WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 |

«УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ СТУДЕНТА по дисциплине Современные методы проектирования АЛМАТЫ 2014 Учебно–методический комплекс по дисциплине Современные ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ К.И.САТПАЕВА

Институт Автоматики и управления

УЧЕБНО–МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ДИСЦИПЛИНЫ СТУДЕНТА

по дисциплине «Современные методы проектирования»

АЛМАТЫ 2014

Учебно–методический комплекс по дисциплине «Современные методы проектирования»

для студентов КазНТУ имени К.И.Сатпаева Составитель: Ширяева О.И., Алматы: КазНТУ, 2014. – 74 с.

Составители Ширяева Ольга Ивановна доцент, кандидат технических наук Аннотация Учебно–методический комплекс (УМК) по дисциплине «Современные методы проектирования» составлен согласно учебной программе дисциплины (Sillabus) и представляет собой систему, в которую входят темы лекционных и практических занятий. В темах лекционных занятий излагаются последовательно построение систем автоматического управления на основе современных средств проектирования. В каждой теме практических работ разбираются примеры решения задач проектирования систем автоматического управления. Для проверки усвоения теоретического материала в конце каждой главы приведены вопросы. Выполнение заданий поможет сформировать у студентов практические навыки решения задач проектирования. Изложение тем строго систематизировано. Материал каждой последующей темы базируется на понятиях и концепциях, усвоенных в предыдущих темах. К каждой теме лекционных занятий составлены тестовые задания для самоконтроля. В УМК имеются темы заданий для самостоятельной работы студентов в аудиторное и внеаудиторное время. Приведен перечень экзаменационных вопросов, выносимых на итоговую аттестацию.

© Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева,

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ – SYLLABUS

Данные о преподавателях:

Преподаватель, ведущий занятия Ширяева Ольга Ивановна доцент, кандидат технических наук Контактная информация Время пребывания на кафедре по расписанию Данные о дисциплине:

Название Современные методы проектирования Количество кредитов 3 кредита Место проведения Выписка из учебного плана Форма Академических часов в неделю контроля Лекции Лаб. Практ. СРС* СРСП* Всего Семестр занятия занятия диты Кре– Курс /семин.




занят.

экзамен 4 1 4 2 1 1 4 4 Пререквизиты (предшествующие дисциплины необходимые для изучения данной дисциплины (перечень дисциплин по рабочему учебному плану специальности)):

– Теория линейных систем автоматического регулирования;

– Теория нелинейных систем автоматического регулирования;

– Элементы и устройства автоматики;

– Математическое моделирование систем автоматического управления.

Постреквизиты (перечень дисциплин, в которых используются знания изучаемой дисциплины (по рабочему учебному плану специальности)):

– Моделирование и идентификация;

– Робастные и инвариантные системы;

– Оптимальные системы управления.

Краткое описание (сведения о дисциплине, цели и задачи дисциплины, перечень знаний, умений, навыков и компетенций, которыми должен овладеть студент по завершении изучения дисциплины):

Сложность современных объектов проектирования, особенно систем автоматического управления, возникновение принципиально новых требований к процессу проектирования таких систем, к качеству подготовки инженеров-проектировщиков, уровню их знаний и деятельности, и одновременно с этим постоянное ужесточение требований к проектам, чрезвычайно высокая цена ошибочных проектных решений обуславливает необходимость изучения технологии проектирования, в рамках дисциплины «Современные методы проектирования».

Цель дисциплины – Подготовить специалистов, владеющих теоретическими аппаратами, лежащими в основе теории проектирования систем автоматики и телемеханики и умеющих выполнять расчетно-исследовательские работы по проектированию и эксплуатации систем управления на основе средств современной вычислительной техники.

В процессе обучения студенты должны получить теоретические знания, практические умения и навыки в области проектирования систем автоматики; владеть теоретическими основами, основными принципами и математическими методами проектирования систем;

владеть методами автоматизации построения математических моделей, анализа и синтеза систем с использованием современных средств вычислительной техники и автоматизации научных исследований; ознакомиться с тенденциями развития науки и техники и их влияния на автоматизацию; изучить нормативные документы, государственные стандарты по проектированию систем автоматики, суть системного подхода при проектировании, требованиями, предъявляемыми к современным системам управления; структуру и назначение государственной системы приборов; различные структурные и функциональные схемы систем управления; основные алгоритмы, обеспечивающие работу типовых промышленных регуляторов; технические средства систем автоматики; современные технические и программные средства вычислительной техники.

Перечень и виды заданий и график их выполнения:

контроль 1 работа №1 математического описания контроль 2 работа №2 математического многомерных контроль 3 работа №3 многомерного регуляторов контроль 4 работа №4 наблюдающего устройства Текущий Лабораторная Построение и исследование 3 осн. 5 практ.занятие контроль 5 работа №5 динамических свойств контроль 6 работа технологических процессов контроль 2 работа контроль 1.7 Список литературы Основная литература:





1. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления // Методические указания к выполнению практических работ по курсу «Проектирование систем автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.

2. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления // Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Проектирование систем автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.

3. Ширяева О.И. Проектирование систем автоматизированного управления // Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Проектирование систем автоматизированного управления» (для студентов очного и заочного обучения), 2003. – 24 с.

4. Емельянов В.В., Ясиновский С.И. Введение в методы системного анализа и синтеза.

Учебное пособие. -М.: Изд. МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998.

5. Прангишвили И.В. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами.

-М.: Энергоатомиздат, 1994.

6. Норенков И.П. Разработка САПР. - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1994.

7. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР. - М.: Высшая школа, 1990.

8. Сольницев Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления. М.: Высшая школа. – 1991.- 335 с.

9. Автоматизированное проектирование систем автоматического управления. – М.:

Машиностроение, 1990. - 332 с.

Дополнительная литература:

1. Антонов А.П., Мелехин В.Ф., Филипков А.С. Проектирование цифровых устройств на СБИС. -С.-Пб.: 1997. -142с.

2. Справочник по автоматизации. Microsoft Press: Русская редакция, 1998. - 440с.

3. Рапацевич Е.С. Словарь-справочник по научно-техническому творчеству. М.: 1994. с.

1.8 Контроль и оценка знаний По кредитной технологии обучения для всех курсов и по всем дисциплинам Казахского национального технического университета имени К.И.Сатпаева применяется рейтинговый контроль знаний студентов. Сведения об оценке знаний, осуществляемой по балльнорейтинговой системе в виде шкалы, где указываются все виды контроля.

При итоговом контроле знаний возможен один из трех вариантов распределения баллов (таблица), определенный рабочим учебным планом специальности.

Рейтинг каждой дисциплины, которая включена в рабочий учебный план специальности, оценивается по 100 - бальной шкале независимо от итогового контроля.

Для каждой дисциплины устанавливаются следующие виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, итоговый контроль.

Видами текущего контроля являются контрольные работы, рефераты, семестровые задания, коллоквиумы, выполнение лабораторных работ и др. К итоговому контролю относятся курсовой проект или курсовая работа и экзамен. В зависимости от видов итогового контроля применяется различная разбалловка видов контроля.

Распределение рейтинговых баллов по видам контроля вариантов контроля Сроки сдачи результатов текущего контроля должны определяться календарным графиком учебного процесса по дисциплине. Количество текущих контролей определяется содержанием дисциплины и ее объемом, которое указывается в учебно-методическом комплексе дисциплины.

по дисциплине «Современные методы проектирования»

Виды контроля: КР – курсовая работа, Л - лабораторная работа, РК – рубежный контроль.

Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового балла 30. Итоговый контроль считается сданным в случае набора 20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале.

Перечень вопросов для проведения контроля по модулям и промежуточной аттестации Вопросы для проведения контроля по 1 модулю:

1. Основные понятия и определения процесса проектирования 2. САПР. Основные понятия, обеспечения 3. САПР. Отличительные особенности проектирования САУ от других технических объектов.

4. Разработка теории и методики автоматизированного проектирования САУ 5. Особенности проектирования САУ 6. Этапы проектирования и проектные процедуры 7. Цели автоматизированного проектирования АСУТП 8. Этапы проектирования. Техническое задание 9. Этапы проектирования. Техническое предложение 10. Этапы проектирования. Этап эскизного проектирования 11. Этапы проектирования. Этап рабочего проектирования 12. Этапы проектирования. Этап испытаний Вопросы для проведения контроля по 2 модулю:

1. Технологическое проектирование 2. Классификация для автоматизации технологического проектирования (детали и элементы САУ) 3. Конструкторское проектирование. Основные этапы 4. Конструкторское проектирование. Функциональный анализ, стандарт схем АТП 5. Конструкторское проектирование. Разработка принципиальных решений 6. Конструкторское проектирование. Определение конфигурации и размеров устройств САУ 7. Развернутый и упрощенный способы выполнения схем автоматизации технологических процессов 8. Структурная схема микропроцессорной системы управления 9. Этапы разработки микропроцессорной системы АСУ ТП 10. Функциональная структура системы проектирования (метод пространств состояний, представление в частотной области) 11. Технико-экономическое обоснование проектируемых САУ. Общие положения 12. Надежность проектируемых САУ Вопросы для подготовки к промежуточной аттестации:

1. Формы представления математических моделей САУ. Дифференциальная форма (характеристики) 2. Формы представления математических моделей САУ. Дискретная форма в пространстве состояний 3. Многомерные и многосвязные системы (Общие сведения) 4. Многомерные и многосвязные системы. Канонический переход к описанию математической модели в пространстве состояний 5. Синтез регулятора методом модального управления. Постановка задачи 6. Синтез регулятора методом модального управления. Задание желаемой динамики 7. Синтез многомерного регулятора методом модального управления 8. Основные принципы построения наблюдающего устройства 9. Требования к выбору наблюдающего устройства 10. Агрегатирование, декомпозиция многомерной системы управления на отдельные подсистемы и децентрализация по входам (основные понятия) 11. Алгоритм построения агрегатированной системы сравнения сложной многосвязной системы управления 12. Принцип сравнения. Метод Ляпунова для построения агрегатированной системы сравнения 13. Декомпозиция. Процедура и математическая модель декомпозированной САУ 14. Децентрализация. Процедура и математическая модель декомпозированной САУ 15. Условие устойчивости многомерной многосвязной системы управления по агрегатированной системе сравнения 16. Формы представления математических моделей САУ. Операторная форма (по д.у. n-го порядка и по системе д.у. в пространстве состояний) 17. Формы представления математических моделей САУ. Интегральная форма (по д.у. n-го порядка) 18. Формы представления математических моделей САУ. Общие сведения получения математической модели в пространстве состояний ( m 0 ) 19. Формы представления математических моделей САУ. Нормальная форма описания математической модели в пространстве состояний ( m n ) 20. Формы представления математических моделей САУ. Нормальная форма описания математической модели в пространстве состояний ( m n ) 21. Формы представления математических моделей САУ. Каноническая форма описания математической модели в пространстве состояний 22. Формы представления математических моделей САУ. Интегральная форма (по системе д.у. в пространстве состояний) 23. Оценочные коэффициенты на функцию Ляпунова 24. Функция Ляпунова (производная и градиент) для САУ 25. Синтез регулятора методом модального управления. Алгоритм синтеза регулятора методом модального управления 26. Алгоритм синтеза дискретного наблюдающего устройства 1.9 Политика и процедура курса Студенты должны в обязательном порядке посещать занятия.

