Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Карелин Алексей Евгеньевич. Синтез, исследование и применение рекуррентных алгоритмов оценивания параметров математических моделей объектов в автоматизированных системах управления : диссертация... кандидата технических наук : 05.13.06 Томск, 2007 181 с. РГБ ОД, 61:07-5/2440

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1 Проблема построения математических моделей объектов и задача их
идентификации 12

  1. Ведение 12

  2. Постановка задачи параметрической идентификации 14

  3. Алгоритмы параметрической идентификации 17

  1. Метод наименьших квадратов (МНК) 18

  2. Рекуррентные одноточечные алгоритмы 24

1.3.3 Многоточечный рекуррентный алгоритм оценивания параметров
линейных моделей, основанный на применении псевдообратных матриц 28

1.4 Алгоритмы стохастической аппроксимации 32

1. 5 Заключение 33

Глава 2 Одноточечные рекуррентные алгоритмы оценивания параметров
математических моделей объектов 35

  1. Введение 35

  2. Алгоритмы с усреднением результатов измерения входных воздействий и значений выхода 35

  1. Первая модификация алгоритма (1.14) 35

  2. Вторая модификация алгоритма (1.14) 37

2.3 Алгоритмы с использованием разностей и усреднением измерений
входных воздействий и значений выхода 38

  1. Третья модификация алгоритма (1.14) 39

  2. Четвертая модификация алгоритма (1.14) 40

  3. Пятая модификация алгоритма (1.14) 40

  4. Шестая модификация алгоритма (1.14) 41

2.4 Алгоритм с применением ортогонализации измерений входных
воздействий и значений выхода 42

2.5 Методика проведения экспериментов 43

2.5.1 Формирование входных воздействий 44

4 2.5.2 Формирование ошибок измерения входных и выходной переменных ..45

  1. Генерация ошибок измерения с равномерным законом распределения 46

  2. Генерация ошибок измерения распределенных по нормальному закону

распределения 48

2.6 Некоторые результаты экспериментальных исследований
синтезированных алгоритмов 49

2.6.1 Результаты исследования алгоритмов при отсутствии ошибок
измерений 50

2.6.2 Результаты исследований алгоритмов на помехоустойчивость 62

2.5.3 Применение регуляризации как способа повышения

помехоустойчивости рассматриваемых алгоритмов 68

2.6 Выводы 71

Глава 3 Моделирование адаптивного регулятора, использующего в качестве
алгоритма идентификации рекуррентный многоточечный алгоритм 73

3.1 Введение 73

  1. Общая структурная схема адаптивной системы управления с подстраиваемой моделью 74

  2. Постановка задачи рекуррентной адаптивной подстройки оценок параметров математических моделей линейных динамических объектов 76

  3. Описание модели адаптивного регулятора и методики проведения экспериментов 81

  1. Некоторые результаты исследований адаптивного регулятора основанного на алгоритме (1.18) и их анализ 88

  2. Некоторые результаты исследований адаптивного регулятора, использующего в качестве алгоритма идентификации рекуррентный многоточечный алгоритм с ортогонализацией измерений и их анализ 105

3.7 Заключение 117

Глава 4 Результаты применение исследованных алгоритмов при решении
практических задач 119

  1. Введение 119

  2. Доменная печь как объект контроля и управления 119

  3. Автоматический контроль основных параметров доменного процесса.. 124

  4. Задача сжатия данных и ее решение 128

4.5 Некоторые результаты применения рекуррентных одноточечных
алгоритмов для оценивания параметров математических моделей
контролируемых переменных доменного процесса 137

4.5.1 Постановка задачи рекуррентной подстройки параметров
математических моделей доменного процесса 138

4.5.2 Некоторые результаты подстройки параметров тригонометрических
полиномов описывающих поведение контролируемых переменных
доменного процесса 140

4.5.3 Некоторые результаты подстройки параметров алгебраических
полиномов описывающих поведение контролируемых переменных
доменного процесса 147

