Г.К. Гудвин - Проектирование систем управления (1054010), страница 2
Текст из файла (страница 2)
е. Нт(Нз(...)) единичная матрица в 1с""~ диагональная матрица с элементами а; определитель матрицы А аргумент 1~ функции Р минимальное значение функции Р присоединенная матрица матрицы А ранг матрицы А плоскость комплексного параметра з система с одним входом и одним выходом (Я1пя1е-1прп$ Б1пй1е-ОийрпФ) система со многими входами и многими выходами (Ми111-1прпФ Май-Оисрпс) аддитивная ошибка моделирования линейный квадратичный регулятор левое матричное дробное описание левая полуплоскость матричное дробное описание мультипликативная ошибка моделирования массив относительных усилений модельное прогнозирующее управление принцип внутренней модели правое матричное дробное описание правая полуплоскость Предисловие Введение в проектирование систем управления Проектирование систем управления играет важную роль в современных технологических системах.
Выгоды от совершенствования систем управления в промышленности могут быть огромны. Они включают улучшение качества изделия, уменьшение потребления энергии, минимизацию материальных затрат, повышение уровней безопасности и сокращение загрязнения окружающей среды. Трудность однако здесь состоит в том, что ряд наиболее передовых идей имеет сложный математический аппарат. Возможно, математическая теория систем — одно из наиболее существенных достижений науки двадцатого века, но ее практическая ценность определяется выгодами, которые она может приносить.
По этой причине мы сделали в книге сильный акцент на практическую сторону, в конечном счете, несколько нарушив баланс между теорией и практикой. Участие авторов в ряде промышленных проектов. систем управления было одной из побудительных причин написать эту книгу. Из типичных технических задач мы исследовали динамику жидкостей и тепловых процессов, негативные воздействия нестабильности частоты сканирования программируемых контроллеров, занимались вопросами интеграции систем и протоколов обмена в сети, идентификацией объектов управления и разрабатывали безопасные схемы исследования опытных вариантов систем управления для потенциально опасных объектов. Короче говоря, мы испытали ежедневные волнения, разочарования, препятствия, неудачи и успехи в разработке продвинутых систем управления, чтобы внести свой вклад в практические результаты коммерческой компании.
Это — не простая задача. Успех здесь зависит от широкого диапазона мультидисциплинарных навыков, однако это полезная и захватывающая работа для тех, кто ей занимается. Одна из главных целей данной книги — поделиться этими чувствами с нашими читателями. Мы надеемся оказать влияние на развитие навы- Введение в проектирование систем управления 13 ков и отношение к проблеме читателей, в первую очередь студентов, что вооружит их в решении реальных задач. Таким образом, книга предназначена внести вклад в продолжаюшуюся реформу учебного плана специальности «Проектирование систем управлениям Эта тема продолжает серьезно привлекать международное общественное мнение, поскольку педагоги стремятся отразить привлекательность и важность разработки систем управления.
Действительно, все выпуски Журнала по системам управления 1ЕЕЕ были посвящены этой теме. Преобразование учебного плана, однако не может быть обеспечено одними книгами. Это делается людьми: студентами, преподавателями, исследователями, практиками, публицистами и рецензентами, а также требованиями рынка. Кроме того, для эффективности и жизнеспособности этих усилий нужно, чтобы общество разработчиков систем управления сообщало о своих достижениях через новые книги, лаборатории, модели и глобальные вычислительные сети. Следовательно, требуются различные дополняющие друг друга подходы.
В этом смысле авторы полагают, что книга будет, в некотором роде, полезна, если она привлечет интерес студентов к захватывающей дисциплине разработки систем управления. Мы подчеркиваем, что это — не книга с пракптическими рекомендациями. Напротив, мы даем всестороннее, но все же сжатое, представление строгой разработки систем управления. Мы используем, как и требуется, математику в качестве средства моделирования процессов для анализа их свойств под действием обратных связей, для синтеза регуляторов с требуемыми свойствами и достижения цели с учетом внутренних компромиссов и ограничений, присущих задаче.