Задания для выполнения лабораторных работ и курсовой работы выдаются на первой неделе занятий и выполняются строго по выданному варианту. Курсовая работа и лабораторные работы выполняются в соответствии с требованиями к выполнению учебных работ КазНТУ. Сдача курсовой работы и лабораторных работ производиться в строго назначенное время и пересдаче после рейтингового контроля не подлежит.

Студент допускается к сдаче итогового контроля при условии сдачи всех видов контроля.

2. СОДЕРЖАНИЕ АКТИВНОГО РАЗДАТОЧНОГО МАТЕРИАЛА

2.1 Тематический план курса понятия и определения процесса проектирования проектирования САУ и его автоматизации систем автоматики и телемеханики в соответствии с действующими стандартами моделирование – первый этап эскизного проектирования систем автоматики системы сравнения для многосвязанной многомерной системы управления 2.2 Конспект лекционных занятий Лекция №1. Вводная лекция. Основные понятия и определения процесса проектирования 1. Основные понятия и определения процесса проектирования. Созданию любого объекта предшествует проектирование, означающее описание объекта, который должен быть создан. При этом под объектом проектирования понимают любой «объект», еще не существующий в действительности, например машину, процесс, систему, вычислительный комплекс и т.д. В дальнейшем объектом исследования будут системы автоматического управления (САУ).

Проект — совокупность проектных документов (технической Документации) в соответствии с установленным Единой системой конструкторской и технологической документации (ЕСКД, ЕСТД) перечнем, а также опытный образец, в которых представлен результат проектирования.

Проектирование (от лат. рго-jectus — «выдающийся вперед», «предварение») представляет собой процесс создания технической документации, опытных образцов и моделей объекта, необходимых и достаточных для его изготовления на заводе. Цель процесса проектирования состоит прежде всего в том, чтобы на основе априорной (исходной) информации и апостериорной (дополнительной) информации, получаемой в процессе проектирования, разработать техническую документацию, требуемую для изготовления объекта проектирования.

Автоматизация проектирования (АПр) – вначале термин «автоматизация проектирования» применяли во всех тех случаях, когда ЭВМ использовали для расчетов, связанных с проектированием. Сейчас этот термин относится к интерактивным системам, то есть к человеко-машинным системам, в которых проектировщик и ЭВМ при решении задач проектирования взаимодействуют друг с другом. При помощи АПр результаты проектирования объектов, в которых использовались новые идеи и технические средства, могут быстро сообщаться проектировщику в удобной для него форме. Кроме облегчения анализа и синтеза, АПр позволяет создавать необходимую документацию и проверять полученные результаты.

Система автоматизированного проектирования (САПР) (в соответствии с ГОСТом) — это комплекс программно-технических средств автоматизированного проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов, выполняющих автоматизированное проектирование.

Средства проектирования — это инструменты, орудия труда проектировщика:

карандаш, бумага, макеты, чертежные столы, ЭВМ и средства САПР САУ.

2. Особенности САУ, как объекта проектирования Обобщая характерные свойства САУ, можно выделить следующие их особенности:

1. Гетерогенность — физическая разнородность устройств и элементов, входящих в САУ.

2. Непрерывный динамический процесс их функционирования.

3. Многокритериальность условий их применения и работоспособности, при этом многие критерии противоречивы (точность и устойчивость, надежность и массогабаритные характеристики и т. д.).

4. Неопределенность задаваемых параметров и возмущающих воздействий, определяемая наличием не только внешних, но и внутренних «шумов», нестационарностью во времени параметров устройств САУ.

5. Внедрение микропроцессоров или управляющих ЦВМ (цифровых вычислительных машин) в САУ.

6. Наличие нескольких контуров управления, многомерность.

Эти основные свойства диктуют требования к проектированию и производству САУ как специфического класса технических систем. Серийное производство САУ является длительным дорогостоящим и весьма трудоемким процессом.

В отличие от других объектов машиностроения и приборостроения, являющихся обычно отдельными устройствами, САУ представляет собой систему из устройств, работающих в режиме управления заданным объектом. При этом большой вес приобретают такие проектные процедуры, как анализ устойчивости, качества и точности САУ, синтез регуляторов (в том числе на микропроцессорах), построение математических моделей объектов регулирования и отдельных устройств регуляторов, математическое моделирование, сборка и стыковка отдельных конструктивных узлов. При проектировании САУ существенное значение приобретает физическая разнородность, гетерогенность устройств, входящих в систему, и возмущающих воздействий, действующих на нее. В устройствах САУ используются практически все известные и пригодные для технического применения физические явления.

Это обстоятельство придает процессу проектирования САУ определенные особенности.

Заказы на устройства САУ приходится размещать не в одном, а в нескольких проектных предприятиях по специализации. Например, для САУ летательным аппаратом отдельные предприятия проектируют навигационные устройства; для САУ шагающего робота устройства зрения и ощущения также разрабатываются на специальных предприятиях.

При разработке принципиальной схемы САУ приходится учитывать реальные (не идеализированные) характеристики и физическую природу ее элементов, источники их энергии, способы преобразования форм энергии и сигналов, место включения управляющих воздействий; при разработке конструкции и технологии изготовления существенное значение приобретают операции сборки и согласования разнообразных конструкторских и технологических форм отдельных устройств; важное значение приобретает проектирование в составе САУ управляющих ЦВМ и микропроцессоров. На проектных предприятиях САУ, как правило, имеются отдельные подразделения по проектированию ЦВМ и микропроцессоров.

Испытания САУ становятся важнейшим этапом проектирования, так как никогда не удается при разработке принципиальных схем учесть все специальные конструктивные, технологические и физические свойства отдельных устройств, входящих в САУ.

К системам управления предъявляются следующие требования: надежность, экономичность, конструктивность, технологичность, прогрессивность, эргономичность, социальные требования, функционально-технические, безопасность и др.

Разработка теории и методики автоматизированного проектирования САУ технологическими процессами и техническими объектами представляет собой, несомненно, очень сложную проблему прежде всего в связи с трудностью формализации, или математического описания, и составления моделей протекания этих процессов. Действительно, если предположить, что процессы управления можно описать при помощи дифференциальных уравнений, то эти уравнения содержат в общем случае нелинейности, переменные и распределенные параметры, имеют десятки и сотни переменных со сложными взаимодействиями и возмущениями. Поэтому, с первого взгляда, составление модели такого процесса может показаться безнадежной задачей. Однако в случае АСУ ТП существует ряд факторов, облегчающих решение последней, к числу которых относятся:

- знание физической и химической сущности технологических процессов, накопленный опыт и интуиция, часто позволяющие уменьшить сложность математического описания процессов;

- большинство процессов проявляют себя как низкочастотные, что ведет к уменьшению числа переменных, необходимых для их описания;

- часто требуется, чтобы основным режимом работы было установившееся состояние, отклонение от которого должно быть наименьшим;

- сложный технологический процесс осуществляется совокупностью хотя и взаимодействующих друг с другом, но все же отдельных машин и аппаратов, что указывает на возможность декомпозиции и децентрализации управления на основе разбиения процессов на подпроцессы или подсистемы и сведения системы управления к иерархической структуре.

В общем случае системы регулирования представляют собой сложные нелинейные, нестационарные системы с распределенными параметрами. Но, к сожалению, общего метода анализа и синтеза таких САР не существует. Поэтому в практике расчета и проектирования САР и САУ широко применяют линейную теорию, что объясняется рядом причин:

1) методы решения нелинейных задач в случае достаточно сложных систем обычно требуют для своей реализации весьма сложных алгоритмов, а класс систем, для которых применимы эти алгоритмы, как правило, либо узок, либо не поддается точному определению;

2) многие процессы и объекты достаточно широко описываются линейными моделями;

3) линейное управление сравнительно легко реализуется и часто дает требуемые результаты;

4) при малых отклонениях относительно опорного режима или траектории возможна линеаризация.

Выбор вариантов является творческим, трудно формализуемым процессом.

3. САПР и его обеспечения САПР создается для конкретного проектного предприятия (проектирование навигационных приборов, оптико-электронных устройств, САУ турбогенераторов и т. д.).

Разработка САПР как инструментария проектировщика и внедрение инструментов САПР по мере их разработки является стратегией, позволяющей создавать именно автоматизированную систему проектирования. Приведем определения обеспечений САПР, из компонентов которых формируются инструменты проектировщика.

1. Техническое обеспечение САПР — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих аппаратных средств ЭВМ, устройств ввода-вывода, графопостроителей и печатающих автоматов, интеллектуальных терминалов, динамических моделирующих стендов.

2. Математическое обеспечение — совокупность математических моделей, математических методов и алгоритмов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

3. Программное обеспечение — совокупность программ, описаний и инструкций, в том числе пакетов программ, составленных на основе математического обеспечения и предназначенных для реализации проектных процедур на ЭВМ.

4. Лингвистическое обеспечение — это совокупность языков программирования, языков проектировщиков и правила формализации этих языков, представленных в форме, удобной для применения в составе САПР.

5. Информационное обеспечение — совокупность сведений, представленных на машинных носителях информации, в том числе баз данных и баз знаний, содержащих нормативы, справочные данные, типовые проектные решения, закономерности и правила проектного процесса, которые необходимы для выполнения автоматизированного проектирования.

6. Методическое обеспечение — это совокупность документов, устанавливающих правила и инструкции по эксплуатации инструментов (подсистем) САПР.

7. Организационное обеспечение — совокупность документов, устанавливающих организационную структуру САПР, формы и порядок прохождения проектных документов, изготовляемых средствами САПР; порядок взаимодействия должностных лиц, подразделений САПР и отделов проектной организации.

Построение инструмента САПР, состоящего из элементов этих обеспечений — сложный процесс, аналогичный созданию любого другого современного объекта промышленного производства. Например, инструмент для расчета такого распространенного элемента САУ, как электродвигатель (ЭД), включает в себя: технические средства для ввода исходных данных расчета характеристик ЭД (например, потребная мощность, пусковой момент, коэффициент полезного действия); компоненты математического обеспечения — формулы для расчета основных размеров ЭД, обмотки ротора и статора, магнитных цепей и т. д.;

компоненты программного обеспечения из соответствующих программ электромагнитного, геометрического и других видов расчета ЭД; компоненты лингвистического обеспечения, в том числе проблемно-ориентированный язык расчета ЭД, его базу данных — справочноинформащюнных материалов; результаты расчета печатаются в виде представленных в форме ЕСКД результатов расчета. Назначение компонентов других инструментов проектировщика ЭД соответствует целям применения этих инструментов.

