представленных в диссертационной работе, подтверждена корректным применением современного аппарата математического

анализа и теории управления. Справедливость выводов относительно адекватности используемых математических моделей, достоверности, работоспособности и эффективности предложенных алгоритмов управления подтверждена результатами математического моделирования и промышленными экспериментами. Диссертация содержит примеры, подтверждающие представленные теоретические результаты, а также численное решение ряда задач, полностью отвечающее физическим представлениям об исследуемых процессах.

Практическая ценность работы состоит в том, что ее теоретические результаты могут служить основой для разработки численных методов и программно-алгоритмического обеспечения для решения прикладных задач синтеза гибридных систем автоматического управления ответственными техническими объектами.

Предложенные в диссертации инженерные методики и способы организации вычислительных процедур распространяют предлагаемый метод решения задач оптимизации ГНДСУ на ряд актуальных задач оптимального управления процессами технологической теплофизики и робототехники, представляющих самостоятельный интерес. Разработанное специальное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение, на базе которого созданы пакеты прикладных программ для подсистемы автоматизированного расчета оптимальных алгоритмов управления, может быть непосредственно использовано для решения конкретных задач оптимизации технологических объектов.

Применение разработанных методов и алгоритмов оптимального управления к решению практических задач обеспечивает существенные технико-экономические преимущества перед типовыми технологиями и известными методами оптимизации ГНДСУ по всем основным качественным показателям оптимизируемых процессов. При этом по сравнению с существующими типовыми алгоритмами управления достигается выигрыш по времени, и, как следствие, увеличение производительности труда до 15-25%; повышение в 1.5-2 раза

точности достижения требуемых кондиций конечной продукции; снижение брака и материальных потерь на 5-15%.

Основные положения, выносимые на защиту:

• продукционный метод формирования алгоритмов функционирования цифровых регуляторов гибридных непрерывно-дискретных систем управления;

• имитационная модель гибридной непрерывно-дискретной системы управления с продукционным алгоритмом функционирования цифрового регулятора;

• методы решения задач структурно-параметрического синтеза ГНДСУ с определением структуры и содержания продукционных правил функционирования цифрового регулятора в процессе поиска оптимальных решений;

• методы, вычислительные алгоритмы и программные средства анализа влияния на качество работы ГНДСУ возмущающих факторов и эффектов квантования сигналов по времени и по уровню;

• эволюционный метод решения задач оптимального синтеза системы продукций регулятора ГНДСУ и вычислительные алгоритмы его реализации для широкого класса объектов в постановке, адекватной реальным требованиям промышленных технологий;

• метод оптимального синтеза продукционной формы описания регулятора, базирующийся на совместном использовании аналитических условий оптимальности и процедуры конечномерной оптимизации;

• метод оптимального синтеза системы продукций регулятора ГНДСУ для задач управления с нечеткими целями и ограничениями;

• результаты анализа и реализации алгоритмов управления.

Методы исследования. В диссертационной работе использовались методы, основанные на системном подходе к решаемой проблеме, в том числе методы теории автоматического управления, математического анализа, математического моделирования, теории оптимального управления, нечеткой логики и эволюционных вычислений.

Реализация и внедрение результатов работы.

Теоретические и прикладные результаты диссертационной работы использованы:

при разработке и внедрении системы пространственно-временного управления процессом индукционного нагрева под пайку;

при разработке и внедрении системы автоматического контроля систем пассивной безопасности в автомобилях;

при разработке и внедрении системы автоматического управления технологическим процессом производства кабелей связи;

при выполнении работы «Теория, вычислительные алгоритмы и технические приложения точных методов решения краевых задач оптимального управления системами с распределенными параметрами в условиях чебышевских оценок целевых множеств» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы», проект № 2.1.2/4236, 2009-2010 г.г.;

при выполнении работы «Создание энергосберегающих систем потребления электроэнергии мощными промышленными установками для индукционного нагрева металлов перед обработкой давлением» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», госконтракт № П321,2009-2011 г.г.;

в фундаментальных НИР, выполняемых в СамГТУ по заказу Минобрнауки: «Теория и приложения точных методов синтеза алгоритмов оптимизации объектов с распределенными параметрами, гарантирующих заданные показатели качества», 2009-2010 г.г., «Теория и приложения аналитических методов синтеза агрегированных систем управления техническими объектами с распределенными параметрами», 2011 г., «Теория построения и методы реализации стратегии программного и позиционного управления техническими объектами с распределенными параметрами», 2012-2014 г.г.;

при выполнении НИР по грантам РФФИ 08-08-00383-а «Разработка основ теории и методов реализации систем оптимального управления объектами с

распределенными параметрами в многооперационных технологических процессах производства электрических кабелей связи», 08-08-01040-а «Разработка теоретических основ и вычислительных методов поиска стратегии аритмического (непериодического) управления в компьютерных системах управления», 11-08-01171-а «Разработка основ теории и методов реализации энергосберегающих систем оптимального управления технологическими процессами изолирования проводных кабелей связи» и 13-08-00676-а «Разработка теоретических основ и вычислительных методов императивного способа представления регуляторов в задачах анализа и синтеза цифровых систем управления».

Теоретические положения, модели и методы анализа и синтеза продукционной формы задания регуляторов и устройств управления на их основе используются в учебно-научной деятельности ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам учебного плана подготовки бакалавров по направлениям 220100 «Системный анализ и управление» и 220400 «Управление в технических системах» и подготовки магистров техники и технологии по направлению 220400 «Управление в технических системах», при выполнении курсовых и дипломных проектов, при подготовке аспирантов.

Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на многих научно-технических семинарах и конференциях, в том числе V Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация новейших электротехнологических процессов в машиностроении на основе применения полупроводниковых преобразователей частоты с целью экономии материальных, трудовых и энергетических ресурсов», г. Уфа (1984); Всесоюзной научно-технической конференции «Применение преобразовательной техники в электроэнергетике, электроприводах и электротехнологических установках», г. Тольятти (1984); VII Всесоюзном научно-техническом совещании по электротермии и электротермическому оборудованию, г. Чебоксары (1985); VII,

VIII и XII межвузовских научных конференциях «Математическое моделирование и краевые задачи», г. Самара (1997, 1998, 2002); II, III и IV Всероссийских научных конференциях «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB», г. Москва (2004), г. Санкт-Петербург (2007), г. Астрахань (2009); VII и IX Международных симпозиумах "Интеллектуальные системы", г. Саратов (2004, 2006); V Международной научно-технической конференции «Физика и техника приложений волновых процессов», г. Самара (2006); X и XI Международных конференцях «Проблемы управления и моделирования в сложных системах», г. Самара (2008, 2009); Международной конференции ММТТ-21, г. Саратов (2008); Международной научной конференции «Проблемы управления, обработки и передачи информации (АТМ-ТКИ-50)», г. Саратов (2009); Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2010)» г. Самара, (2010); II Международной научно-практической конференции «Робототехника как образовательная технология», г. Железногорск (2010); X Международной Четаевской конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление», г. Казань (2012). Полностью работа была представлена на пленарном заседании V Международной конференции «Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB», г. Харьков, Украина (2011).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы полностью отражено в 47 научных и научно-технической работах автора, в том числе в 2 монографиях, 20 статьях в научных изданиях, рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки РФ, 13 авторских свидетельствах, 1 патенте, 11 работах в прочих журналах, сборниках научных трудов, материалах Всероссийских и Международных конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы. Работа содержит 156 рисунков, 3 таблицы. Список использованной литературы включает 97 наименований. Объем работы составляет 246 страниц.