В частности мы полагаем, что успех при проектировании систем управления зависит от двух ключевых моментов: а) всестороннего понимания самого процесса, полученного при изучении физических, химических и других явлений, и б) знания фундаментальных концепций сигналов, систем и обратной связи. Первый момент обычно занимает более половины усилий. Это — неизбежный компонент полного цикла проектирования; однако непрактично описывать все детали процессов, для которых можно было бы применять системы управления, потому что они охватывают и химические объекты, и электромеханические системы, и роботы, и энергетические генераторы и т. д. Таким образом, мы концентрируемся на фундаментальных аспектах проектирования систем управления, являющихся общими для любых приложений и отсылаем читателей дополнить свои знания процессами в собственных конкретных задачах. Таким образом, книга преимущественно нацелена на второй компонент разработки систем управления.
Конечно же, мы 14 Предисловие приведем в соответствующем контексте примеры использования излагаемых методов применительно к некоторым реальным системам. Центральная тема этой книги — непрерывные системы управления, однако мы также рассмотрим подробно и цифровое управление, потому что большинство современных систем управления обычно используют те или иные средства вычислительной техники.
Этот подход естественно привел к книге большего объема, чем первоначально предполагалось, однако преимуществом является более полное рассмотрение проблемы в одном произведении. Естественно, остались специальные темы, которые не охвачены книгой; однако мы полагаем, что обеспечили достаточную основу для того, чтобы читатель мог безболезненно перейти к изучению соответствующей дополнительной литературы. Цели Таким образом, при написании этой книги мы выбрали в качестве основных целей следующие: ° обеспечение возможности работы с серьезным материалом, выбранным по своему усмотрению; ° концентрация основного внимания на проектировании, включая методы учета фундаментальных компромиссов и ограничений; ° обеспечение дополнительной поддержки с помощью мощной интерактивной глобальной вычислительной сети и ° демонстрация достоверности материала на основе рассмотрения многочисленных промышленных примеров.
Действительно, материал в книге иллюстрирован многочисленными промышленными системами, к которым авторы имели прямую причастность. Большинство этих систем было выполнено в сотрудничестве с промышленностью в Обвединенном центре динамики и управления (СепСге Еог 1пгейтайес1 Рупаш1се апд Сопйго1 — С10АС) (специальный исследовательский центр Британского Содружества) в Университете Ньюкасла.
Проекты, которые мы выбрали для описания, следующие: ° слежение за спутником; ° управление уровнем рН; ° управление непрерывным литьем; ° управление сахарным отжимным прессом; ° управление колонной дистилляции; ° управление синтезом аммиака; Краткий обзор книги 15 ° оценка массы цинкового покрытия на непрерывных линиях гэльванизации; ° управление толщиной полосы прокатного стана с помощью В1ЯВА- измерителя!; ° компенсация эксцентриситета валков прокатного стана; ° эффект затягивания на реверсивном прокатном стане; ° управление поверхностью полосы прокатного стана; ° управление вибрацией. Проектирование — сложный процесс, который требует принятия решений и использования итераций.
Задача проектирования обычно не полностью определена, иногда неточно указана и часто не имеет решения. Ключевой момент в проектировании — понимание тех факторов, которые ограничивают достижение решения. Это естественно приводит к выводу о создании системы управления с учетом этих основных ограничений. К этой точке зрения мы постоянно возвращаемся в течение всей книги. Наша цель не состоит в том, чтобы дать исчерпывающие математические исследования, а в том, чтобы дать читателю такой материал, который он может сразу же применить на практике. Мы предполагаем, что читателю доступны современные вычислительные средства, включая пакет программирования МАТЮКАВ-Б1МШ 1ХК.
Это позволяет нам сосредоточиться в первую очередь на фундаментальных идеях, а не на прикладных. Каждая глава включает относящиеся к теме примеры и задачи для читателя. Краткий обзор книги Книга разделена на восемь частей. Ниже дается резюме каждой из частей. Часть 1: Элементы Эта часть охватывает основные непрерывные сигналы и системы. Ее можно использовать для вводного курса по этой теме.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