САПР систем автоматического и автоматизированного управления техническими объектами имеют ряд характерных для них особенностей, отличающих их от большинства САПР других технических объектов. Этими особенностями являются:

1. При проектировании САУ основные трудности и наибольшая трудоемкость связаны с выбором структуры, информационных потоков, функциональных, динамических, логических и алгоритмических связей между подсистемами, в отличие от проектирования, например, сооружений, машин и т. д., когда основное внимание сосредоточено на этапах конструкторского и технологического проектирования.

2. Вычислительные машины, люди и потоки информации между ними входят в состав не только САПР САУ, но и являются составными элементами проектируемой системы управления. Поэтому САПР может рассматриваться не только как обобщенная модель процесса проектирования САУ определенного класса, но и как информационно-динамическая модель конкретной системы управления в процессе ее нормальной эксплуатации, так как информационные потоки и необходимость их обработки существуют не только в процессе проектирования, но и при нормальной эксплуатации САУ.

3. В настоящее время практика проектирования САУ состоит в том, что вначале проектируются технологические процессы, а уже потом — управляющая ими система.

Поэтому при проектировании последней объект управления необходимо рассматривать как малоизменяемую часть системы, большинство свойств и характеристик которой уже фиксировано.

4. Математические модели САУ составляются в условиях существенно неполной информации об объекте управления, о действующих на него возмущениях, а также в условиях неполной измерительной информации и при наличии помех.

5. Системам управления обычно адекватны не статические, а логико-динамические модели высокой размерности, учитывающие принципиальную структурную особенность систем управления, представляющих собой системы с обратной связью, для которых важными условиями работоспособности являются динамическая устойчивость, управляемость, наблюдаемость и поведение в динамике.

6. САПР САУ должны предусматривать возможности исследования вопроса о рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ в процессе эксплуатации системы управления.

7. САУ характеризуются пространственной разнесенностью подсистем, объединяемых в единую систему рационально спроектированными потоками информации между ними.

4. Этапы истории развития САПР САУ.

40-е годы: В инструментарий проектировщика 40-х годов таких сложных изделий, как например управляемые беспилотные самолеты, входили: логарифмическая линейка, арифмометр, карандаш и бумага у разработчика (теоретика, главного конструктора);

«кульман» и готовальня у конструктора; чертежные столы у технолога, макеты для «испытаний металлом», летно-конструкторские испытания всей системы в целом у испытателя. Процесс проектирования при этом сводился к сочетанию приближенных расчетов, конструкторских прорисовок и испытаний металлом. Начиная с середины 40-х годов к этим инструментам присоединились ЭВМ, в основном аналоговые, на которых решались некоторые из проектных задач.

50-е годы: Системы автоматизированного проектирования как научно-техническое направление возникло на основе длительного применения ЭВМ в проектном деле начиная с 50-х годов. К середине 50-х годов в этой области был накоплен уже значительный опыт анализа устойчивости и переходных процессов на АВМ и ЦВМ не только «плоского», но и «пространственного» движения летательных аппаратов и судов.

Была перенесена на ЭВМ часть работ по испытаниям САУ и ее отдельных устройств, т.к.

стоимость и недостоверность результатов этих испытаний были весьма велики. Именно в это время выявилась необходимость моделирования в реальном времени процессов динамики САУ.

60-е годы: этап создания типовых программ и комплексов по анализу, синтезу САУ, расчету их отдельных элементов, конструкторскому проектированию печатных плат и отдельных узлов машиностроительных устройств. Появился термин «Машинное проектирование», который в течение 60-х годов сводился к появлению многих частных типовых программ расчета и конструирования, часто составленных в машинных кодах; объем таких программ достигал сотен тысяч команд, требовал работы многих программистов; в такие программы трудно было вносить изменения и дополнения.

70-е годы: С начала 70-х годов начинается этап построения пакетов программ машинного проектирования — комплексов из программных модулей, снабженных управляющей программой, создающей удобства пользователю для решения задач проектирования. Появившиеся пакеты программ анализа и синтеза САУ в основном были ориентированы на программистов и узкий круг пользователей-специалистов по САУ, хорошо владеющих алгоритмическими языками. В это время появляются пакеты программ, получившие распространение в учебном процессе и промышленности для анализа и синтеза ряда САУ.

80-е годы: Временем завершения «пакетного этапа» в области САПР можно считать 80-е годы, когда пакеты программ стали перерастать в подсистемы САПР — инструменты проектировщика, содержащие компоненты всех семи обеспечений САПР.

90-е годы: Увеличивающиеся возможности ЭВМ позволили создать программные среды для проектирования САУ любым технологическим процессом. Распространение INTERNET увеличило информационную базу по примерам проектирования САУ.

Лекция №2. Этапы процесса проектирования систем автоматики и телемеханики в соответствии с действующими стандартами Этапы проектирования и проектные процедуры.

Проектирование как сложный итерационный процесс реализуется по этапам. Обычно этапы проектирования САУ задаются ГОСТом или ОСТом данной отрасли промышленности, а уточняется на конкретном предприятии.

1 Этап согласования технического задания обычно реализуется во взаимодействии предприятия-«заказчика» и предприятия-«проектировщика». Заказчик, естественно, стремится получить от проектировщика все, что он хотел бы воплотить в проекте.

Проектировщик исходит из конкретных возможностей проектного предприятия и тех необходимых в проектном деле и сохраняемых на непредвиденные случаи запасов ресурсов, а также предварительных заделов по аналогичным разработкам, которыми он располагает.

Техническое задание (ТЗ) бывает двух типов: на проектирование САУ по известным прототипам с указанием существенных отличий и на проектирование новой САУ с детальным перечислением всех существенных свойств и характеристик. В любом случае идейная основа задания на проектирование исходит от «заказчика», который в условиях возрастающей конкуренции должен внимательно следить за мировым уровнем САУ вообще и конкретным их использованием в той или иной предметной области. «Заказчик» и «проектировщик» при разработке ТЗ должны обязательно убедиться в существовании решения задач проектирования.

В результате согласования появляется ТЗ как официальный документ, который содержит десятки листов текста, выполняется по ГОСТ и утверждается заказчиком и проектировщиком.

2 Этап технического предложения предназначен для исследования и разработки принципов построения САУ, определения возможности выбора готовых или разработки новых ее устройств, определения путей и способов проектирования. На этом этапе формируется принципиальная схема САУ, осуществляются предварительные расчеты и оценки динамических, точностных и других характеристик САУ. Применяются анализ прототипов САУ, математическое моделирование и испытания прототипов, макетов САУ и ее устройств. Осуществляются предварительные конструкторские и технологические проработки по стыковке устройств САУ и самим устройствам. Подготавливаются частные ТЗ на устройства и элементы САУ. Этап завершается защитой «аванпроекта» — предварительного проекта, который, развивая ТЗ, дает следующую итерацию проекта.

Аванпроект обычно представляет собой достаточно объемный комплект документов, как правило, текстовых, выполненных по ГОСТ. Этот документ в отличие от ТЗ содержит не только задание, условия и ограничения, но и предварительные данные по будущей САУ — варианты структурных и функциональных схем всей системы и ее устройств, расчеты динамики и точности, массы и габаритов, предложения по конструкторским и технологическим решениям.

3 Этап эскизного проектирования начинается с результатов предыдущего этапа и заканчивается принципиальной схемой САУ и ее устройств. Именно принципиальные схемы, выбранные и детально обоснованные на этом этапе расчетами, моделированием, испытаниями на макетах, служат основой для разработки конструкторской и технологической документации по изготовлению САУ и ее устройств на заводе «в металле». Принципиальные схемы являются неотъемлемой частью проекта, что качественно отличает этот этап от предыдущих.

На этапе эскизного проектирования осуществляется декомпозиция (разбиение) САУ на устройства, а устройств — на элементы. Документация, выпускаемая на этом этапе, за исключением принципиальных схем, называется эскизной. Она носит временный характер и служит для изготовления отдельных экспериментальных макетов и образцов устройств САУ и контрольно-измерительной аппаратуры (КИА). Такая документация содержит эскизы конструкций, технологических карт, монтажных схем, условий технической эксплуатации, предварительное программное обеспечение. По этой эскизной документации на опытном производстве изготовляются макеты устройств САУ и КИА. Макеты устройств САУ объединяются в комплексные стенды, на которых начинается реализация наиболее трудоемких и сложных проектных процедур САУ — стыковки отдельных ее устройств и элементов — методами стендовых испытаний и физического моделирования.

Параллельно проводятся расчеты САУ. Составляются математические модели объекта управления, устройств САУ, алгоритмы работы мини- и микропроцессоров; решаются задачи анализа и синтеза регуляторов в САУ, оптимизации ее параметров, вырабатываются вычислительные алгоритмы для мини- и микропроцессоров САУ. В дальнейшем проводятся конструкторские расчеты устройств САУ на прочность, жесткость, определяются моменты инерции и центры тяжести, составляются программы для микропроцессоров САУ, осуществляются и рассчитываются надежность, стабильность, отлаживается программное обеспечение мини- и микропроцессоров САУ; проводится детальное технико-экономическое обоснование проекта. Эскизный проект выпускается в виде нескольких книг текстовой и эскизной конструкторской документации. На научно-техническом совете предприятия производится защита эскизного проекта. По результатам эскизного проекта вносятся изменения и уточнения в ТЗ, проводится оценка заказчиком правильности движения процесса проектирования к главной цели, соответствия этой цели принятых проектировщиком технических решений и принципов.

4 Этап рабочего проектирования предназначен для разработки полного комплекта технической документации, необходимой и достаточной для изготовления - САУ и ее устройств на заводе. Начало этого «витка» процесса проектирования - принципиальные схемы и другие результаты эскизного проекта, его конец — электрические, кинематические, монтажные схемы; конструкторские чертежи общего вида и деталей, спецификации комплектующих изделий и материалов; программная документация для мини- и микропроцессоров - инструкции программиста, описание программ, листинги;

технологическая документация - технологические карты, маршруты. В соответствии с требованиями ГОСТов, ЕСКД в проекте должны быть следующие обязательные документы:

1. Чертежи деталей. 2. Сборочный чертеж. 3. Теоретический чертеж. 4. Габаритный чертеж. 5.

Монтажный чертеж. 6. Схема. 7. Спецификации. 8. Ведомость спецификаций. 9. Ведомость согласования документов. 10. Ведомость паспортов изделий. 11. Ведомость согласования применения покупных изделий. 12. Ведомость держателей подлинников. 13. Технические условия. 14. Программа и методика испытаний. 15. Таблицы результатов испытаний. 16.

Конструкторские расчеты. 17. Документы на прочие расчеты. 18. Патентный формуляр. 19.

Условия эксплуатации. 20. Документы на ремонтные работы. 21. Карта технического уровня и качества продукции.

По ЕСТД, технологическая документация содержит 14 документов, один из них графический (карта эскизов), остальные текстовые, в том числе: 1. Маршрутная карта. 2.