ГЛАВА 1. ПРОДУКЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РЕГУЛЯТОРА В ЗАДАЧЕ ОПИСАНИЯ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Принципы организации и функционирования систем управления

Кибернетика - это комплексное научное и техническое направление, получившее известность после появления книги Н. Винера «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» [1]. Оно было подготовлено предшествующим развитием не только науки и техники, но и всей общественной жизни. Как отмечается в [2], «кибернетика — это ответ человеческого познания на потребность общества в решении точными средствами проблем управления».

С самого начала в кибернетике подчеркивалась связь и единство процессов управления в различных сферах. Как справедливо подчеркивается в [3], несмотря на различие условий, в которых работают разные системы управления, у них есть общее: принципы, организация, структура. Так, общим признаком всех замкнутых систем регулирования является принцип обратной связи. Управляющие воздействия на объект управления есть функции и следствия его отклонения от предписанного режима работы. Поэтому система управления с необходимостью включает в свой состав датчики, обеспечивающие систему информацией о ходе протекания управляемого процесса, регулятор, который вычисляет реакцию системы управления на отклонения режима работы от заданного и исполнительные устройства, эту реакцию обеспечивающие.

Обращая внимание на общие принципы организации, структуры систем управления, необходимо выявить и поведенческое единство этих технических устройств. Хотя до сих пор более значимыми казались различия. Это объясняется не в последнюю очередь разнообразием объектов, которыми приходится

управлять. Среди них и промышленные установки металлургического, химического, машиностроительного производств, и транспортные средства, и компьютерные сети. Природа процессов, протекающих в объекте управления, может быть самой различной (это и механические, и тепловые, и электрические процессы). Разнообразие объектов порождает большое число способов описания их поведения. Для непрерывных линейных систем это - дифференциальные уравнения, переходные функции, интегральные преобразования, спектральные преобразования. Для дискретных линейных систем это - представление в виде разностных уравнений, г-преобразований, модифицированных г-преобразований. Для нелинейных систем - вариант описания с помощью нелинейных дифференциальных уравнений, причем нелинейность может быть задана как аналитически, так и графически. Этот подход, когда каждый класс объектов управления описывается по-разному (что совершенно оправдано в этом случае), переносится и на регуляторы. И тогда разнообразие методов описания регуляторов порождает огромное число различных методов их анализа и синтеза. По меткому замечанию нашего современника, «теория управления находится сейчас на вербальном, описательном уровне, напоминающем уровень древнегреческой математики или алхимии. Как и в них, тут имеется много ценнейшего материала и разнообразных методов и серьезных достижений, но отсутствует общая система. Этот раздел автоматики еще ждет своих арабов» [4].

Очевидно, что между управляющей и управляемой частью имеется ряд существенных различий. Так, объект управления, как правило, изначально задан, и изменить его, скорее всего, не удастся. Иначе обстоит дело с регулятором. Его мы проектируем в соответствие с целями и задачами, стоящими перед системой управления. Но в отличие от множества видов реализации объектов управления, видов исполнения регуляторов не много. Иногда (для быстропротекающих процессов) - это будет аналоговое вычислительное устройство, в особых взрывоопасных производствах — пневматическое. С вероятностью же 99% это будет микропроцессорное вычислительное устройство со свойственной такому

устройству спецификой1. Однако, несмотря на различия между управляющей и управляемой частью, способы представления объектов управления переносятся на задачу описания регуляторов. Это приводит к ситуации, когда системы со сходным поведением описываются различно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рогачев, Геннадий Николаевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Винер, Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине/Н. Винер-М.: Наука, 1983.-344 с.

2. Берг, А.И. Кибернетика путь решения проблем управления/А.И. Берг, Б.В. Бирюков//В кн.: Кибернетика — неограниченные возможности и возможные ограничения. Современное состояние. — М.: Наука, 1980.—С. 28-49.

3. Моисеев, Н.Н. Люди и кибернетика/Н.Н. Моисеев.— М.: Молодая гвардия, 1984. — 224 с.

4. Новиков, Г.В. Алгебра автоматического управления. Часть 1. Формализация описания систем автоматического управления и регулирования в статике [Электронный ресурс]/ Г.В. Новиков// Электронный научный журнал «Исследовано в России».-2006.-Режим доступа: http://zhurnal.ape.relarn.rU/articles/2006/l 83.pdf.

5. Васильев, С.Н. От классических задач регулирования к интеллектному управлению. Ч. 1/ С.Н. Васильев // Известия Академии Наук. Теория и системы управления-2001.-№ 1.-С. 5-22.

6. Caspi, P. From Control Loops to Real-Time Programs/P. Caspi, O. Maler// Handbook of Networked and Embedded Control Systems. - Basel: Birkhauser, 2008. - P. 395-418.

7. Polderman, J. W. Introduction to Mathematical Systems Theory: A Behavioral Approach. Texts in Applied Mathematics, Vol. 26 / J. W. Polderman, C.Willems. - New York: Springer-Verlag, 1998. -424 p.

8. Brooks, R. A. A Robust Layered Control System for a Mobile Robot/R. A. Brooks// IEEE Journal of Robotics and Automation. - Vol. 2, No. 1. - 1986. - P. 14-23.

9. Pozna, C. Human Behavior Model Based Control Program for ACC Mobile Robot/ C. Pozna, F. Troester//Acta Polytechnica Hungarica. - 2006. - Vol. 3, No. 3. - P. 59-70.

10. Osipov, G.S. Dynamics in Integrated Knowledge-based Systems/G.S. Osipov// Proc. of the 1998 IEEE International Symposium on Intelligent Control. - 1998. - P. 199-2003.

11. Интеллектное управление динамическими системами/ С.Н. Васильев [и др.]-М.: Физико-математическая литература. - 2000. - 352 с.

12. Величковский, Б.М. Когнитивная наука: Основы психологии познания. В 2-х т. Т. 1/ Б.М. Величковский. — М.: Смысл: Издательский центр Академия. - 2006. — 448 с.

