Введение

Большинство технологических процессов (ТП) химической и пищевой промышленности с позиции управления являются сложными объектами, т.к. в них обычно присутствуют взаимные связи между входными управляющими и выходными управляемыми технологическими параметрами .Создание эффективных систем управления такими объектами на базе традиционных средств аналоговой техники может быть связано со значительными трудностями, а в ряде случаев вообще невозможно.

При синтезе систем автоматического управления, реализуемых на средствах вычислительной техники (ВТ), появляется возможность разработки достаточно сложных алгоритмов оптимального цифрового управления, что позволяет наиболее полно учесть особенности объектов управления. Этого можно достичь за счет исключения трудоемких аналитических преобразований, т.к. при синтезе цифровых систем основные этапы расчета выполняются на ЭВМ с использованием численных методов.

Основой математического аппарата построения цифровых систем являются разностные схемы, описывающие функционирование дискретных систем, которые значительно проще с точки зрения их анализа и программной реализации, нежели дифференциальные уравнения, применяемые для описания непрерывных систем.

Моделирование и синтез оптимальных цифровых систем управления (ЦСУ) может проводиться как с использованием широко известных языков программирования (C, Pascal и др.), так и с помощью вычислительных математических пакетов (Mathcad, Maple и др.).

Цифровые регуляторы, компенсаторы не только заменяют по несколько аналоговых, но и реализуют дополнительные функции, выполнявшиеся ранее другими устройствами (проверка номинальных режимов, подстройка параметров регуляторов и др.), или совершенно новые функции (обмен информацией между регуляторами, взаимное резервирование, реализация адаптивных законов управления и др.). На основе цифровых регуляторов могут быть построены системы управления любых типов, включая многомерные системы с перекрестными связями, возмущениями. Цифровая техника получает все более широкое распространение в управлении технологическими процессами и со временем полностью вытеснит традиционную аналоговую.

К сожалению, до настоящего времени не издано учебной литературы, в которой содержался бы всесторонний подход к анализу и синтезу методов цифрового управления, позволяющих непосредственно ими воспользоваться при разработке структуры ЦСУ и управляющих алгоритмов для объектов различных классов.

Авторы сделали попытку системного подхода к аналитическому конструированию систем цифрового управления, включая такие вопросы, как способы описания объектов и идентификация моделей, вариации алгоритмов при переходе от объекта к объекту, чувствительность к изменению динамики объекта и такту квантования, сравнительное исследование различных структур управления. Многие результаты, представленные в учебном пособии, были получены в ходе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре “Информационные и управляющие системы” Воронежской государственной технологической академии.

Задача синтеза оптимальной ЦСУ заключается в определении структур системы, цифровых регуляторов и компенсаторов, а также их параметров, соответствующих оптимуму критерия оптимизации по дискретному динамическому описанию объекта управления, полученному на этапе идентификации. При этом для различных структур систем управления используются соответствующие методы синтеза.

После выполнения всех этапов моделирования необходимо провести исследование оптимальной системы управления на модели с целью оценки ее возможной эффективности в реальных условиях, т.е. при последующей реализации на средствах ВТ для управления конкретным технологическим объектом.