Ведомость деталей сборочных единиц. 3. Типовой технологический процесс. 4. Карта технологического процесса. 5. Операционная карта.

В процессе рабочего проектирования по конструкторской и технологической документации изготовляются опытные образцы САУ и ее устройств. Завершается этап рабочего проектирования изготовлением опытных образцов и их автономными испытаниями.

5 Этап испытаний является неотъемлемой частью процесса проектирования. Испытания проводятся начиная с первых этапов и продолжаются до окончания проекта. Вначале испытаниям подвергаются макетные образцы САУ и ее устройств, составленные из элементов прототипов проектируемой САУ, затем технологические образцы, изготовляемые на опытном производстве по эскизной документации. Во время лабораторных испытаний детально проверяются методами физического эксперимента (испытанием металлом) функционирование, динамические и точностные характеристики, стабильность, надежность и другие характеристики предполагаемых в проекте структур и схем САУ и ее устройств. При этом задаются завышенные по отношению к требованиям ТЗ возмущения и условия эксплуатации. Это делается, чтобы выявить уже на ранних этапах проектирования непригодные проектные решения и в то же время чтобы убедиться в правильности принципиальных проектных решений. Стенды с аппаратурой САУ, подлежащей лабораторным испытаниям, как правило, составляются и сохраняются в течение всего процесса проектирования. По результатам лабораторных испытаний оформляются протоколы, которые включаются в отчеты по аванпроекту, эскизному проекту и в техническую документацию проекта в целом.

Заводские испытания проводятся после получения опытных образцов, в том числе готовых комплектующих САУ устройств и элементов, изготовления не выпускаемых промышленностью устройств и элементов САУ. Эти испытания осуществляются на заводе и предназначены для проверки функционирования САУ и всех ее характеристик после сборки и стыковки устройств системы в заводских условиях. Аналогичные испытания проводятся по каждому из устройств САУ. Для САУ на этом этапе важнейшее значение имеет соединение (стыковка) отдельных устройств. Сложные САУ нуждаются в совместных испытаниях входящих в них устройств, так как эти устройства проектируются и изготовляются на разных предприятиях (для САУ летательного аппарата, например, это навигационные приборы, БЦВМ, гидроприводы; для САР турбогенератора — электрические машины, микропроцессоры, насосы, сервоприводы). Такие испытания, называемые также межведомственными, служат для выявления работоспособности САУ в целом, установления соответствия ТЗ стыковочным характеристикам устройств САУ, локализации мест неисправностей и т. д.

Протоколы заводских испытаний входят в техническую документацию проекта.

Завершают этот этап натурные испытания САУ. Так как при всех перечисленных видах испытаний не удается воспроизвести реальную обстановку эксплуатации САУ (полет летательного аппарата, работу тахогенератора в городской сети и т. д.), то во время таких испытаний., проводимых специальной комиссией с участием заказчика и государственной приемки, САУ работает в тех же условиях и на тех же объектах, для которых она проектируется (полет опытного самолета, движение шагающего робота по полной программе, работа тахогенератора под нагрузкой и т. д.). Протоколы результатов натурных испытаний являются одним из основных документов проекта.

В процессе серийного производства и эксплуатации САУ она подвергается также периодическим контрольным и регламентным испытаниям для установления ее работоспособности и прогнозирования возможных дефектов на заданный период работы.

После испытаний, если они прошли успешно, проект (вся техническая документация и опытные образцы САУ) поступают на серийное производство, в основном мелкосерийное и среднесерийное.

2. Уровни автоматизации этапов проектирования.

1 уровень (уровень отдельных прикладных программ) характеризуется автоматизацией отдельных операций стадий анализа и синтеза. Эти операции далее называются элементарными проектными операциями. Каждый программный модуль операций позволяет решить с помощью ЭВМ содержательную в терминах ТАУ задачу. К числу таких задач относятся, например, приведение уравнений объекта к форме Коши, аналитическое конструирование оптимальных регуляторов, анализ устойчивости системы и т. п.;

2 уровень (уровень пакетов прикладных программ), когда объединение программных модулей ЭПО в пакет прикладных программ позволяет автоматизировать отдельную стадию или весь этап проектирования;

3 уровень — САПР САУ.

Выделим некоторые признаки, отличающие САПР от предыдущих двух уровней автоматизации.

Комплексность (или системность). Этот признак заключается в том, что автоматизация проектирования должна пронизывать весь процесс проектирования от «завязки» проекта САУ (разработки технического предложения) до выпуска рабочих чертежей деталей системы, обеспечивающих ее изготовление, либо программ для управляющей ЭВМ, если процесс проектирования не содержит пятого этапа. Этот признак подразумевает возможность включения САПР САУ в САПР объекта управления.

Простота общения с ЭВМ. Это означает наличие: а) технических средств (например, дисплея), б) входного языка, близкого к естественному профессиональному языку пользователя, е) средств вывода информации из ЭВМ в форме, близкой к принятой документальной, г) возможности диалога с ЭВМ, в процессе которого пользователь может получать промежуточные результаты, изменять ход дальнейших вычислений,, а также исходные промежуточные данные, не повторяя без необходимости проделанных вычислений заново.

Быстродействие, под которым подразумевается достаточно малое время (3 ~ 5 мин) выполнения ЭВМ каждого этапа проектирования. Это время необходимо для осуществления диалога пользователя (специалиста в области ТАУ — на третьем этапе, инженера-электрика или инженера-механика — на четвертом этапе, конструктора — на пятом этапе и технолога — на шестом этапе) с ЭВМ в естественном для человека ритме.

3. Цель и содержание автоматизированного проектирования АСУ ТП следующие:

1. Составление математической модели объекта управления и внешней среды по имеющейся априорной информации и результатам идентификации действующих объектов или их физических моделей.

2. Структурный синтез, включающий составление предварительной структурной схемы САУ на основании анализа особенностей технологического процесса, определение необходимых информационных потоков, оценку возможности получения измерительной информации, нахождение точек приложения управляющих воздействий, учет возможностей декомпозиции системы и распределение функций управления по соответствующим уровням (распределенные системы).

3. Составление математической и имитационной модели всей системы управления.

4. Синтез законов регулирования, управления, координации и алгоритмов их реализации.

5. Определение режимов интерактивного взаимодействия в реальном масштабе времени с ЭВМ, входящими в состав СУ.

6. Анализ полученных результатов при помощи средств имитационного и полунатурного моделирования.

7. Формулировка требований и рекомендаций по выбору ЭВМ и других технических средств, входящих в состав СУ.

8. Уточнение и внесение корректив в ТЗ.

9. Составление документации.

Лекция №3. Автоматизация математического моделирование при эскизном проектировании При математическом моделировании, моделировании на ЭВМ, в качестве объекта моделирования выступают исходные уравнения, представляющие математическую модель объекта, в качестве модели – процессы, протекающие в соответствии с этими уравнениями и воспроизводимые на ЭВМ путем реализации программ (ЦВМ).

Математическое моделирование как один из инструментов автоматизированного проектирования, включает в себя соответствующие компоненты основных обеспечений системы автоматического проектирования (САПР) и служит для воспроизведения и исследования систем автоматического управления (САУ) и их устройств на ЭВМ с целью эффективной замены макетирования на всех этапах проектирования САУ. Так, математическое моделирование динамики САУ позволяет значительно уменьшить объемы макетных испытаний и осуществить:

1). Решение таких проектных задач, как анализ функционирования САУ, их устройств и элементов;

2). Исследование влияния изменения параметров и возмущающих воздействий на стабильность характеристик САУ, выбор структурной схемы САУ по задаваемым проектировщиком критериям;

3). Оценки устойчивости, динамических и статических ошибок для различных значений параметров выбранной структурной схемы и возмущающих воздействий.

Приведение к виду, удобному для моделирования, одинаково необходимо при моделировании на ЭВМ, поскольку непосредственная реализация исходных математических моделей САУ оказывается практически невозможной из–за несоответствия этих математических моделей средствам их воспроизведения на ЭВМ (существующие численные методы интегрирования, соответствующие лингвистические и программные компоненты и т.д.). Такое несоответствие устраняется путем понижения исходных уравнений, замены переменных и других эквивалентных преобразований с целью исключения неустойчивых звеньев, операций дифференцирования, "не реализуемых" на ЭВМ нелинейных звеньев.

На некоторые объекты подача внешних воздействий возможна в нескольких различных точках. Такие объекты называются многомерными или объектами с несколькими входами.

1. Различные формы представления объектов в пространстве состояний В настоящее время при проектировании систем большая часть математических моделей представляется дифференциальными моделями, т. е. дифференциальными уравнениями. В частности, используются два основных подхода к представлению динамических систем математическими моделями: один использует представление процессов в системах и самих систем в переменных входы-выходы, т. е. реальных действующих на систему воздействиях (входы) и измеримых физических переменных, характеризующих динамические процессы и интересующих исследователя (выходы), а другой подход использует представление в переменных состояния.

Пусть линейная стационарная система описывается обыкновенными линейными дифференциальными уравнениями n–го порядка с постоянными коэффициентами:

где t– непрерывное время;

t0 – начальное время;

u(t ) R1 – управляющее воздействие;

y(t) – выходной сигнал.

При представлении уравнения (1) в переменных входы-выходы, вводится в рассмотрение операторы связи между входными и выходными сигналами – передаточные функции:

Представление систем в переменных входы-выходы имеет в основном технические преимущества: исследователь имеет дело с физическими переменными не только в конечном результате, но и на промежуточных этапах, и зачастую имеет возможность сопровождать теоретическое исследование экспериментом. Но при таком представлении математические описания различных систем и блоков даже в линейном случае получаются разнотипными в зависимости от порядков числителей и знаменателей их передаточных функций.

Более единообразное и удобное по форме математическое описание динамических систем с помощью дифференциальных уравнений можно получить, если ввести вместо некоторых (или всех) выходных переменных получившие название переменных состояния. Описание системы в этих переменных дается системой дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных относительно первых производных, т. е. уравнений в форме Коши:

где x(t ) x1 (t ) x2 (t )... xn1 (t ) xn (t ) – вектор состояний объекта управления;

компоненты вектора х1, х2,..., хп – переменные состояния.

A – матрица, размерности (n n) с элементами:

В – вектор–столбец, размерности (n1) с элементами:

Эта форма имеет ряд преимуществ с точки зрения аналитических исследований: она позволяет облегчить и унифицировать доказательства ряда теорем, получить однотипные алгоритмы для исследований и вычислений динамических показателей в системах различных порядков и т. д.

Уравнения (1) и (3) должны быть эквивалентными в том смысле, что, зная решение одного из них, можно однозначно получить решение другого. Для этого переменные х(t) и у(t) должны быть, прежде всего, связаны однозначной функциональной зависимостью:

Должны также выполняться условия существования решений, а для большинства практических задач также условия их единственности. Число переменных состояния хi(t) должно равняться порядку п уравнения (1) (в линейном случае — порядку знаменателя передаточной функции (2)). Условия существования и единственности решений выполняются, если u(t) – кусочно непрерывные функции, а функции f() удовлетворяют условиям Коши — Липшица.