13. Воройский, Ф.С. Информатика. Новый систематизированный толковый словарь/ Ф.С. Воройский. - М.: Физматлит, 2003. - 760 с.

14. Денисенко В. ПИД-регуляторы: вопросы реализации //Современные технологии автоматизации. - 2007. - № 4. - С. 86-97.

15. Понтрягин, JI.C. Математическая теория оптимальных процессов / JI.C. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе. - М.: Наука, 1969. - 384 с.

16. А.с. 1791965 СССР Индукционная нагревательная установка периодического действия/Г.Н. Рогачев - № 4909970, заявл. 12.02.1991; опубл. 30.01.1993; Бюл. № 4.

17. Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012 годы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http ://www.ras.ru/scientificactivity/2008-2012plan.aspx.

18. Murray, R.M. Future Directions in Control in an Information-Rich World / R.M. Murray [et al.] // IEEE Control Systems Magazine. - 2003. - Vol. 23, No. 2. - P. 20-33.

19. Нариньяни, А. С. Модель или алгоритм: новая парадигма информационной технологии/А. С. Нариньяни// Информационные технологии. - 1997. - № 4. - С. 1116.

20. Морозов, В.К. Моделирование информационных и динамических систем/ В.К. Морозов, Г.Н. Рогачев.- М.: Издательский центр «Академия», 2011.- 384 с.

21. Henzingerz, Т. A. The Theory of Hybrid Automata/T. A. Henzingerz// Proceedings of the 11th Annual IEEE Symposium on Logic in Computer Science. -1996. - P. 278-292.

22. Arzen, K.-E. A Simple Event-based РЮ Controller / K.-E. Arzen // 14th World Congress of IFAC. -1999. - Vol. 18. -P. 423-428.

23. Dubins, L. E. On Curves of Minimal Length with a Constraint on Average Curvature and with Prescribed Initial and Terminal Positions and Tangents/L. E. Dubins// American Journal of Mathematics. - 1957. - Vol. 79. - P. 497-516.

24. Reeds, J. A. Optimal Paths for a Car that Goes both Forwards and Backwards/ J. A. Reeds, L. A. Shepp // Pacific Journal of Mathematics. - 1990. - Vol. 145, No. 2. - P. 367-393.

25. Зюбин, В. E. Гиперавтомат - математическая модель сложных алгоритмов управления /В. Е. Зюбин// XI Международная научная конференция «Современные проблемы информатизации в моделировании и программировании». - Воронеж: Научная книга. - 2006. - С. 287-289.

26. Harel, D. Statecharts: A Visual Formalism for Complex Systems/D. Harel// Science of Computer Programming. - 1987. - No. 8. - P. 231-274.

27. Stateflow® 7 User's Guide [Электронный ресурс]. - The Math Works, Inc. - 2011. - 1509 p. - Режим доступа:

http://www.mathworks.com/help/pdf_doc/stateflow/sf_ug.pdf

28. Поляков, К. Ю. Синтез оптимальных цифровых регуляторов для управления двойным интегратором / К. Ю. Поляков, В. О. Рыбинский // Материалы V конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». - СПб.:ГНЦ «Электроприбор» . - 2004. - С. 123-128

29. Meng, С. Remote Surgery Case: Robot-assisted Teleneurosurgery/ С. Meng// IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA'04 - 2004. - vol. 1- P. 819-823

30. Seiler, P. An Hoo Approach to Networked Control/ P. Seiler, R. Sengupta. // Transactions on Automatic Control. -2005. - vol. 50(3) . -P. 356-364

31. Hespanha, J. A Survey of Recent Results in Networked Control Systems/ J. Hespanha, P. Naghshtabrizi, Y. Xu. //Proc. of IEEE Special Issue on Technology of Networked Control Systems. -2007. - Vol. 95(1). - P. 138—162.

32. Hespanha, J. P. Towards the Control of Linear Systems with Minimum Bit-rate/ J. P. Hespanha, A. Ortega, L. Vasudevan. //Int. Symp. on the Mathematical Theory of Networks and Systems. -2002. -P. 1-15.

33. Elia, N. Stabilization of Linear Systems with Limited Information/ N. Elia, S. K. Mitter. //IEEE Transactions on Automatic Control. - 2001 . - Vol. 46(9) . - P. 13841400.

34. Tatikonda, S. Control Under Communication Constraints/ S. Tatikonda, S. Mitter/ЛЕЕЕ Transactions on Automatic Control. - 2004 . - Vol. 49(7) . - P. 1056-1068.

35. Wong, W. S. Systems with Finite Communication Bandwidth Constraints-II: Stabilization with Limited Information Feedback/ W. S. Wong, R. W. Brockett. /ЛЕЕЕ Transactions on Automatic Control. - 1999 . - Vol. 44(5). - P. 1049-1053.

36. Montestruque, L. A. State and Output Feedback Control in Model-based Networked Control Systems/ L. A. Montestruque, P. J. Antsaklis. // Proceedings of the 41st IEEE Conference on Decision and Control. - 2002 . - Vol. 4. - P. 1620-1625.

37. Yook, J. K. Trading Computation For Bandwidth: State Estimators For Reduced Communication In Distributed Control Systems Using State Estimators/ J. K. Yook, D. M. Tilbury, N. R. Soparkar// IEEE Transactions on Control Systems Technology. -2002. -Vol. 10(4)-P. 503-518.

38. Xu, Y. Communication Logics for Networked Control Systems/ Y. Xu, J. P. Hespanha//Proceedings of the 2004 American Control Conference. - 2004 . - Vol. 1.- P. 572-577.

39. Georgiev, D. Packet-based Control/ D. Georgiev, D. M. Tilbuiy. // Proceedings of the 2004 American Control Conference. - 2004. - Vol. 1.- P. 329-336.

40. Карпов, Ю. Г. Качественный анализ гибридных систем/ Ю. Г. Карпов, Е. Ю. Парийская// Труды СПбПГУ. Вычислительные, измерительные и управляющие системы. - СПб, 1994. -№ 449. - С. 16-20.

41. Zhang, W. Stability of Networked Control Systems/ W. Zhang, M.S. Branicky, S.M. Phillips // IEEE Control Systems Magazine. - 2001. - Vol. 21, No. 1. - P. 84-99.

42. Колесов, Ю.Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы/ Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков. - СПб : БХВ-Петебург, 2006. - 224 с.

43. Branicky, M. S. Networked Control System Co-Simulation for Co-Design/ M.S. Branicky, V.Liberatore, S.M. Phillips // Proceedings of the 2003 American Control Conference. - 2003 . - Vol. 4 - P. 3341-3346.

44. Zade, L. A. The Concept of a Linguistic Variable and its Application to Approximate Reasoning. Part 1/L. A. Zade//Information Sciences.-1965.-No. 8-P. 199-249.

45. Леоненков, A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH/ А.В. Леоненков- СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.

