Технические науки/ 12. Автоматизированные системы управления на производстве

Д.т.н. Муромцев Д.Ю., Папин В.В.

ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»

Принципы наследования в проектировании систем

оптимального управления

Проектирование алгоритмического обеспечения систем энергосберегающего управления (СЭУ) применительно к динамическим объектам (тепловым аппаратам, машинам с электроприводами и т.п.) производится с использованием базы знаний (БЗ), содержащей результаты полного анализа задач оптимального управления (ЗОУ) [1,2].

Наличие модулей ЗОУ <M, F, S, O> (M – модель динамики объекта, F – минимизируемый функционал, S – стратегия управления, O – ограничения и условия) позволяет для соответствующих задач управления в автоматизированном режиме разрабатывать алгоритмическое обеспечение СЭУ.

Математически ЗОУ <ДИ, Э, Пр, О₁> записывается следующим образом:

М=ДИ: ;

F=Э: ;

S=Пр: ;

О= О₁:

,

где – вектор фазовых координат; – управление и границы его изменения (нижняя и верхняя соответственно); – параметр модели динамики; – начало и конец временного интервала управления.

Для решения сформулированной задачи задается массив исходных данных .

В основе методологии «быстрого» проектирования алгоритмического обеспечения СЭУ лежат следующие принципы наследования.

1. Принцип наследования результатов полного анализа ЗОУ. Этот принцип заключается в получении таких результатов при исследовании ЗОУ, которые достаточны для автоматизированного проектирования алгоритмического обеспечения управляющего устройства, решающего соответствующую ЗОУ. Другими словами этот принцип предполагает использование результатов модели ЗОУ в виде четверки <M, F, S, O> при синтезе управляющих воздействий. Разрабатываемая модель представляет собой фрейм БЗ, содержащий всю необходимую информацию о видах функций оптимального управления (ОУ), соотношениях для выбора вида функции ОУ и расчете ее параметров для задаваемого массива исходных данных ЗОУ и других результатах решения ЗОУ.

2. Принцип построения структуры модели ЗОУ. В соответствии с этим принципом модель ЗОУ <M, F, S, O> должна отражать общность и последовательность получаемых результатов при анализе и синтезе ОУ.

3. Принцип связи между моделями ЗОУ. В соответствии с данным принципом в модели ЗОУ выделяется информация, которая может быть использована для других, в том числе более сложных моделей. При этом учитывается как количественная, так и качественная информация. Например, размерность вектора синтезирующих переменных, однозначно определяющего вид и параметры функции ОУ, соответствует размерности вектора фазовых координат, число синтезирующих параметров зависит от состава матрицы параметров моделей динамики объекта.

4. Принцип максимальной визуализации хода и результатов решения задач анализа и синтеза ОУ. Данный принцип исключительно важен при решении обратных задач, чтобы пользователь имел возможность по своему усмотрению выбирать желаемое положение значения вектора синтезирующих переменных для обеспечения требуемого запаса устойчивости или других характеристик ЭСУ при этом должны автоматически пересчитываться составляющие массива , для которых допустимы изменения. Накопленный опыт визуализации хода и результатов решения ЗОУ с целью может использоваться при создании новых программных модулей.

5. Принцип возможности группового ведения проекта. В соответствии с данным принципом реализуется возможность выполнения проектов группами разработчиков в режиме удаленного доступа. Для этого программные модули должны разрабатываться в сетевом варианте. Это позволяет решать задачи как проектирования СЭУ, так и обеспечивать сопровождение систем в процессе длительной эксплуатации в соответствии с положениями CALS-технологий. Кроме того, при этом облегчается разработка интерактивных электронных технических руководств.

6. Принцип согласованности программных модулей, содержащих полный анализ ЗОУ. Данный принцип используется для решения задач синтеза оптимального управления объектами с многостадийными моделями (моделями с разрывной правой частью). В этом случае для разных стадий могут использоваться различные модели динамики. Решение ЗОУ с такой сложной моделью выполняется комбинированным методом, в котором сочетаются принцип максимума, динамическое программирование и метод синтезирующих переменных. Для «стыковки» результатов решений на границах между стадиями необходимо предусмотреть, что эти результаты будут относиться к фазовым координатам, имеющим разную размерность, а также появление дополнительных ограничений на точки «стыковки».

Список литературы:

1. Муромцев, Ю.Л. Теоретические основы энергосберегающего управления. Монография / Ю.Л. Муромцев, Д.Ю. Муромцев, В.А. Погонин. – М.: ЯНУС-К, 2010. – 288 с.

2. Муромцев Д.Ю. Информационные технологии проектирования систем энергосберегающего управления // Д.Ю. Муромцев / Вестник Тамбовского гос. техн. ун-та. – Тамбов, 2007. Т.13. №3. – С. 738-743.