Переход от уравнений в переменных входы-выходы к уравнениям в переменных состояния неоднозначен: выполняя различные преобразования, для одной и той же системы можно получать различные значения матриц А, В, С, соответствующие различным базисам векторного пространства состояний.

Уравнения в переменных состояния имеют то преимущество, что они представляют собой совокупность простых единообразных по форме уравнений первого порядка, допускающих получение в достаточной мере единообразных методов математического анализа и синтеза систем, а также единообразных алгоритмов для численных методов решения этих задач на ЭВМ. Уравнениями в переменных состояния часто предпочитают пользоваться для доказательства теорем, получения аналитических выводов и построения программ для ЭВМ.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся способы приведения к переменным состояния уравнения (1): нормальная форма и каноническая форма. В случае нормальной формы могут иметь место три перехода в зависимости от степени m в уравнении 1.

Нормальная форма (m=0). Пусть математическая модель объекта управления имеет вид:

Рассмотрим нормальную форму, в основе которой лежит преобразование y (t ) x1 (t ). В соответствии с данным преобразованием другие элементы уравнения (1) имеют вид:

Разрешив последнее уравнение из (6) относительно переменные xi (t ), i 1, n, можно получить систему:

..........

Система дифференциальных уравнений (7) первого порядка представляет собой математическую модель в пространстве состояний. Матричную форму системы (7) можно x(t ) x1 (t ) x2 (t )... xn1 (t ) xn (t ) :

Введя обозначения:

можно переписать (8):

где t– непрерывное время;

t0 – начальное время;

x(t)Rn – вектор состояний объекта управления;

u(t ) R1 – управление;

A – матрица, размерности (n n) с элементами:

В – вектор–столбец, размерности (n1) с элементами:

cT – вектор наблюдаемости.

Система (9) является матричной формой описания математической модели объекта в пространстве состояний. Характеристический полином в случае описания математической модели в виде (9) можно получить по формуле:

где Е – единичная матрица размерности, соответствующей матрице А.

Лекция №4. Преобразование форм математического описания многомерных систем управления. Каноническая форма. Декомпозиция.

1. Каноническая форма для одномерных систем.

По передаточной функции системы управления:

можно получить математическую модель в пространстве состояний в канонической форме:

где А – диагональная матрица, по главной диагонали которой расположены ее собственные значения:

Получить y1 и y2 можно через передаточную функцию:

Матрица управляемости состоит из элементов:

Тогда математическую модель в пространстве состояний можно получить в соответствии со следующими преобразованиями:

2. Каноническая форма многомерных систем.

На некоторые объекты подача внешних воздействий возможна в нескольких различных точках. Такие объекты называются многомерными или объектами с несколькими входами.

Примером двумерного объекта может служить свободный гироскоп, допускающий возможность воздействия через моментные датчики как на ось вращения внешнего, так и ось вращения внутреннего кольца карданова подвеса.

Структурные схемы двумерного объекта управления приведены на рисунке 1.

а) многомерный объект; б) многомерный многосвязный объект По передаточной функции многомерной системы управления:

можно получить математическую модель в пространстве состояний в канонической форме:

где А – диагональная матрица, по главной диагонали которой расположены ее собственные значения:

входные и выходные сигналы представляют собой вектора:

Получить y1 и y2 можно через передаточную функцию:

Матрица управляемости состоит из элементов:

Тогда математическую модель в пространстве состояний можно получить в соответствии со следующими преобразованиями:

............................................

3. Декомпозиция сложной многомерной системы.

Декомпозиция исходной системы управления объектами – разбиение на отдельные подсистемы. В результате ее применения, математическая модель исходной системы управления (1) будет иметь структуру, состоящую из Sk, k 1, l, подсистем, связанных между собой различными входо–выходными связями. Каждая подсистема будет описываться математической моделью:

где xk (t ) R Dk M nk,nk ( R) – матрицы, размерности (nknk), с элементами:

Dkv M nk, nv ( R) – матрицы, соответственно размерности (nknv) с элементами:

Матрица D в блочном виде может быть представлена:

подсистем;

внедиагональные матрицы Dkv M nk, nv ( R), k v, k, v 1, l – матрицы связи, определяют взаимосвязи между подсистемами.

Рассмотрим процедуру построения уравнений сравнения для отдельных подсистем S k, k 1, l без учета взаимосвязей между подсистемами, т.е. при условии, что матрицы Математические модели для изолированных подсистем в соответствии с (2) представляются в следующем виде:

Лекция №5. Автоматизированный синтез систем автоматики 1. Синтез регулятора методом модального управления.

Помещение всех корней (полюсов) замкнутой системы в любые наперед выбранные положения составляет предмет интенсивно разрабатываемой в настоящее время теории, называемой теорией модального управления. Происхождение термина «модальное управление» можно объяснить тем, что корням соответствуют составляющие свободного движения системы, называемые иногда модами.

Отличительной особенностью данного подхода является то, что регулятор обычно синтезируется как система без памяти. То есть предполагается, что выход регулятора или управляющий сигнал u(t) в момент времени t является функцией от вектора состояния x(t), или его оценки x (t ) в тот же момент времени t.

Пусть математическая модель объекта управления задана в виде системы дифференциальных уравнений:

Формирование пропорционального закона регулирования вида:

где k k1 k 2... k n – вектор настраиваемых параметров, обеспечивает в замкнутой системе наперед заданную динамику процесса:

Вектор k в этом случае не содержит динамических (т.е. инерционных, интегрирующих, дифференцирующих) звеньев, хотя может быть зависящей от времени.

Надлежащим выбором вектора настраиваемых параметров k можно получить желаемые значения корней характеристического полинома:

соответствующих компонентам в выражении для решения системы (1) (модам), при заданных начальных условиях x0 (t ) x (t 0 ), t 0, :

Метод определения такого закона регулирования, называется методом модального управления. Желаемая динамика замкнутой системы уравнения задается следующим образом:

1). Матрица D, размерности (n n) ;

2). Характеристический полином замкнутой системы:

3). Корни характеристического полинома замкнутой системы:

4). Корни характеристического полинома замкнутой системы, соответствующие желаемой степени устойчивости : p1= –, p2= –,…,pn= –.

При использовании цифровой ЭВМ в контуре управления в качестве регулятора, на вход которого подается вектор состояния непрерывного объекта, а с выхода снимаются управляющие входные воздействия объекта, возникает необходимость учитывать реакцию непрерывной системы на кусочно–постоянный вход.

Таким образом, при синтезе регулятора, модель которого будет реализована в ЭВМ, переходят к дискретной модели непрерывной системы автоматического регулирования с кусочно–постоянным входом, и с периодом дискретизации T t ( n 1) t ( n) =const0, где n = 0, 1, 2,... – дискретное время.

Постановка задачи синтеза регулятора методом модального управления. Пусть математическая модель дискретного объекта управления описывается системой дискретно– разностных уравнений:

где A=E + A`T, B= B`T (под A` и B` подразумеваем A и B из уравнения (1));

n = 0, 1, 2,... – дискретное время, Е – единичная матрица.

Требуется с помощью пропорционального закона управления:

u(n) k T x(n), обеспечить в замкнутой системе наперед заданную динамику процесса.

Алгоритм решения поставленной задачи.

Шаг 1. Формирование матрицы H1:

Шаг 2. Получение коэффициентов характеристических полиномов разомкнутой и замкнутой систем управления. Характеристические полиномы разомкнутой и замкнутой систем управления имеют вид:

Шаг 3. Формирование вспомогательного вектора d:

Шаг 4. Формирование матрицы H2:

Шаг 5. Вычисление произведения 2–х матриц:

Q H2 H1T.

Шаг 6. Определение обратной матрицы Q–1.

Шаг 7. Определение элементов вектора настраиваемых параметров:

Шаг 8. Проверка правильности решения задачи:

Шаг 9. Выдача проектного решения: выдается структура алгоритма управления и найденный вектор настраиваемых параметров k:

2. Обеспечение желаемой динамики системы управления.

Постановки и решения задач синтеза оптимального управления зависят от критерия качества или от вида желаемой динамики системы управления. При постановке задачи модального управления возникает проблема выбора и определения желаемой динамики замкнутой системы. Если все составляющие вектора состояния объекта х могут быть измерены (полная информация о векторе состояния), то обеспечение заданного расположения корней замкнутой системы не вызывает трудности. Но прежде возникает вопрос о расположении корней, к которому следует стремиться. Этот вопрос решают с учетом свойств конкретного объекта. В частности, вид переходного процесса определяется не только полюсами (корнями), но и нулями замкнутой системы. Если передаточная функция замкнутой системы не имеет нулей, то при выборе ее характеристического полинома можно руководствоваться стандартными формами.

3. Метод стандартных коэффициентов. Рассмотрим замкнутую систему, описываемую дифференциальным уравнением Внешнее воздействие f(u(t)) будем принимать в виде ступенчатой функции величиной an, а начальные условия предполагать нулевыми.

Чтобы обеспечить «оптимальное» протекание реакции x(t), предлагались различные распределения корней характеристического уравнения Биномиальные стандартные формы. Одно из предложений заключается в обеспечении одинаковости всех корней характеристического уравнения, причем n-кратный корень должен быть действительным отрицательным, со значением модуля 0, определяемым требованиями к быстродействию системы (чем больше 0, тем меньше время регулирования). Тогда левая часть характеристического уравнения обращается в бином Ньютона ( s 0 ), разворачивая который, получаем стандартные (желаемые) значения коэффициентов характеристического уравнения. Для систем до восьмого порядка включительно вид левой части характеристического уравнения представляется формулами:

Полиномы Баттерворта. Другое «оптимальное» расположение корней, предложенное Баттервортом, состоит в том, что корни при соблюдении одинаковости угловых расстояний распределяются по полуокружности радиуса 0 в левой полуплоскости s (рисунок 1а). С помощью соотношений, связывающих корни с коэффициентами характеристического уравнения (теорема Виета), можно в каждом случае составить выражения стандартных коэффициентов.

Левые части характеристических уравнений с такими стандартными коэффициентами приводятся определяются по формулам:

Стандартные формы Баттерворта, как и биномиальные стандартные формы, характеризуются симметричным распределением коэффициентов, что является специфической особенностью всех систем, корни которых расположены в плоскости s на одной и той же окружности (уравнение с биномиальными коэффициентами представляет частный случай, характеризуемый расположением всех корней в одной точке упомянутой окружности).

Реакции систем Баттерворта на ступенчатое воздействие, по сравнению с аналогичными реакциями биномиальных систем, более колебательны. Но во многих случаях они соответствуют интуитивному представлению об оптимальном переходном процессе.

оптимального дискретного наблюдающего устройства.

Полиномы, минимизирующие функционалы. В настоящее время понятие оптимального переходного процесса связывают с минимизацией какого-либо оптимизирующего функционала.