46. Пантелеев, А. В. Теория управления в примерах и задачах/ А. В. Пантелеев, А. С. Бортаковский.-М.: Высшая школа, 2003. - 583 с.

47. Garg, D. Pseudospectral Methods for Solving Infinite-Horizon Optimal Control Problems/ D.Garg, W.W. Hager, A.V. Rao// Automatica. - 2011. - Vol. 47, No. 4. - P. 829-837.

48. Algorithm 902: GPOPS, A MATLAB Software for Solving Multiple-Phase Optimal Control Problems Using the Gauss Pseudospectral Method / A. V. Rao [et al.] // ACM Transactions on Mathematical Software. - 2010. - Vol. 37, No. 2. - P. 1-39.

49. Емельянов, В. В. Теория и практика эволюционного моделирования/ В. В. Емельянов, В. В.Курейчик, В. М. Курейчик.— М.: Физматлит, 2003. —432 с.

50. Рогачев Г.Н. Эволюционный алгоритм настройки обобщенного ПИД-регулятора/ Г.Н. Рогачев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2005.- № 39.- С. 17-21.

51. Goldberg, D. Е. Genetic Algorithms in Search, Optimzation & Machine Learning/ D. E. Goldberg. - Addison-Wesley, 1989. - 432 p.

52. Рогачев Г.Н. Генетические алгоритмы в задачах параметрического синтеза оптимальных систем управления/ Г.Н. Рогачев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2005.- № 33.- С. 67-72.

53. Рогачев, Г.Н. Использование генетического алгоритма с отсечением по времени в задаче синтеза программного регулятора для машины Дубинса/ Г.Н. Рогачев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2011.- № 3 (31).- С. 27-33.

54. Koza, J.R. Genetic Programming: On the Programming of Computers by Means of Natural Selection/ J.R Koza.- MIT Press, 1992.- 819 p.

55. Рогачев, Г.Н. Генетическое программирование в задачах поиска системотехнических решений/ Г.Н. Рогачев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2006.- № 40.- С. 37-42.

56. Данилов, В. Р. Методы генетического программирования для генерации автоматов, представленных деревьями решений/ В.Р. Данилов, А.А. Шалыто //Сборник докладов XI Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям (SCM^OOS). - СПб.: СПбГЭТУ, 2008. - С. 248-251.

57. Silva, S. GPLAB - A Genetic Programming Toolbox for MATLAB/ S. Silva, J. Almeida // Proceedings of the Nordic MATLAB Conference (NMC-2003) . - 2003. - P. 273-278.

58. Егоров, B.A. Особенности построения операторов мутации и кроссовера в векторном варианте генетического программирования/ В.А. Егоров, Г.Н. Рогачев // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. - 2011.- № 1 (29).- С. 19-27.

59. Егоров, В.А. Методика и программное средство синтеза гибридно-автоматных систем управления техническими объектами/ В.А. Егоров, Г.Н. Рогачев // Проектирование инженерных и научных приложений в среде MATLAB. Труды IV Всероссийской научной конференции.- Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2009.- С. 457-463.

60. Bellman, R.E. Decision-making in Fuzzy Environment/ R.E. Bellman, L.A. Zadeh // Management Science. - 1970. - Vol. 17, No. 4.- P. 141- 160.

61. Беллман, P. Принятие решений в расплывчатых условиях/ Р. Беллман, JI. Заде // Вопросы анализа и процедуры принятия решений.- М.: Мир, 1976. - С. 172-215.

62. Yager R.R., Zadeh L.A. An Introduction to Fuzzy Logic Applications in Intelligent Systems/ R.R. Yager, L.A. Zadeh.- Boston: Kluwer Academic Publishers, 1992.-356 p.

63. Carlsson, C. Optimization Under Fuzzy Rule Constraints/ C. Carlsson, R. Fuller, S. Giove//The Belgian Journal of Operations Research, Statistics and Computer Science. -1998.-Vol. 38.-P. 17-24.

64. Jensen, M. Т. A New Look at Solving Minimax Problems with (Revolutionary Genetic Algorithms/ M. T. Jensen// Metaheuristics: Computer Decision-Making. Applied Optimization. - 2004 - Vol. 86. -P. 369-384.

65. Tarski, A. Undecidable Theories: Studies in Logic and the Foundation of Mathematics/ A. Tarski. - North-Holland Pub. Co, 1953. - 98 p.

66. Godel, K. On Formally Undecidable Propositions of the Principia Mathematica and Related Systems/ K.Godel // The Undecidable: Basic Papers On Undecidable Propositions, Unsolvable Problems And Computable Functions. — New York: Raven Press, 1965. —C. 6-8.

67. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров/ Г.Корн, Т. М.Корн. — М.: Наука, 1974 — 832 с.

68. Cervin, A. Jitterbug 1.21. Reference Manual [Электронный ресурс]/А. Cervin, В. Lincoln.—Режим доступа: http://www.control.lth.se/~lincoln/jitterbug/manual.pdf

69. Astrom, К. J. Comparison of Riemann and Lebesgue sampling for first order stochastic systems/ K.J. Astrom, B.M. Bernhardsson // Proceedings of 41st IEEE Conference on Decision and Control. -2002. - P. 2011-2016.

70. Острем, К. Системы управления с ЭВМ / К. Острем, Б. Виттенмарк. - М.: Мир, 1987.-480 с.

71. Global Optimization Toolbox User's Guide [Электронный ресурс]. - The MathWorks, Inc. - 2013. - 597 p. - Режим доступа: http ://www.mathworks.com/help/releases/R2013b/pdf_doc/gads/gads_tb.pdf

72. Патент 2475796 РФ Способ автоматического пропорционального регулирования с адаптивным шагом квантования и устройство для его реализации/ Т.Н. Рогачев, Д.Н. Тимченко.- № 2011111964; заявл. 29.03.2011; опубл. 10.10.2012, Бюл. № 5.

73. Глосев, В.И. Системы управления с цифровыми регуляторами/ В.И. Глосев. -Киев: Тэхника, 1990. - 280 с.

74.' Поляков, К.Ю. Основы теории цифровых систем управления/ К.Ю. Поляков.— СПб.: СПбГМТУ, 2006. - 161 с.

75. Fuzzy Logic Toolbox™ User's Guide [Электронный ресурс]. - The MathWorks, Inc. — 2013. — 333 p. — Режим доступа: http://www.mathworks.com/help/releases/R2013b/pdf_doc/fuzzy/fuzzy.pdf.

76. Лыков, A.B. Теория теплопроводности/ A.B. Лыков.— М.: Высшая школа, 1967. —600 с.

77. Бутковский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1965.474 с.

78. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1975.

79. Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю.Н. Оптимальное управление нагревом металла. М.: Металлургия, 1972.439 с.

