Синергетический синтез алгоритмов управления экстремальными объектами
А.Н. Лабутин, А.А. Андреенков, Е.А. Шуина
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 3, сс. 86—92
Скачать PDF
Состояние вопроса. Проблема синтеза алгоритмов управления нелинейными технологическими объектами, такими как химический реактор, часто обусловлена отсутствием или ограниченностью информации о динамике объекта. Вместе с тем статическая характеристика объекта по каналу регулирования задана и имеет экстремальный характер. Информация о виде статической характеристики и о структуре потоков переноса вещества в реакторе позволяет сформировать упрощенную модель, отражающую нелинейность и инерционность объекта. В связи с этим актуальной задачей является разработка методов синтеза системы управления объектом с использованием упрощенной модели и исследование ее работоспособности.
Материалы и методы. Для синтеза алгоритмов управления концентрацией целевого продукта в химическом реакторе использован метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов с применением нелинейной модели статики объекта и линейной модели, характеризующей инерционность. Проблема наличия точки экстремума на статической характеристике решена введением кусочно-постоянной функции в алгоритмы управления.
Результаты. Синтезированы три алгоритма управления, отличающиеся наличием интегральной составляющей и структурой. Показана работоспособность всех трех алгоритмов. Решена задача синтеза алгоритмов управления экстремальным нелинейным объектом – жидкофазным химическим реактором с последовательно-параллельной реакцией – при отсутствии полной математической модели объекта и наличии только экстремальной статической характеристики по каналу регулирования.
Выводы. Предложенный оригинальный подход к синтезу САУ экстремальными объектами (на примере химического реактора), предусматривающий формирование упрощенной динамической модели объекта и аналитический синтез алгоритмов управления методами АКАР, показал работоспособность САУ. Предложенный способ синтеза рекомендуется для решения задач разработки САУ аналогичными объектами различной физической природы при ограниченной информации о динамике объекта.
1. Тютиков В.В., Тарарыкин С.В. Новые структурные решения в области систем модального управления // Известия ТРТУ. – 2004. – № 2(37). – С. 102–111.
2. Тютиков В.В., Котов Д.Г., Тарарыкин С.В. Условия параметрической грубости САУ с регуляторами состояния // Известия ТРТУ. – 2005. – № 1(45). – С. 53–62.
3. Тютиков В.В., Тарарыкин С.В. Робастное модальное управление технологическими объектами. – Иваново, 2006. – 256 с.
4. Красовский А.А. Развитие и становление современной теории управления // Синергетика и проблемы теории управления / под ред. А.А. Колесникова. – М.: Физматлит, 2004. – С. 13–34.
5. Колесников А.А. Проблемы теории аналитического конструирования нелинейных регуляторов // Синергетика и проблемы теории управления / под ред. А.А. Колесникова. – М.: Физматлит, 2004. – С. 35–129.
6. Ким Д.П. Теория автоматического управления. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы: учебник и практикум для вузов. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во Юрайт, 2021. – 441 с.
7. Филиповский В.М. Системы управления в пространстве состояний: учеб. пособие. – СПб., 2022. – 75 с.
8. Колесников А.А. Синергетическая теория управления. – Таганрог: ТРТУ; М.: Энергоатомиздат, 1994. – 344 с.
9. Колесников А.А., Веселов Г.Е., Кузьменко А.А. Новые технологии проектирования современных систем управления процессами генерирования электроэнергии. – М.: МЭИ, 2016. – 280 c.
10. Веселов Г.Е., Синицын А.С. Синтез системы управления адаптивной подвеской с учетом физических ограничений амортизатора // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2015. – № 7(168). – С. 170–181.
11. Колесников А.А., Кузьменко А.А. Нелинейный синтез законов управления турбогенератором: интегральная адаптация // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2012. – № 5. – С. 84–89.
12. Кузьменко А.А., Синицын А.С., Синицына А.А. Адаптивное управление энергоустановкой с нелинейным наблюдателем состояния // Информатика и системы управления. – 2016. – № 4. – С. 103–114.
13. Лабутин А.Н., Невиницын В.Ю. Аналитический синтез системы управления химическим реактором // Теоретические основы химической технологии. – 2014. – Т. 48, № 3. – С. 318–322.
14. Робастное управление концентрацией целевого продукта в химическом реакторе / А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын, В.А. Зайцев, Г.В. Волкова // Изв. вузов. Химия и химическая технология. – 2018. – Т. 61, вып. 12. – С. 130–136.
15. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы: учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1989. – 263 с.
16. Чураков Е.П. Оптимальные и адаптивные системы: учеб. пособие для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 256 с.
17. Растригин Л.А. Системы экстремального управления. – М.: Наука, 1974. – 270 с.
18. Лабутин А.Н., Невиницын В.Ю., Волкова Г.В. Анализ и оптимальный синтез химического реактора как объекта управления // Химическая промышленность. – 2018. – Т. 95, № 5. – С. 241–248.
19. Математическая модель процесса экстракции и фильтрации производства фосфорной кислоты / В.А. Кривоносов, В.А. Бабенков, В.В. Соколов и др. // Автоматизация в промышленности. – 2013. – № 7. – С. 24–29.