При f (t ) an и нулевых начальных условиях простейшим оптимизирующим функционалом является интеграл от квадрата ошибки системы:

Нормируем уравнение (1.1), для чего коэффициенты при первом и последнем членах подчиним соотношению и введем новую независимую переменную Уравнение системы (1,лекция №5) примет тогда вид Функционал (1) можно получить в виде явной функции коэффициентов qt:

где Минимизируя этот функционал по всем параметрам qi, находим стандартные формы левой части нормированного уравнения (2), а при учете соотношения (3) и a0=1—стандартные формы левой части характеристического уравнения сстемы. Эти стандартные формы для систем от первого до третьего порядка приводятся в виде формул:

Реакция на ступенчатое воздействие системы, оптимизированной по квадратичному критерию, по сравнению с реакцией системы Баттерворта обладает несколько большей колебательностью.

2. Построение оптимального дискретного наблюдающего устройства.

Наблюдающее устройство является, как правило, динамической системой, включающей модель объекта, замкнутую безинерционной обратной связью.

Пусть дискретная математическая модель объекта управления задана в виде системы дискретных уравнений Математическая модель дискретного наблюдающего устройства, позволяющего восстанавливать все элементы вектора состояний x(n), недоступные для измерения, по выходному сигналу y(n), имеет вид Задача построения наблюдающего устройства заключается в выборе такой последовательности L(n), n=0,1,2,..., чтобы на траекториях движения наблюдающего устройства минимизировался выбранный критерий качества.

Введем ошибку восстановления вектора состояния e(n) y(n) y(n).

Выберем квадратичный критерий качества в виде J e 2 (n).

Постановка задачи построения оптимального дискретного наблюдающего устройства.

Если математическая модель объекта управления (1) обладает свойством наблюдаемости, то можно синтезировать наблюдающее устройство, т.е. необходимо выбрать последовательность настраиваемых параметров наблюдающего устройства таким образом, чтобы на траектории движения минимизировался квадратичный критерий качества:

Алгоритм построения оптимального наблюдающего устройства Шаг 2. Моделирование движения управляемого объекта Шаг 3. Определение значения вектора настраиваемого параметра наблюдающего устройства Шаг 4. Моделируем движение оптимального дискретного наблюдающего устройства Шаг 5. Определяем значение выбранного квадратичного критерия качества на n+1 шаге Шаг 6. Сверяем значение полученного критерия качества с заданной точностью восстановленных компонентов вектора ошибок Если это неравенство выполняется, то переходим к шагу 9. Иначе переходим к следующему шагу 7.

Шаг 7. Получаем последующее значение матрицы ошибок восстановления Шаг 8. Увеличиваем дискретное время n=n+1 и осуществляем следующую итерацию – переходим к шагу 2.

Шаг 9. Выдача проектного решения: структура математической модели наблюдающего устройства и значение вектора настраиваемого параметра L(n).

Лекция №7. Построение агрегатированной системы сравнения для многосвязной многомерной системы управления Пусть математическая модель многосвязной системы управления имеет структуру, состоящую из k–го количества подсистем, связанными между собой различными входо– выходными связями.

Каждая k–я подсистема описывается математической моделью во второй нормальной форме где t – непрерывное время;

t0 – начальное время;

S k, k 1, l – математическая модель подсистемы k 1, l ;

l – количество подсистем;

Ak – матрица состояний подсистемы k 1, l, размерности nk nk с элементами x1 R p, x2 R r,…, xk R t – вектор переменных состояний подсистем k 1, l ;

u k (t ) R1 – управляющие сигналы;

При построении агрегатированной системы сравнения необходимо реализовать алгоритм, состоящий из следующих шагов.

Шаг 1. Построение математической модели многомерной системы сравнения, учитывая уравнения связи между подсистемами.

Установление связи между входами и выходами подсистем.............

.............

где k 1, l ;

Aij, i j – диагональные матрицы, отражающие внутреннюю динамику подсистем;

Aij, i j – внедиагональные матрицы, отражающие взаимосвязи между подсистемами (если Aij 0, i j, то соответствующие подсистемы не связанны).

элементов блочной матрицы системы Шаг 2. Получение оценочных коэффициентов на выбранную функцию Ляпунова, на производную от функции Ляпунова и на норму градиента функции Ляпунова.

Получение выражения функции Ляпунова для каждой подсистемы (1) где Hk – симметрическая положительно–определенная матрица.

Получение выражения производной функции Ляпунова и нормы градиента функции Ляпунова gradVk ( x) Получение оценочных коэффициентов и проверка неравенств где c1k, c2 k, c3 k, c4 k – оценочные коэффициенты, выражающиеся через собственные значения Шаг 3. Построение уравнения сравнения.

математическая модель которой будет иметь вид где константная матрица М имеет вид:

Шаг 4. Исследование свойства устойчивости многосвязной сложной системы на основе уравнения сравнения.

Данный шаг осуществляется на основе следующего критерия: матрица (3) размерности l l устойчива в том и только в том случае, если все ее четные последовательные главные миноры положительны, а нечетные – отрицательны Основные понятия о методе сравнения. Пусть свободное движение системы S описывается дифференциальным уравнением где xR, вектор-функция f=(f1,…,fn) определена, непрерывна и дифференцируема на некотором открытом множестве T R, где T =[0, ), Здесь и в дальнейшем используется евклидова норма Полагаем, что f(0, t)0, т. е. что существует равновесие х = 0; предположим также, что в области определения функции f() выполняются неравенства Пусть х(t; t0, x0) - решение уравнения (2) при начальных условиях t0, x0.

Равновесие х=0 называется экспоненциально устойчивым, если для любых начальных значений из области можно выбрать такие два положительных числа M и, что для всех t t0 справедливо неравенство где z 0 M x 0, будет мажорантой для кривой x(t;t 0,x 0 ).

Для экспоненциально устойчивых систем Н. Н. Красовским доказана теорема, формулировка которой приводится без доказательства.

Теорема 5.1. Если каждое решение х(t; t0, x0) системы (2) удовлетворяет условию (3) экспоненциальной устойчивости положения равновесия х=0, то в области x существует функция Ляпунова V(t, х) такая, что ее полная производная по времени V в силу уравнений движения x Ax имеет знак, противоположный знаку V. Функция V удовлетворяет оценкам где c1, c2, c3 и c4, - вещественные числа, V dV, Отметим три основных случая.

1. Условия теоремы всегда выполняются для линейных стационарных асимптотически устойчивых систем (т. е. систем с постоянными коэффициентами). В этом случае функция Ляпунова не зависит от t и представляет собой квадратичную форму где H - постоянная определенно положительная симметрическая матрица, а числа c1, c2, c3 и c могут быть выражены через собственные значения матрицы H.

2. Для нестационарных линейных систем (уравнений с переменными коэффициентами) при выполнении условий экспоненциальной устойчивости (3) существует функция Ляпунова V(t, х), удовлетворяющая для всех t условиям (4) и имеющая вид квадратичной формы где H(t) – постоянная определенно положительная симметрическая матрица с переменными во времени элементами hij (t) 3. В случае нелинейной системы выполнение условий (3) также достаточно для существования функции Ляпунова, удовлетворяющей неравенствам (4), но. функция Ляпунова V(t, х) при этом может отличаться от квадратичной формы указанного вида.

Из неравенств (4) вытекают важные дифференциальные неравенства, которые могут быть использованы для построения мажорирующих систем сравнения. Рассмотрим несколько основных типовых случаев.

Доказательство неравенства неуправляемого объекта в пространстве состояний описывается системой д.у.:

Чтобы получить уравнение сравнения функция Ляпунова имеет вид:

Функция V удовлетворяет оценкам где c1, c2, c3 и c4, - вещественные числа.

Доказательство V ( x ) z (t ), т.е. решение дифференциального неравенства мажорируются решением д.у. сравнения.

При t в устойчивой системе x 0 и, следовательно, функция Ляпунова V также стремится к нулю. Из нeравенства (3) следует:

Неравенство при этом усиливается, и мы получаем:

Это линейное дифференциальное неравенство, на основе которого можно получить мажоранту и построить мажорирующую модель сравнения. Для этого рассмотрим дифференциальное уравнение которое получается из (6), если в нем заменить знак неравенства знаком равенства. Будем называть уравнение (7) соответствующим неравенству (6), или же порожденным этим неравенством. Решение уравнения (7):

Представим неравенство (6) в виде дифференциального уравнения:

где ( t ) неизвестная функция времени, о которой можно сказать лишь то, что она неотрицательна для всех t t 0, для которых выполняется неравенство (6). Тогда решение уравнения (9) при нулевых условиях V (t0 ) V0 будет иметь вид:

Поскольку ( t ) положительна, можно, отбросив интеграл, получить неравенство:

При выборе начальных условий в виде V0 z 0, правая часть (8) становится равной решению (8), и мы получаем:

Что и требовалось доказать.

Доказательство x (t ) V ( x ), т.е. норма решений исходной системы мажорируется решениями дифференциального неравенства относительно переменной V ( x ) Так как функция V удовлетворяет оценкам c1 x 0. Получим:

Извлекая из обеих частей последнего равенства квадратный корень, получаем линейное относительно x неравенство:

получим:

Отсюда следует:

Что и требовалось доказать.

Лекция №8. Технико-экономическое обоснование и надежность проектируемого устройства 1. Общие положения по технико-экономическому обоснованию проектируемого устройства. При работе над курсовым проектом рассчитывают систему, выбирают функциональную схему, рассчитывают электрическую схему и, наконец, разрабатывают конструкцию устройства. На всех стадиях проектирования разработчик, анализируя всевозможные варианты, выбирает лучший, однако лучшим может быть только тот вариант, который является наиболее экономически эффективным. Автор проекта должен уметь определять результирующие показатели экономической эффективности новой разработки, уметь экономически мыслить и иметь навыки самостоятельной творческой работы по технико-экономическому обоснованию проектируемого устройства.

Рекомендации по технико-экономическому обоснованию проектируемого устройства включают в себя следующие этапы: изучение основных вопросов экономического обоснования новых разработок; выбор объекта-аналога (объект-аналог должен быть выбран в процессе работы над проектом, когда рассматриваются различные варианты решения поставленной задачи, либо должен задаваться в задании на проект); качественный анализ сравниваемых вариантов по рекомендуемым показателям; расчет абсолютных значений капитальных вложений и годовых эксплуатационных расходов; приведение сравниваемых вариантов к тождественному эффекту.

2. Технико-эксплуатационные показатели объектов сравнения. Системы автоматического управления могут быть по своему назначению и основным техникоэксплуатационным показателям сведены в таблице 1. По объекту-аналогу необходимо изучить и описать принцип действия, функциональную и электрическую схемы и конструкцию, ознакомиться с характерными особенностями производства и эксплуатации (использования) приборов данного назначения.