80. Бутковский А.Г. , Малый С.А., Андреев Ю.Н. Управление нагревом металла. М.: Металлургия, 1981.

81. Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю.Н. Оптимальное управление нагревом металла. М.: Металлургия, 1972.

82. Бутковский А.Г., Пустыльников Л.М. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. М.: Наука, 1980.

83. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. -М.: Наука, 1977. 320с.

84. Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1977.

85. Чубаров Е.П. Управление системами с подвижными источниками воздействия. М.: Энергоатомиздат, 1985.

86. Плешивцева Ю.Э., Каргов А.И. Алгоритмы оптимального по быстродействию пространственно-временного управления процессами нагрева тела цилиндрической формы. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: СамГТУ, 1998. Вып. 5. С. 191-194

87. Рапопорт, Э. Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами / Э.Я. Рапопорт. - М.: Высш. шк., 2003. - 299 с.

88. Рапопорт, Э. Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла / Э. Я. Рапопорт. - М.: Металлургия, 1993. - 278 с.

89. А.с. 1791965 СССР Индукционная нагревательная установка периодического действия/ Г.Н. Рогачев.- № 4909970; заявл. 12.02.1991; опубл. 30.01.1993, Бюл. № 4.

90. Рогачев, Г.Н. Совместная оптимизация конструктивных и режимных характеристик индукционно-тиристорного комплекса/ Г.Н. Рогачев // Управление и оптимизация процессов технологического нагрева.- Куйбышев: Изд-во Куйбышев, авиац. ин-та, 1986.- С. 144-149.

91. Рогачев, Г.Н. Синтез пространственного управления в задаче стабилизации температурного поля при индукционном нагреве/ Г.Н. Рогачев, Д. Н. Тимченко// Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2012.- № 3 (35).- С. 26-31.

92. Рогачев, Г.Н. Прогнозирование верхней границы критерия качества в задаче оптимального по быстродействию управления процессом индукционного нагрева/ Г.Н. Рогачев// Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки.- 2008.- № 1 (21).- С. 38-42.

93. Черноусько, Ф.Л. Оценивание фазового состояния динамических систем. Метод эллипсоидов/ Ф.Л. Черноусько. - М.: Наука, 1988. - 320 с.

94. Kurzhanski, А.В.. On ellipsoidal techniques for reachability analysis/ A.B. Kurzhanski, P. Varaiya// Optimization Methods and Software.- 2000. - Vol. 17.- P. 177237.

95. Girard, A. Computation of reachable sets of linear time-invariant systems with inputs/ A. Girard, C. Le Guernic, O. Maler// Hybrid Systems: Computation and Control.-Springer-Verlag, 2006. - Vol.3927 of Lecture Notes in Computer Science.- P. 257-271.

96. Szarski, J. Differential inequalities. Monografie Matematyczne, Tom 43/ J. Szarski.-Warszawa: PWN, 1965. - 256 p.

97. Рапопорт, Э. Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации/ Э. Я. Рапопорт. - М.: Наука. 2000. - 336 с.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

Рисунок 1.1 - Система управления индукционной пайкой тонкостенных оболочек

Рисунок 1.2 — Варианты управления при кусочно-постоянной аппроксимации

линий переключения распределенного управляющего воздействия

Рисунок 1.3 - Классификация систем управления по характеру переменных,

используемых в антецедентах и консеквентах продукционной формы описания

регуляторов

Рисунок 2.1 - Представление гибридного автомата в виде графа

Рисунок 2.2 - Траектория дискретного состояния гибридного автомата

Рисунок 2.3 - Траектория непрерывного состояния гибридного автомата

Рисунок 2.4 - Граф гибридного автомата «термостат»

Рисунок 2.5 - Траектория гибридного автомата «термостат»

Рисунок 2.6 - Альтернативный вариант графа гибридного автомата «термостат»

при релейном аналоговом законе управления

Рисунок 2.7 - Траектория альтернативного варианта гибридного автомата «термостат» при релейном аналоговом законе управления Рисунок 2.8 - Граф автомата «термостат» при цифровом П-законе управления Рисунок 2.9 - Траектория гибридного автомата «термостат» при цифровом П-законе управления

Рисунок 2.10 - Альтернативный вариант графа гибридного автомата «термостат» при цифровом ПИ-законе управления

Рисунок 2.11 - Траектория гибридного автомата «термостат» при цифровом ПИ-законе управления

Рисунок 2.12 — Альтернативный вариант графа гибридного автомата «термостат» при цифровом релейном законе управления

Рисунок 2.13 - Траектория гибридного автомата «термостат» при цифровом релейном законе управления и шаге квантования регулятора Л =0.02 с

Рисунок 2.14 — Траектория гибридного автомата «термостат» при цифровом

релейном законе управления и шаге квантования регулятора h= 0.2 с

Рисунок 2.15 — График изменения температуры термостата при цифровом

релейном законе управления и шаге квантования регулятора h =0.2 с

Рисунок 2.16 - Граф гибридного автомата системы оптимального программного

управления машиной Дубинса

Рисунок 2.17 - Траектория гибридного автомата системы программного управления машиной Дубинса при Ти=0; 7Ь=5.5642 с; 7^=1.9703 с; TR2= TSi= -1 Рисунок 2.18 - Траектория гибридного автомата системы программного управления машиной Дубинса при 7¿/=0.4363 с; TR1=0; 7^2=5.4105 с, TL2=TSi=-l Рисунок 2.19 - Траектория машины Дубинса при перемещении из точки [0;0;pi/2] в точку [0;0;0]

Рисунок 2.20 — Альтернативный вариант графа гибридного автомата системы оптимального программного управления машиной Дубинса

Рисунок 2.21 - Граф гибридного автомата системы оптимального программного управления машиной Ридса-Шеппа

Рисунок 2.22 — Траектория машины Ридса-Шеппа при перемещении из точки [0;0;0] в точку [1; -2.5;0]

Рисунок 2.23 - Траектория гибридного автомата системы программного управления машиной Ридса-Шеппа

Рисунок 2.24 — Гибридно-автоматная модель САУ индукционной пайкой

Рисунок 2.25 - Представление в виде гибридного автомата системы

автоматического управления с продукционной моделью регулятора

Рисунок 2.26 - Некоторые графические элементы языка Stateflow

Рисунок 2.27 - Пример использования коннекторов

для создания конструкции «если - то - иначе»

Рисунок 2.28 - Структура цифровой системы управления

Рисунок 2.29 - Структура сетевой цифровой системы управления

Рисунок 2.30 - Структура сетевой цифровой системы управления несколькими ОУ

Рисунок 2.31 - Структура сетевой цифровой системы управления несколькими ОУ посредством нескольких УУ

Рисунок 2.32 - Представление в виде блок-схемы цифровой системы управления с учетом неоднородности структуры и нестабильности периода квантования Рисунок 2.33 - Представление в виде гибридного автомата цифровой системы управления с учетом неоднородности структуры и нестабильности периода квантования