  1. Применение результатов исследований в учебном процессе 150

  2. Заключение 157

Заключение 158

Список использованных источников 159

Приложения 167

Приложение 1 Проверка законов распределения случайных величин

используемых для моделирования ошибок измерения 168

Приложение 2 Некоторые результаты исследования одноточечных алгоритмов при отсутствии ошибок измерений входных и выходной

переменных 175

Приложение 3 Специальные металлургические термины 177

Введение к работе:

Актуальность работы. Современный уровень развития техники характеризуется неуклонным повышением разнообразия и сложности управляемых объектов в проектируемых системах управления. Типичной становится ситуация, когда отсутствует точное математическое описание объекта или с течением времени неизвестным образом происходит изменение его параметров в широких пределах. Без знания закономерностей, которым подчиняются управляемые объекты и процессы, невозможно эффективно ими управлять Поэтому научное направление, называемое в современной теории автоматического управления, идентификацией объектов (процессов) занимает важное место в теории управления

В наиболее общем случае задача идентификации объекта включает в себя задачу определения структуры объекта идентификации и задачу идентификации параметров объекта по результатам измерений его входных и выходных переменных Первая из этих задач возникает в случае, когда структура объекта является неизвестной и требует определения Со второй из названных задач приходится иметь дело тогда, когда структура объекта предполагается известной и, соответственно, требуется идентифицировать только его параметры

Несмотря на то, что уже предложено значительное количество алгоритмов идентификации, базирующихся на самых разнообразных идеях и подходах, задача разработки новых и совершенствования уже имеющихся актуальна и сегодня Это обусловлено разнообразием как существующих, так и вновь создаваемых объектов управления, для которых применение имеющихся алгоритмов идентификации не дает требуемых результатов Существующие алгоритмы идентификации не всегда могут обеспечить достаточно высокую скоростью сходимости, необходимую помехоустойчивость и по малому числу измерений подстраивать имеющуюся модель управляемого объекта Кроме того, совершенствование средств вычислительной техники и расширение их возможностей позволяют реализовывать все боле сложные алгоритмы идентификации, практическое применение которых ранее было невозможно или ограничено.

Целью настоящей работы является создание рекуррентных алгоритмов оценивания параметров математических моделей технологических объектов, реализуемых в реальном масштабе времени, и их применение при разработке адаптивных систем управления

Научная новизна работы. 1) Предложены модификации оптимального одноточечного рекуррентного алгоритма оценивания параметров математических моделей линейных объектов, основанные на усреднении результатов измерений, что позволяет повысить их помехоустойчивость 2) Предложены модификации оптимального одноточечного рекуррентного алгоритма оценивания параметров математических моделей линейных объектов, основанные на ортогонализации и использования разностей

измерений для уточнения параметров моделей, что позволяет увеличить скорость сходимости вычисляемых оценок параметров

  1. Разработан алгоритм функционирования адаптивного регулятора, основанный на рекуррентном многоточечном алгоритме оценивания параметров математических моделей с применением псевдообратных матриц и их регуляризации с целью повышения помехоустойчивости

  2. Разработан алгоритм функционирования адаптивного регулятора, основанный на рекуррентном многоточечном алгоритме оценивания параметров математических моделей с ортогонализацией измерений переменных действующих на входе и выходе объекта управления, что обеспечивает сокращение количества арифметических операций за счет существенного упрощения процедуры псевдообращения получаемой матрицы измерений и, как следствие приводит к существенному повышению быстродействия алгоритма оценивания

Практическая ценность работы:

Разработанные алгоритмы используются в ЗАО «ЭлеСи» при проведении экспериментальных исследований систем управления и опытно-конструкторских работ, а также натурных испытаний разрабатываемых систем управления Кроме того, данные алгоритмы могут использоваться в системах контроля теплового состояния доменных печей для решения задач сжатия массивов измерений контролируемых переменных и подстройки параметров их математических моделей

Результаты работы используются в учебном процессе кафедры информационно-измерительной техники в качестве лабораторных работ «Исследование проекционных рекуррентных алгоритмов оценивания параметров моделей линейных статических объектов» и «Исследование многошаговых рекуррентных алгоритмов оценивания параметров линейных моделей, основанных на применении псевдообратных матриц» по курсу «Адаптивные системы управления и автоматизации»