Далее осуществляется предварительный сравнительный анализ факторов, определяющих состав и количественные значения технико-эксплуатационных параметров объектов данного вида. Реализация прогрессивных технических решений возможна только при комплексном рассмотрении взаимосвязей между системой, схемой, конструкцией, технологией, производством и эксплуатацией. Качественный сравнительный анализ взаимосвязей в основном должен быть направлен на определение степени выполнения двух противоречивых групп требований по объекту-аналогу.

Первая группа требований, вызванная условиями хозяйственной жизни, необходимостью совершенствования техники и др., предполагает усложнение принципа действия систем, увеличение числа схемных элементов и др. При этом возрастают вес, габариты и стоимость объекта, снижается его надежность, усложняется использование и обслуживание объекта.

Вторая группа требований вызвана в основном расширением областей использования объектов и включает в себя весьма жесткие требования к весу, габаритам, размещению, надежности, в отношении механических и климатических воздействий и др.

Далее осуществляется качественный сравнительный анализ влияния изменения техникоэксплуатационных параметров на изменение капитальных и эксплуатационных расходов по рекомендуемому варианту. Результаты проведенного анализа должны отражать в основном направление изменения указанных экономических показателей (таблица 1).

Таблица 1 - Наименование технико-эксплуатационных.показателей 1 Механические измерительные приборы +++- -+-++-+- - -+- -+- - -+ (манометры, топливомеры, расходомеры, моментомеры) 2 Электромеханические комбинированные +++- -+-++-+- - -+- -+- - -+ приборы 3 Астрономические секстанты и ориентаторы + + + - - + - + + - + - - + + - - - - - - + 4 Автоматизированные системы измерения +++-++-++-+- -++- - - -+-+ параметров электрических сигналов 5 Системы измерения дальности +++- -+++-++++- - - - - -+-+ 6 Системы измерения скорости движения +++-+++++++++- - - - - -+-+ объекта 7 Системы измерения угловых координат +++-+++++++++- - - - - -+-+ объекта 8 Приборы для измерения и регулирования +++-+- - - - - - - - - - - - - - - -+ параметров 9 Счетно-решающие приборы и +++-+- -++- - - -+- - - -+- -+ вычислительные машины 10 Следящие системы различных установок +++++- -++-++++- - - - - - -+ (приводы радиолокационных станций, авиадвигателей, фотослжения, цифровые и 13 Системы управления производственным +++-++-++-+-+- -++- - - -+ объектом и группами объектов Примечание. Знаком (+) обозначены учитываемые факторы, знаком (-) — не учитываемые.

3. Особенности расчета надежность проектирования систем. Проблема повышения надежности проектирования систем, и прежде всего их программного обеспечения, стала предметом интенсивных исследований, начиная примерно с конца 70-х годов, и сохраняет свою актуальность до настоящего времени в связи с массовой информатизацией и расширением спектра вновь создаваемых систем: информационных, вычислительных, управляющих, принятия решений, автоматизации проектирования.

Значительный объем исследований был посвящен поиску универсальных подходов, принципов и методов проектирования, направленных на предотвращение либо исключение ошибок проектирования, начиная с ранних этапов проектирования. Однако анализ опыта построения систем позволяет прийти к заключению, что, с целью обеспечения высокого уровня надежности проектирования систем, целесообразно создавать специализированные технологии проектирования с учетом типа проектируемых объектов и их тиражности, уровня требований к качеству конечных продуктов, допустимых затрат на разработку и реализацию технологии, специфики проектных организаций и др. Тогда предметом исследования становится вопрос о том, как строить надежные технологии проектирования разных типов систем, включая научно-методическое, языковое и инструментальное обеспечение процесса проектирования.

В рамках цикла исследований по повышению надежности специализированных технологий проектирования, проведенном в Институте проблем управления РАН, разработан и проверен на практике общий метод построения технологии проектирования повышенной надежности для некоторого типа объектов путем модификации базовой (имеющейся или известной) технологии с целью предотвращения и/или исключения проектных ошибок на основе техники формализации знаний разработчиков.

Акцент на формализацию знаний делается в связи с подтвержденной на сегодня возможностью достичь уровня надежности проектирования, недоступного для других подходов, и возможностью гибко сочетать известные подходы и методы формализованного проектирования с учетом имеющихся ресурсов на разработку и применение конкретной технологии.

Применение предлагаемого метода к некоторой базовой технологии проектирования состоит из трех последовательных этапов:

1) экспертный анализ потенциальных источников недостаточной надежности в базовой технологии;

2) модификация технологии по составу и содержанию операций технологического процесса проектирования с привлечением специальных методов и приемов повышения надежности, так или иначе включающих действия по формализации первичных знаний разработчиков;

3) разработка или адаптация научно-методического, языкового и инструментального обеспечения для модифицированной технологии.

К рекомендуемым подходам и методам повышения надежности с использованием техники формализации знаний, которые оправдали себя на практике и могут использоваться в разных сочетаниях в рамках одной технологии проектирования, относятся построение формализованных спецификаций и критериев правильности, верификация (доказательство правильности) на разных этапах проектирования, различные методы формализованного анализа, формализованные методы тестирования и диагностирования проектных ошибок.

Чтобы повысить скорость и качество разработки вновь создаваемых надежных технологий проектирования и повысить эффективность использования известных частных решений для более или менее сходных объектов проектирования, оказалось возможным для основных подходов по повышению надежности проектирования предложить типовые схемы решения задач разработки требуемого обеспечения. Эти схемы рассчитаны на перенос и/или адаптацию имеющихся частных решений по аналогии на новые объекты проектирования и дополнены проверенным на практике способом защиты от неправомочных аналогий.

Надежность современных автоматизированных систем управления технологическими процессами является важной составляющей их качества и необходимым условием обеспечения безопасности объектов. Научно обоснованный анализ надежности и безопасности АСУТП предусмотрен требованиями государственных и международных стандартов. Готовность организаций и предприятий, разрабатывающих и эксплуатирующих АСУТП, выполнять научно обоснованный анализ их надежности и безопасности является обязательным условием государственной и международной сертификации. Такой анализ необходим практически на всех этапах жизненного цикла АСУТП и, прежде всего, на стадиях проектирования, внедрения и промышленной эксплуатации. Главной конечной целью анализа является своевременное получение достоверной информации, необходимой для выработки и реализации обоснованных решений в области обеспечения надежности АСУТП и безопасности предприятий.

В основе научного анализа надежности и безопасности современных сложных и высокоразмерных АСУТП лежат математические модели и компьютерные технологии. С их помощью должны осуществляться расчеты значений необходимых показателей, решаться задачи оптимизации, синтеза, выработки и обоснования управленческих решений. От обеспечения возможности достаточно точно и оперативно решать указанные задачи непосредственно зависит экономичность, ресурсосбережение и конкурентоспособность современного производства.

Лекция №9. Особенности автоматизированных систем управления. Стандарт построения автоматизированной системы управления 1. Как объект анализа, АСУТП современных предприятий можно охарактеризовать рядом особенностей, которые необходимо учитывать в математических моделях их надежности и безопасности:

Современные АСУТП как правило состоят из большого числа элементов (до нескольких сотен и даже тысяч);

Структуры современных АСУТП характеризуются высокой сложностью;

На различных этапах жизненного цикла структуры АСУТП могут существенно изменяться;

Элементы АСУТП характеризуются большим разнообразием типов (механические, электронные, эргодические, программные, обработки сигналов, обработки информации, датчики, исполнительные устройства, переключатели и т.д.);

Существенно неоднородными могут быть функциональные связи элементов и подсистем в АСУТП (механические, электрические, информационные, организационные и др.);

В АСУТП часто применяются многофункциональные элементы;

Возможно наличие элементов АСУТП с более чем двумя состояниями ;

Могут иметь место стохастические зависимости параметров надежности элементов;

Современные АСУТП, как правило, являются многофункциональными, что приводит к необходимости строить модели и анализировать их надежность и безопасность по каждой функции отдельно и по различным их комбинациям;

В АСУТП, например, нефтехимической промышленности, отказы элементов могут 10.

приводить к возникновению различных аварийных ситуаций. Поэтому надежности и безопасности АСУТП (в указанном смысле) необходимо анализировать одновременно;

Надежность и безопасности АСУТП может существенно зависеть от наличия и 11.

реализации различных видов обеспечения - энергетического, информационного, технического обслуживания, ремонта и др.;

Современные АСУТП могут являться как системами I-го типа (имеют два вида 12.

состояний - полной работоспособности или полного отказа), так и системами II-го типа (имеют более двух видов состояний работоспособности, отказа и риска функционирования);

АСУТП в процессе эксплуатации могут иметь разные режимы технического 13.

обслуживания. Поэтому в процессе анализа их необходимо рассматривать и как невосстанавливаемые и как восстанавливаемые системные объекты;

Основным способом обеспечения надежности и безопасности современных АСУТП 14.

является введение структурной и функциональной избыточности;

Цели, задачи, показатели и методики анализа надежности могут существенно 15.

различаться в зависимости от режима, условий работы, этапа жизненного цикла АСУТП (исследование, проектирование, эксплуатация, модернизация) и конкретной области применения (типа, вида, класса АСУТП, предприятия, организации).

Указанные особенности приводят к тому, что моделирование и расчет надежности и безопасности современных АСУТП становится сложной и во многом еще не разрешенной научной, технологической и методической проблемой. До настоящего времени в организациях и на предприятиях промышленности моделирование и расчет надежности и безопасности АСУТП не производится ни на стадиях проектирования, ни в процессе эксплуатации.

Существующие в настоящее время технологии автоматизированного моделирования и расчета надежности и безопасности реализуются на практике по единой общей методике, которая характеризуется следующими тремя основными этапами:

1. Формализованной постановки задачи моделирования и расчета показателей надежности и безопасности систем, которая включает в себя:

разработку структурных моделей (схем) исследуемых свойств системы (надежности, безопасности, сценариев возникновения и развития аварийных ситуации и др.);

задание критериев, определяющих обобщенные условия реализации свойств надежности и безопасности АСУТП;

определение значений показателей надежности и безопасности элементов АСУТП.

2. Автоматического построения (с помощью ЭВМ) математических моделей, необходимых для выполнения расчетов и проведения анализа надежности и безопасности АСУТП в целом.

3. Выполнения (на основе построенных с помощью ЭВМ математических моделей) расчетов системных показателей надежности и безопасности, решения задач оптимизации, синтеза и подготовки информации, необходимой для выработки и обоснования различных управленческих решений, по вопросам обеспечения требуемого уровня надежности и безопасности исследуемой АСУТП.

автоматизированной системы проводится на основе межгосударственного стандарта ГОСТ 21.408-93, который определяет правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов. Настоящий стандарт устанавливает состав и правила оформления рабочей документации систем автоматизации технологических процессов и инженерных систем (далее - систем автоматизации) проектируемых объектов строительства различного назначения. Требования настоящего стандарта распространяются на рабочую документацию технического обеспечения АСУ ТП, разрабатываемую по ГОСТ 34.201. Стандарт не распространяется на рабочую документацию систем автоматизации централизованного управления энергоснабжением.