Рисунок 2.34 - Граф гибридного автомата ЦСАУ с ПД-регулятором при нестабильном шаге квантования

Рисунок 2.35 - САУ объектом с передаточной функцией Woy (5) = 1 l(s2 - 4)

Рисунок 2.36 - Блок Chart - Stateflow-модель ПД-регулятора с нестабильным шагом квантования

Рисунок 2.37 - ПД-регулятор со стабильным шагом квантования

Рисунок 2.38 - ПД-регулятор с нестабильным шагом квантования

Рисунок 2.39 - Гибридно-автоматная модель нечеткого регулятора, реализованная

в программе Stateflow

Рисунок 2.40 - Функция инициализации ini

Рисунок 2.41 - Задание функций принадлежности входной переменной е

Рисунок 2.42 - Задание функций принадлежности входной переменной de/dt

Рисунок 2.43 - Задание функций принадлежности выходной переменной и

Рисунок 2.44 - Графики функций принадлежности переменных

Рисунок 2.45 - Функция фаззификации-дефаззификации. Фаззификация и

агрегирование

Рисунок 2.46 - Функция фаззификации-дефаззификации. Активизация

Рисунок 2.47 - Функция фаззификации-дефаззификации. Аккумуляция и

дефаззификация

Рисунок 2.48 - Результат этапов фаззификации, агрегирования и активизации при inpl=-0.3 и inp2=-0.5

Рисунок 2.49 - Результат этапа аккумуляции при inpl=-0.3 и inp2=-0.5

Рисунок 2.50 - Результат этапов фаззификации, агрегирования и активизации при

тр 1=0.3 и тр2=-0.5

Рисунок 2.51 - Результат этапа аккумуляции при тр 1=0.3 и тр2=-0.5

Рисунок 2.52 - График нелинейной характеристики и=/(е,с1е/с11) нечеткого

регулятора

Рисунок 3.1 - Блок-схема системы управления с продукционной моделью регулятора

Рисунок 3.2 - Блок-схема традиционного варианта синтеза регуляторов Рисунок 3.3 - Блок-схема продукционного варианта синтеза регуляторов Рисунок 3.4 - Структурная схема системы управления

Рисунок 3.5 - Численно-аналитический алгоритм оптимального синтеза

продукционой модели регулятора

Рисунок 3.6 - Блок-схема эволюционного алгоритма

Рисунок 3.7 - Дерево программы ^1(^2(71,7^3(72,ГЗ»,.Р4СР5(Г4)))

Рисунок 3.8 - Взаимосвязь между нечеткими целью, ограничением и решением

Рисунок 3.9 - Диаграмма Венна, п = 3, предположение 1 выполняется

Рисунок 3.10 - Диаграмма Венна антецедентов расширенной до п = 4 системы

продукций

Рисунок 3.11 - Диаграмма Венна антецедентов, предположение 1 не выполняется Рисунок 4.1 - 81тиНпк модель САУ с продукционной моделью ПД-регулятора Рисунок 4.2 - 81а1еАош модель ПД-регулятора с нестабильным шагом квантования Рисунок 4.3 - Качество работы САУ с ПД-регулятором при нестабильном шаге квантования

Рисунок 4.4 - Переходные процессы в САУ с ПД-регулятором при нестабильном шаге квантования

Рисунок 4.5 - Качество работы ПД-регулятора с нестабильным шагом квантования (критерий - ИКО)

Рисунок 4.6 - Качество работы ПД-регулятора с нестабильным шагом квантования (критерий - время регулирования ^он)

Рисунок 4.7 - Временные диаграммы работы регулятора (а-худший вариант, б-лучший вариант)

Рисунок 4.8 - 81а1ейо\у модель ПД-регулятора, случай потери части информации Рисунок 4.9 - Переходные процессы в САУ с ПД-регулятором, случай потери части информации

Рисунок 4.10 - Качество работы САУ с ПД-регулятором, случай потери части информации

Рисунок 4.11 - Качество работы ПД-регулятора, случай потери части информации (критерий — ИКО)

Рисунок 4.12 - Качество работы ПД-регулятора, случай потери части информации (критерий - время регулирования 40Я)

Рисунок 4.13 - Гибридно-автоматная модель оптимальной системы

Рисунок 4.14 - График переходного процесса в оптимальной по быстродействию

системе с регулятором, реализующим алгоритм из раздела 1.3

Рисунок 4.15 - График изменения значения х1 + х2 | х2 | /2 в оптимальной по

быстродействию системе при шаге срабатываний регулятора И = 0.001 с

Рисунок 4.16 - Гибридно-автоматная модель оптимальной системы с уточненным

вариантом алгоритма работы регулятора

Рисунок 4.17 - Переходный процесс в оптимальной по быстродействию системе с уточненным вариантом алгоритма работы регулятора, е=0.01, к = 0.001 с Рисунок 4.18 - Окончательный вариант гибридно-автоматной модели оптимальной системы

Рисунок 4.19 - График переходного процесса в оптимальной по быстродействию системе с окончательным вариантом алгоритма работы регулятора Рисунок 4.20 - ЗшшНпк-модель оптимальной ЦСАУ двойным интегратором Рисунок 4.21 - 81а1ейо\у-модель оптимального по быстродействию регулятора Рисунок 4.22 - 81а1еДо\у-модель оптимального по быстродействию регулятора, формат представления чисел - с фиксированной точкой, Я - длина дробной части числа

Рисунок 4.23 - Переходный процесс в оптимальной по быстродействию системе при использовании в регуляторе формата с фиксированной точкой, 11=4

Рисунок 4.24 - Переходный процесс в оптимальной по быстродействию системе при использовании в регуляторе формата с фиксированной точкой, R=3 Рисунок 4.25 - Функции K(t), L(t), M(t), TQ =[0Д),7] = [1,2)

Рисунок 4.26 - Графики зависимостей , y(t), и * (/), v * (t), Т0 = [0,1), 7J = [1,2)

Рисунок 4.27 - Функции K(t), L(t)t M(t), Т0 =[0,0.5),^ = [0.5,2)

Рисунок 4.28 - Графики зависимостей x(t), y(t), и* (t), v* (t),

T0= [0,0.5), 7i = [0.5,2)

Рисунок 4.29 - Функции K(t), L{t), M{t), T0 =[0,1.5),^ = [1.5,2) Рисунок 4.30 - Графики зависимостей x(t), y(t), и * (/), v * (/), Г0 =[0,1.5),7; =[1.5,2)

Рисунок 4.31 - Область предпочтительности варианта № 1 (57.6 % точек в квадрате x0 g [-10,10], у0 е [-10,10])

Рисунок 4.32 - Область предпочтительности варианта № 2 (13.3 % точек в квадрате x0 е [-10,10], у0 е [-10,10])