Внедрение работы. Представленные в диссертационной работе алгоритмы были разработаны в рамках выполнения следующих хоздоговоров, в которых автор принимал участие в качестве исполнителя и ответственного исполнителя

1 «Разработка автоматизированной системы контроля теплового
состояния ДП-4 КМК (АСКТС)» 2000-2001 г

2 Хоздоговор №58/05 от «15» июля 2005 г «Разработка алгоритмов
цифрового дифференцирования сигналов и цифрового адаптивного
авторегулирования процессов» заключенных между ЗАО «ЭлеСи» и Томским
государственным университетом систем управления и радиоэлектроники
(ТУСУР)

Внедрение и использование результатов диссертационной работы подтверждаются двумя актами, представленными в приложении

Апробация работы Основные результаты работы отражены в 12 публикациях 1 статье в журнале, рекомендованном ВАК, 2 статей в сборниках статей, 1 зарегистрированной разработке на правах публикации в информационно-библиотечном фонде РФ, 8 публикациях в сборниках трудов международных, всероссийских и региональных конференций

Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Четвертой региональной научно-технической конференции студентов и молодых специалистов «Радиотехнические и информационные системы и устройства» - Томск ТУСУР, 2000, Региональной научно-технической конференции студентов и молодых ученых «Радиотехнические устройства, информационные технологии и системы управления». - Томск1 ТУСУР, 2001; Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации, в науке и производстве» — Новокузнецк- СибГИУ, 2001, Межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР» - Томск ТУСУР, 2002, Региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР - 2003» - Томск ТУСУР, 2003, Всероссийской научно-практической конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» - Красноярск ИПЦ КГТУ, 2003, Научно-практической конференции «Средства и системы автоматизации» - Томск, 2004, XI международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ'2005» -Томск ТПУ, 2005

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Разработанные одноточечные рекуррентные алгоритмы оценивания параметров математических моделей линейных объектов с усреднением результатов измерений,

  2. Разработанные одноточечные рекуррентные алгоритмы оценивания параметров математических моделей линейных объектов, основанные на ортогонализации и использовании разностей измерений для уточнения параметров моделей и обеспечивающие повышение скорости сходимости вычисляемых оценок параметров

3) Алгоритм функционирования адаптивного регулятора, использующий в
качестве алгоритма идентификации рекуррентный многоточечный ачгоритм с
применением псевдообратных матриц и его экономичную модификацию,
основанную на применении процедуры ортогонализации Грама-Шмидта, а
также результаты его моделирования

4) Результаты применения разработанных одноточечных рекуррентных
алгоритмов при оценивании параметров математических моделей
контролируемых переменных доменного процесса

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений Основное содержание изложено на 177 страницах. Содержит 107 рисунков, 14 таблиц и 3 приложения

Подобные работы
Майстренко Андрей Васильевич
Синтез, исследование и применения алгоритмов цифрового дифференцирования сигналов в системах автоматического регулирования процессов
Попов Сергей Владимирович
Синтез алгоритмов управления движущимися краскораспылителями с вынесенной подсистемой контроля параметров объекта покраски и моделью кодового канала ТРЗ
Форсов Георгий Львович
Адаптивное управление качеством функционирования системы технического диагностирования гибридных объектов
Балабанов Александр Анатольевич
Система поддержки принятия решений при автоматизированном оперативно-диспетчерском управлении объектами добычи и транспорта газа
Зуров Евгений Владимирович
Информационная технология принятия решений при управлении сложными объектами с оценкой технического состояния на основе экспертных систем
Ташкинов Алексей Юрьевич
Разработка математических моделей и алгоритмов и их применение для исследования и усовершенствования процессов вакуумного дугового переплава
Фокин Александр Леонидович
Синтез систем автоматического управления технологическими процессами по расширенной модели динамики объекта
Лесков Евгений Евгеньевич
Оптимизация и управление мембранными системами
Лихтер Анатолий Михайлович
Управление биофизическими процессами в системах лова рыбы
Мырзин Глеб Семенович
Автоматизация и управление процессом технического обслуживания системы технологических трубопроводов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net