На схеме автоматизации изображают:

1) технологическое и инженерное оборудование и коммуникации (трубопроводы, газоходы, воздуховоды) автоматизируемого объекта (далее - технологическое оборудование);

2) технические средства автоматизации или контуры контроля, регулирования и управления*;



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«  Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИНСТИТУТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ Российской академии наук ДИРЕКТОРА ИМГ РАН Слева направо: М.А. Мокульский (директор Института с 978 по 988 год), д.ф.-м.н Е.Д. Свердлов (директор Института с 988 по 006 год), академик РАН С.В. Костров (директор Института с 006 г. по наст. время), член-корр. РАН ДИРЕКЦИЯ ИМГ РАН (03 ГОД) Слева направо: Верхний ряд: С.В. Костров, Е.Д. Свердлов, Н.Ф. Мясоедов, Б.О. Глотов, В.З. Тарантул; Нижний ряд:...»

«Государство Израиль Система судов Мелкие иски – разъяснительное пособие для волонтера Отдел кадров Отдел организационного развития и повышения качества управления 2004 1 Государство Израиль Судебная система Правила поведения волонтера в судах и в бюро исполнительного производства * Определения: Суд: включая бюро исполнительного производства. * Общие положения: Работе в стенах суда обязывает волонтера соответствовать наивысшим моральным и профессиональным стандартам. Действия волонтера должны...»

«ОГЛАВЛЕНИЕ стр. 1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ – ПЕДИАТРИЯ, ЕЁ МЕСТО В СТРУКТУРЕ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ.3 2 КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ..3 3 ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ.8 4 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ..8 4.1 Лекционный курс..8 4.2 Клинические практические занятия..12 4.3 Самостоятельная внеаудиторная работа студентов.17 5 МАТРИЦА РАЗДЕЛОВ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ФОРМИРУЕМЫХ В НИХ ОБЩЕКУЛЬТУРНЫХ И ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ.19 5.1 Разделы...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТ Р СТАНДАРТ 22.1.12РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 2005 Безопасность в чрезвычайных ситуациях СТРУКТУРИРОВАННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ. Общие требования Издание официальное Москва ИПК Издательство стандартов 2005 ГОСТ Р 22.1.12-2005 Предисловие Задачи, основные принципы и правила проведения работ по государственной стандартизации в Российской Федерации установлены ГОСТ Р...»

«Открытое акционерное общество Всероссийский научно - исследовательский институт гидротехники имени Б.Е. Веденеева УТВЕРЖДАЮ: Научный руководитель – первый заместитель генерального директора, д. т. н. В. Б. Глаговский 2013 г. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ по государственному контракту № 22-ФБ/4-439-1669 от 13.08.2013 г. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА ПРАВИЛ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И БЛАГОУСТРОЙСТВА КУЙБЫШЕВСКОГО, САРАТОВСКОГО, ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ Этап Проведение акваториального районирования...»

«Техническая нота6013A X06 - X44 - X11 - X40 - X76 - X61 - X57 - X65 - X85 - X53 - X48 - X77 - X90, и МАРКА RENAULT X64 - X84 - X56 - X74 - X91 - X29 - X54 - X73 - X66 - X63 - X83 - XTP - X24 - XRQ - X70, и МАРКА RENAULT - X94 - X45 - X35 - X95 - X81 Моторные масла 17-е издание В следующих таблицах указываются классы вязкости и качества масел, которые необходимо использовать в зависимости от окружающей температуры при эксплуатации автомобиля. АПРЕЛЬ 2009 77 11 329 853 Edition Russe Методы р е м...»

«УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ Накопители электрической энергии для их использования в энергоустановках на возобновляемых источниках энергии для специальности 140202– Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии Москва 2012 Раздел 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДИСЦИПЛИНЕ 1.1. Специальность. 140202 – Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии 1.2. Учебная программа дисциплины 1.2.1.Введение. Возобновляемые источники энергии: виды (ВИЭ), особенности, ресурсы. Использование ВИЭ в мире и...»

«Информационно-поисковая система СтройКонсультант - Регламент Дата Номер У твержд ен Наименование утвержд ения Регламент Отраслевые твенные ноеские ты 4) рование и ьство льных д орог Об утвержд ении Положения об У правлении научно-технических Приказ 23 08.05.2009 Росавтод ор исслед ований, информационного обеспечения и ценообразования Фед ерального д орожного агентства Метод ические рекоменд ации по защите от транспортного шума территорий, ОДМ 218.2.013-2011 13.12.2012 Росавтод ор прилегающих к...»

«ТАТАРСТАН УКАзАТЕЛЬ РЕСПУБЛИКАСыНдА БИБЛИОГРАфИЧЕСКИХ ЧыККАН БИБЛИОГРАфИК ПОСОБИй КУЛЛАНМАЛАР РЕСПУБЛИКИ КРСТКЕЧЕ ТАТАРСТАН 1973 елдан бирле чыга издается с 1973 года 2010 №2 (232 – 653) ОБЩИй ОТдЕЛ 232. Бурганова Л. А. ревизия ценностей науки управления / л. а. бурганова // вестн. Кту. – 2011. – № 3. – с. 219 (13 назв.). 233. восприятие и воздействие информации : учеб.-метод. пособие / [сост. Ю. н. дрешер, в. л. дрешер]. – Казань : Медицина, 2009. – с. 38 – 39 (13 назв.). 234. Государственная...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное научное учреждение РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МЕЛИОРАЦИИ (ФГНУ РосНИИПМ) МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ПОЧВ ОТ ЭРОЗИИ Научный обзор Новочеркасск 2010 УДК 631.459:504.5367 5 ББК 20.1 М 524 Научный обзор подготовлен сотрудниками ФГНУ РосНИИПМ: докторами сельскохозяйственных наук, профессорами Балакаем Г. Т., Полуэктовым Е. В.; кандидатами сельскохозяйственных наук Балакай Н. И., Бабичевым А. Н.,...»

«17:01-05 ru Издание 2 Тахограф на потолочной консоли 131506 Scania CV AB 2004, Sweden 1 713 956 Оглавление Оглавление Техническое описание Общие сведения Тахограммы Кодированный сигнал Меню Соединения Описание работ Демонтаж и монтаж Калибровка и согласование Тестер Пломбирование Диагностика неисправностей Коды неисправностей 2 17:01- Scania CV AB 2004, Sweden Техническое описание Техническое описание Общие сведения 1 Традиционный тахограф заменен прибором нового типа, который отделен от...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра экономической теории Одобрена: Утверждаю: кафедрой менеджмента и ВЭД предприятия Декан ФЭУ В.П.Часовских протокол № 8 от 5 апреля 2012 г. Зав.кафедрой _ В.П. Часовских методической комиссией ФЭУ Протокол № 8 от 26 апреля 2012 г. Председатель НМС ФЭУ Д.Ю. Захаров Программа учебной дисциплины ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ОПД.Ф.02 для направления 080500.62– менеджмент Кафедра экономической теории Семестр 1,2...»

«№33 (308) 2 ноября 2012 Молодёжь поможет сделать компанию инновационной Сегодня завершается третья конференция молодых специалистов инженерно технических служб Сило вых машин. У внедрения инноваций. Также Еле частие в ней принимают на Валериевна поприветствовала молодые специалисты ин тех, кто впервые принял участие в женерно технических конференции – молодых специали служб нашей компании, КТЗ, ЭМ стов КТЗ и ЭМАльянса. Альянса, а также студенты магис Следом к участникам обратил тры профильных...»

«Производственное, научно-исследовательское и ® проектно-конструкторское учреждение Венчур 195251 Санкт-Петербург, ВЕНЧУР ул. Политехническая д.29 тел. (812) 535-5782 E-mail : vatin@mail.ru www.stroikafedra.spb.ru Том 1. ОТЧЕТ Обследование памятника истории и культуры: Коневский Рождество-Богородичный мужской монастырь Южный корпус по адресу: Ленинградская область, Приозерский район, о. Коневец Книга 1. Научно-технический отчет Книга 2. Обмерные чертежи Шифр ОБ-00161/1 Утверждаю Научный...»

«ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (123) 2013 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ В. Ю. КОБЕНКО УДК 621.396:681.2 Омский государственный технический университет ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНА ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ ШКАЛЫ ФОРМ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ Определен диапазон идентификационной шкалы, измеряющей формы распределения вероятности. Проведено уточнение уже имеющихся и добавлены новые отметки идентификационной...»

«Институт инноватики ii.spb.ru 1 Министерство образования и науки Российской Федерации САНКТ–ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ИННОВАТИКИ Учебно методический комплекс Управление инновационными проектами Под ркдукцией профессора И.Л. Туккеля Санкт-Петербуррг Санкт-Петербург СПбГПУ Институт инноватики ii.spb.ru Нет ничего более трудного в планировании, более сомнительного в успехе, более опасного в управлении, чем создание нового порядка вещей. Всякий раз, когда враги...»

«ЛЕнинградский обЛастной коЛЛЕдж куЛьтуры и искусства ЕжЕгодная всЕроссийская выставка Содержание Ежегодная всероссийская выставка “ТерриТория ТворчесТва” Приветственное слово 4 Художественное оформление и макет Ксении Полушкиной В оформлении использованы фотоработы Валентина Блоха и фотографии из архива колледжа Издание осуществлено при техническом содействии издательского дома Соберивиайпи.ру История выставки Подписано в печать 04.10. Типография ООО “Цветпринт” 191119, г. Санкт-Петербург...»

«Для служебного пользования 84 Экз..N! МОИСЕЕВ Владимир Васильевич УдК 678.762.2-134.622.2 678.762.2-134.532 547.563; 547.522.2 РАЗРАБОТКА МАЛООТХОДНЫХ ТЕХНОЛОГИИ J СИНТЕЗА ЭЛАСТОМЕРОВ И УЛУЧШЕНИЕ ИХ КАЧЕСТВА Диссертация на соискан11е ученой степени доктора техническJJХ наук ~Of'O ;II;OJ{.ЛЩtt' Химия высокомолекулярных соединений 02.00.06J МОСКВА~ г. t9S!I...»

«Руководство пользователя по сигнальным процессорам семейства SHARC ADSP-2106x Санкт-Петербург 2002 Предполагается, что информация предоставленная компанией Analog Devices Inc. является точной и достоверной. Тем не менее, компания Analog Devices Inc. не несет ответственности за использование этой информации, а также за нарушения патентов или прав третьих сторон, которые могут возникнуть при использовании этой информации. Никакая лицензия не предоставляется ни прямо, ни косвенно, на объекты,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ГОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра менеджмента и ВЭД предприятия УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Дисциплина СД.02 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Направление 080500.62 - менеджмент Разработчик УМК доцент Акчурина Г.А. Екатеринбург 2012 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра менеджмента и внешнеэкономической деятельности предприятия Программа учебной дисциплины...»





Загрузка...



 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.