Рисунок 4.33 - Область предпочтительности варианта № 3 (29.1 % точек в квадрате е [-10,10], у0 g [-10,10])

Рисунок 4.34 - Показатели качества вариантов № 1, № 2, № 3

Рисунок 4.35 - Поведение ГНДСУ с ритмическим регулятором

Рисунок 4.36 - Поведение ГНДСУ с аритмическим регулятором

Рисунок 4.37 - Графики изменения переменных состояния (машина Дубинса)

Рисунок 4.38 - Графики изменения управляющих воздействий (машина Дубинса)

Рисунок 4.39 - Графики изменения переменных состояния (машина Ридса-Шеппа)

Рисунок 4.40 - Графики изменения управляющих воздействий ((машина Ридса-

Шеппа)

Рисунок 4.41 График перемещения машины Дубинса на плоскости х-у Рисунок 4.42 - График перемещения машины Ридса-Шеппа на плоскости х-у Рисунок 4.47 - График изменения управляющего воздействия щ (машина Дубинса)

Рисунок 4.48 - График изменения управляющего воздействия иг (машина Дубинса)

Рисунок 4.49 - Графики перемещения машины Дубинса на плоскости х-у Рисунок 4.50 - График изменения управляющего воздействия щ (машина Ридса-Шеппа)

Рисунок 4.51 - График изменения управляющего воздействия м2 (машина Ридса-Шеппа)

Рисунок 4.52 - Графики перемещения машины Ридса-Шеппа на плоскости х-у Рисунок 5.1 - График зависимости функционала 1 = J^brfi + 10'||3t(71)-xJr от длительности интервалов управления tx и t2

Рисунок 5.2 - Найденное с помощью ГА управление и соответствующая ему траектория движения

Рисунок 5.3 - Процедура вычисления управляющих воздействий методом ГА Рисунок 5.4 - Процедура вычислений управляющих воздействий методом ГА при наличии всей информации

Рисунок 5.5 - Процедура эволюционных вычислений управляющих воздействий, совмещенная с процессом управления

Рисунок 5.6 - Траектории движения машины Дубинса (время вычисления управляющего воздействия 8 с)

Рисунок 5.7 - Траектории движения машины Дубинса (время вычисления управляющего воздействия 40 с)

Рисунок 5.8 - Траектории движения машины Дубинса (anytime algorithm управления, полное время 9 с), засечки ставятся через 1 с

Рисунок 5.9 - Траектории движения машины Дубинса в неоднородном окружении (автономный режим, время вычисления управляющего воздействия 16 с, полное время 24 с)

Рисунок 5.10 - Траектории движения машины Дубинса в неоднородном окружении (автономный режим, время вычисления управляющего воздействия 16 с, полное время 24 с)

Рисунок 5.11 - Траектории движения машины Дубинса в неоднородном

окружении (оперативный режим управления, полное время 9 с)

Рисунок 5.12 - Траектории движения машины Дубинса в неоднородном

окружении (оперативный режим управления, полное время 9 с)

Рисунок 5.13 - Схема системы массового обслуживания

Рисунок 5.14 - Дерево функции minus(and(Xl,Xl),X2)

Рисунок 5.15 - Гибридно-автоматная модель контроллера системы

массового обслуживания

Рисунок 5.16 - Гибридно-автоматная модель аритмического регулятора Рисунок 5.17 - Переходные процессы в ГНДСУ с аритмическим регулятором и с регулятором с постоянным шагом квантования к • е(0)

Рисунок 5.18 - Переходные процессы в ГНДСУ с аритмическим регулятором и с регулятором с постоянным шагом квантования Amin

Рисунок 5.19 - Графики функций принадлежности нечетких множеств v,., í = 0,l,...,3

Рисунок 5.20 - Графики функций принадлежности решения при к = 2 •

Рисунок 5.21 - Графики функций x,(í), x2(t), u(t) при двух правилах системы

/

продукций

Рисунок 5.22 - Графики функций дгД/), х2 (t), u(t) при четырех правилах системы продукций

Рисунок 5.23 - Графики функций x^t), x2(t), u(t) при восьми правилах системы продукций

Рисунок 5.24 - Графики функций х, (/), х2 (t), u(t) апериодического (deadbeat) регулятора

Рисунок 5.25 - Графики функций принадлежности нечетких множеств v(., i = 0,1,...,3 для апериодического (deadbeat) регулятора

Рисунок 5.26 - Графики функций хх (t), х2 (t), u(t) при двух правилах системы продукций

Рисунок 5.27 - Графики функций (г), х2(0> «(0ПРИ четырех правилах системы продукций

Рисунок 5.28 - Графики функций *,(*), х2 (/), м(/) при восьми правилах системы продукций

Рисунок 5.29 - Графики функций ххЦ), х2Ц), иЦ) апериодического (с1еас!Ьеа1) регулятора

Рисунок 5.30 - График функции при восьми интервалах управления

Рисунок 5.31 - Траектория машины Дубинса х2(Х)) при восьми интервалах

управления

Рисунок 5.32 - Переходные процессы в нечеткой системе управления, шаг срабатывания регулятора 0.05 с

Рисунок 5.33 - Переходные процессы в нечеткой системе управления, шаг срабатывания регулятора 0.5 с

Рисунок 5.34 - Переходные процессы в нечеткой системе управления, шаг

срабатывания регулятора случайный и меняется в пределах 0.2+ 0.1с

Рисунок 5.35 - График изменения управляющего воздействия при переводе

объекта управления в начало координат

Рисунок 6.1 - Предельная точность управления вида (6.8)

Рисунок 6.2 - Результирующее температурное поле при управлении вида (6.8)

Рисунок 6.3 - Предельная точность е^ управления (6.8) и точность ер

управления (6.9)

Рисунок 6.4 - Результирующее температурное поле при управлении вида (6.9) Рисунок 6.5 - Линия переключения управления (6.9) с максимального значения (серый цвет) на минимальное (белый цвет) при различных условиях теплообмена Рисунок 6.6 - Время хк окончания процесса распределенного управления (6.9) и х- нижняя граница критерия (6.6)

Рисунок 6.7 - Предельно возможные потери производительности при использовании управления (6.9)

ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

-СОГЛАСОВАНО: • .. '''..'.УТВЕРЖДАЮ:-

^ор^ор-до научной работе '/'< /Руководитель предприятия' .

¿^^^ШЖамауш г ' V - г;Ч ~

Ш^^Ь^ЛМ»¿иГ- г-ч- • 'йЩАС^М&ГГ^' уЛ-

* тербозан печать/, • ' - * "./ ' гербовая печать Ч ^Р

-/л -

. АКТ

•¡■я»1 «у^ - •

Ч? «у*-!- , О внедрении результатов НИР,(ОКР)

.Мы/предс/авитсля 1поадприятия 'п/я А-7495 З.Л.Оглаблева,

. ■ - (наименование предприятия)

А.дтПтгнир1тяк;Р.А:Ба])аноя -_:-:_

настоящим актом подтверждаем, что результаты

научно-исследовательской (опытно-конструкторской)" работы.

