Институт ядерной энергетики (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого» в г. Сосновый Бор Кафедра «Проектирования и эксплуатации АЭС»

Реферат

по дисциплине «Системы оптимального управления энергоустановками АЭС»

Тема: «Оптимальные системы автоматизированного управления исполнительным механизмом»

Выполнил

студент гр. В51901/11: Д.Э. Мендес

(подпись)

Проверил

проф.: А.Е. Серов

(подпись)

Сосновый Бор

2016

ПЛАН

2016 1

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Основные классы задач оптимального управления 9

2. Оптимальное по расходу энергии управление исполнительным двигателем постоянного тока 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 21

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 3

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Основные классы задач оптимального управления 9

2. Оптимальное по расходу энергии управление исполнительным двигателем постоянного тока 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 18

Перечень сокращений

АЭС	– атомная электрическая станция;
АСУ	– автоматизированная система управления;
АСР	– автоматическая система регулирования;
ИМ	– исполнительный механизм;
ОУ	– объект управления;
ППС	– прикладная программная среда;
ПФ	– передаточная (ые) фнкция (и);
РД	– редуктор;
РО	– рабочий орган;
САУ	– система автоматического управления;
ТАР	– теория автоматического регулирования;
ТАУ	– теория автоматического управления;
ТП	– тиристорный преобразователь;
УУ	– устройство управления;
ЭД	– электродвигатель.

Введение

1. Управление – это процесс воздействия на объект управления с целью обеспечения требуемого качества протекания процессов в нём или требуемого состояния.

2. Объект управления – обобщающий термин кибернетики и теории автоматического управления, обозначающий устройство или динамический процесс, управление поведением которого является целью создания системы автоматического управления. Объекты управления в технических системах состоят из двух функциональных частей – сенсорной и исполнительной.

3. Устройство управления – техническое средство, осуществляющее в соответствии с заданным алгоритмом управления воздействие на объект управления.

4. Система управления – совокупность взаимодействующих между собой объектов управления и устройств управления. Системы управления бывают следующих основных видов:

• САУ – не требуется вмешательство в процесс управления человека;

• АСУ –предполагается обязательное участие человека в процессах управления;

• система ручного управления – человек выполняет все функции управления.

1. Задачи управления в технических системах разделяются на:

• анализ системы (рисунок 2):

• задана структура системы;

• заданы входные сигналы;

• заданы выходные сигналы;

• необходимо определить реакцию системы, т.е определить X_вых;

Рисунок 2 – Задача анализа

• синтез системы (рисунок 3):

• заданы сигналы управления;

• заданы сигналы возмущения;

• задана реакция системы X_вых по техническим условиям на систему;

• необходимо выполнить выбор структуры – такой, чтобы получить необходимую реакцию системы X_вых.

Рисунок 3 – Задача синтеза

• оптимизация системы (рисунок 4):

• задана структура системы;

• задаются различные сигналы возмущения;

• задана реакция системы X_вых по техническим условиям на систему;

• необходимо найти такой характер управления (оптимальное управление), который бы соответствовал заданным параметрам.

Рисунок 4 – Задача оптимизации

6. Оптимизация – это процедура поиска, в некотором смысле, наилучшего решения поставленной задачи. Для характеристики качества выбираемого решения в технических системах, вводится скалярная величина – критерий качества J (критерий оптимальности).

7. Примеры критериев качества технических систем управления: быстродействие, энергосбережение, производительность, экономичность, массогабаритные характеристики, точность, и др.

Оптимальным решением является то, которому соответствует экстремальное значение критерия: минимальное или максимальное в зависимости от постановки задачи:

где:

– критерий качества в задачах статической (обычной) оптимизации представляет собой функцию одной или нескольких величин, решением которой является набор численных значений этих величин;

– критерий качества в задачах динамической оптимизации является функционалом, т.е. аргументами его являются одна или несколько функций времени или пространственной координаты, а искомым решением является вектор-функция, доставляющая экстремальное значение критерию оптимальности.

Если искомой функцией является управление (или регулирующее воздействие) u(t), то такая оптимизационная задача называется задачей об оптимальном управлении. Решение u’(t) в виде функции времени представляет собой оптимальное управление в разомкнутой системе, которое должно осуществляться в объекте на некотором интервале Т в будущем. Такое решение может быть использовано, например, в дискретной системе автоматического регулирования в пределах шага дискретизации Δt = Т, в системах программного регулирования или в качестве алгоритма командного блока сложных АСР.

Если управление u удалось выразить в виде функции вектора переменных состояния объекта управления u’(X), путём исключения из решения переменной времени t, то решена задача синтеза оптимального алгоритма управления (регулирования) – задача синтеза. Решение u’(X) соответствует непрерывной замкнутой системе управления, например, системе стабилизации или следящего регулирования.

8. Методы, используемые для поиска оптимального управления (оптимальных алгоритмов управления), существенно отличаются от классических методов ТАР и часто определяются как методы теории оптимального управления, осуществляющие решение во временной области. Основные методы решения задач оптимизации:

• метод вариационного исчисления;

• метод максимума;

• метод динамического программирования.

Основы теории оптимального управления ведут свое начало от работы Иоганна Бернулли о брахистохроне (линии наискорейшего спуска) 1696 года и фундаментальных работ Эйлера и Лагранжа в области вариационного исчисления, выполненных еще в XVIII веке. Методы Эйлера-Лагранжа математической теории вариационного исчисления посвящены определению экстремума функционалов, и как любые классические методы накладывают существенные ограничения на область допустимых решений.

Новые задачи, возникшие в середине XX века, и особенно задачи автоматического управления, обусловили появление новых методов решения. Наиболее важными из них являются метод, основанный на принципе максимума Л.С. Понтрягина и метод динамического программирования Р. Беллмана.