- выполненной Куйбышевским политехническим институтом -Л? НИР (ОКР)

ПО хоздоговору 50/31ЛЪ госрегистраш.н 79030773 "Разработка, исследование . и автоматизированное проектирование системы оптимального управления гя-

• ' » , {название'работы)

пукнионным нагревателем с тиристорным преобразователем частоты" сов: местно с НИИД. - _:__._'_

стоимостью 100_(сто) - ( стоимость этапа 25 т.руб.) __

' ■ • (цифрами я прописью)

тыс. руб., начатой " 1.01.81 ' ' - *_;_законченной и принятой заказчиком к внедрению

(дата) .

31.12,84 --Этап 3 заканчивается 31.12.83 г.- _

; ......».• -.■: (дата, иомср,.поз..ялаиа внедрения) , .. . .

внедрены на д.я. А-7495 - Решение совещания: по~ новой технике главного -

(дата внедрения, наименование предприятия, иаииекозаяие. я номер

итйНРпг» /ТТППФПУПЛ лтв от 2T.Q4.83./ о внедрении автоматизированной

. , - документа а лпеллхник)

установки индукционного нагрева 3.05; 83. -_

: Вид внедренных,результатов Т) Оптимальная автоматическая систегла управления; 2) технология нагрева в установившихся реяшлах; 3) методика рас.. „ ■ (комплекс, машина,"система, прибор, инструмент, технология', методика, программа ЦВМ, сырье, материалы и т. д.)

. чёта и программы ЦВМ иняушщонного нагревателя с ИШ для нагрева заготовок широкой номенклатуры _;__•

• 2. Область и форма внедрения '_ЙДИНИЧНПе ПРОИЗВОДСТВО__

. • (производственный процесс — серийное, уникальное или

йя-,!;-• . -^--——_• * '-■ '" - ;■■■■■ с......■ ■ -........-

• > . • единичное произзодстаа; проектные раэработ1, иаутаые исмеловаивв и т.д.)

- ' ' * --'. • ' ■• ' '"

з. технический уровень нир получены положительные решения по заявкам -Л 3558814

" ~ , * • . (поданы заявки. получены положительные

3512093, 'авт. свил. # 849557-, ^ 847529 — - _:__ "

„ ' - " решения, авторское свидетельства, патенты, медали ВДНХ к др., их .4» 8 дата)

' _'■_" - —'_- .' г глД?.- '

4. Публикации, по материалам НИР— опубликовано пять работ

5.Эффект^'..^^.'а'экономдя материальных ресурсов, рост производительности

' - - - (жояомпя материальных ресурсов, рост производительности

.труда, улучшение-' условий труда .- оздоровление окружающей среды —

•■■■■..„,. труда.: повышение качества продукция, окупаемости, улучшение условик трулг, медаииззикя, оздоровление

окружающей среды и т.д.)

6. Фактический годовой эффект

• ООО НСС

а) в целом но работе > * °

тыс. руб./год_

( доля КИтИ)

(цифрами и пропись*)}............

двести восегльдесят три тысячи семьсот шестьдесят шесть рублей - -

'б) долевое участие Куйбышевского политехнического института в обшей (расчетной) величине

фондов поощрения:.

10168

- |суим» цифрами и проиисыо) Приложение: Расчет фактического годового экономического эффекта От предприятия:

руб.

f- иг иредириишн; "/f\ \

I Руководитель плаиоао-экойо» / " службы

I

- , „• (должность, п.. Ответственный за внедрение

(должность, п.. о., фамилия);

■ От;

Начальник НИСа.

гГ

(И., о., фгкилия)

(Д»та)

Другие

<2—,—А»ЛХквирчак

адцвв отш

S. А.Баранов нач;д.

Ответственный за внедрение '

. ос!>едсор^^.В.Дадигеяскйй

(руководитель темм а. "

.•/{ДА/

__^уУ -/_„ ,

(дата) . I .

Руководитель подразделения , - , „ - -

д.т.н. ,проф; • Н.В.ДилигенскиЁ

- (И-, фЗ^амйлйя) ! / ' ибгЩЙНИТКЛИ: •

м.н.о. - Ю.н".Бойков -.

/—(должности, ч., о,, фамилии)

' " Ус^ инженер Г.Н.Рогачев

-ассистент^ М.Ю. Лившиц

^^^^^Мент • Л.С.Зимин

ст.инженер С.П.Барышников

аспирант М.Б.Рошсловский -

VZ , У/ (У

Визы'СЭАиОВ

, х г 5 * ' КуйСнмсз. Тип. УЭЗ КПтИ. Захаз 925. Тираж 5000.

УГВЫ'ЖДЛЮ: Фу ководнтель предприятия

/Л >£»

А '

»"внедрении результатов-НИР:

'9*1**' Ш^Л- .....—

Мы. представители ,.......

* * ^ •* , > ' (иаимеяовавта иреяорюшга)

щ/фМш жят щ^ш

ялсгояшни актом тптвсрждяеч, что результаты

чиоч1с1.1сдоив1сльской-(опытно-конструкторской) работы.

выполненной Куйбышевским политехнически« институтом

.V. НИР (ОКР)

стоимостью

тыс руб, 1ичагон_

»«И»

(дата)

(цифрами п прописью) .законченной и принятой зака <чпкоч к внедрению

| и I «» р* I*

срадр^ш с/я ЗДДО ,

(дата вне ¡ре мя, нанм ноя-»» ж предприятия» идаютотчаияе и помер

_ ж ^ V ,

ЧОКуЧ1ЯТ1 О ПИГ11«"ЧИН)

I В .и внесенных результатов

2 Ортаст-. V фор«я юедренич

(лрмэзодстл«! ¡ши яроанс л.,и <«!,*. ,ыл а< ил*

е-мянчьое про.оводстиа, проект»ыград>аГ>оШ) емччн<.'и кг^ыии'л> / д >

Технический уровень ПИР

(Поданы, .ад я вкл. потччем« сотая етслыгы» р?ПМ п'1.

а»1ор(кне шчдете |йст»а. патенты, медалй 1Щ11\ V Др. ?)> Л и дата)

У £ * * 250

4 Щблиышш по материалам НИР опублапоьйпо » т&бде

П Эффект о? внешни* -З&ВпЖ ашшадвиша» Iшшш&ш*

' * * < . * (мшночия материальна* щурсов. рост пропгодитс чыгост" груда,- *"

£3522* 4 * * "

повышение кач<.етва продукции, окупаемости, уд)чшаме условий трчда.