CC BY
10PLASMATRON MODERNISATION OF THE STATIONARY PLASMA CUTTING MACHINE ON THE BASIS OF INNOVATIVE RENOVATIONS
E. G. Burmistrov, T. A. Mikheeva
The innovative decision of a plasmatron design for mechanized thermal cutting on a water filled work table is offered. The new design allows reducing to a minimum or completely preventing getting highly toxic thermo gas aerosol formed at plasma cutting in the environment.
УДК 629.5.081: 681.51
Е. Г. Бурмистров, к. т. //., доцент, ВГАВТ. 603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5а.
Р. Р. Латыпов, к. э. н., генеральный директор, ОАО «Окская судоверфь» 607100, г. Навашино Нижегородской области, ул. Проезжая, 4. О. А. Паутова, соискатель, ВГАВТ. 603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5а.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМОЙ ВЕРФИ
Рассматривается последовательность выбора и построения оптимальной АСУ про-изводственными системами верфи. Определены этапность и последовательность выполнения некоторых математических операций при решении рассматриваемой задачи методом программирования. Выявлен вид целевой функции, а также функций контролируемых параметров, управляющих воздействий и выходных величин.
Сложность проблемы выбора оптимальной системы автоматизированного управления производственной системой (ПС) верфи находится в прямой зависимости от сложности функциональной зависимости параметров, описываемых уравнениями математической модели, от физической природы регулируемых параметров и технических возможностей измерения их с достаточно высокой точностью.
Следовательно, для выбора и построения оптимальной системы автоматизированного управления необходимо знать:
1. Какие параметры ПС являются регулируемыми, каковы их физическая природа и способы измерения. В случае регулирования нескольких параметров необходимо выявить их взаимодействие.
2. Какие возмущающие факторы воздействуют на систему управления, какой критерий оптимальности принят (то есть, какова целевая функция).
3. Каким образом следует вмешиваться в производственный процесс для компенсации возмущающего воздействия и какие величины должны подвергаться изменению в условиях нормальной эксплуатации принятой системы управления.
На основании этой исходной информации на первом этапе необходимо составить функциональную и структурную схемы автоматизированного управления, в которых отражаются все физические процессы, измеряемые величины, возмущающее воздействие и их взаимосвязь. Вторым этапом является построение принципиальной схемы автоматизированного управления, в которой представляется вся совокупность технических средств системы управления (измерительные, задающие и управ-
Вестник ВГАВТ
ляющие устройства, исполнительные механизмы и регулирующие органы), а также способы соединения всех звеньев. На третьем этапе исследуются динамические свойства и устойчивость системы управления.
Система оптимального автоматизированного управления ПС должна быть такой, чтобы заданные параметры или их функции принимали экстремальные значения.
При выборе автоматической системы управления ПС особо важен первый этап -изыскание оптимальной структуры управления, и только на втором этапе выбираются конкретные технические средства осуществления оптимальной структуры управления, то есть решается, какой будет данная система управления.
Для выбора оптимального управления многопараметрической ПС целесообразно использовать математические модели. После разработки соответствующей математической модели, адекватно описывающей данную ПС, задача оптимизации управления может решаться методами линейного и нелинейного программирования.
Рассмотрим последовательность некоторых математических операций, позволяющих решить указанную задачу методом программирования. Пусть известна система уравнений математической модели многопараметрической ПС и ограничений её параметров:
Y(t) =ММ. Z(t-T)];
Eft) = FfX(t-T), Z(t-T)].
xlmln ^Xt max 0 ~ 1. 2,..., I)',
Zimin ^Zi max 0 = 1,2,..., ft);
У, mm ¿У, —У/max 0 = 2,..., m).
Целью автоматического управления является определение и поддержание функционирования ПС, оптимального в некоторых определённых границах изменения регулируемых параметров [1]. Характер управления в любой момент времени определяется текущими значениями его входных переменных Jf и Z Каждой комбинации контролируемых параметров Л" соответствует множество комбинаций управляющих воздействий Z из области допустимых значений, при которых выходные величины Y находятся в пределах, отвечающих техническим требованиям.
Из всех возможных комбинаций Z наивыгоднейшими являются те, которые при данных X обеспечивают экстремальное значение параметра оптимизации Е. Таким образом, для осуществления оптимального управления ПС необходимо по известным X из области х, „,„ <х, <х, тах найти такие значения z,=z, опт, при которых достигает максимума (или минимума) целевая функция E(t)-F[(xi,..., xj, z(zt, ..., z^y-экстремум, с учётом ограничений
У) min <ф[(х,.....X,), z(z,.....z,jxj <yimJi=l, 2.....т);
Zimm ^ZimaxO=l, 2, .... tl).
Алгоритм управления зависит от вида функций F и ф. Если эти функции линейны относительно z¡, ..., z„, то имеет место задача линейного программирования; если же, хотя бы одна из функций F и ф нелинейна по отношению к указанным переменным параметрам, то задача относится к нелинейному программированию. Известно, что для линейного программирования более удобны алгоритмы, основанные на использовании градиентных методов определения абсолютного экстремума целевой функции.
Известно также, что оптимальное управление возможно как с обратной связью, так и без неё. В системах автоматизированного управления с применением информационных технологий необходимо использовать математическую модель ПС, на которую подаются управляющие воздействия, соответствующие реальной ПС. Центральный процессор анализирует поведение модели и осуществляет соответствующее оптимальное управление, как моделью, так и реальной ПС.
Возможны различные структурные схемы систем автоматического оптимального управления ПС с использованием информационных технологий. Подробное описание наиболее распространённых структурных схем управления приведено в работах [2, 3].
В практике машиностроения широкое применение получили самонастраивающиеся системы автоматического управления. Наиболее существенной частью этих систем являются: счётно-решающий блок, осуществляющий оптимизацию управляющих параметров или их функций в соответствии с заданной или рассчитываемой целевой функцией, и автоматический регулятор, поддерживающий постоянное значение оптимальных параметров и обеспечивающий экстремум целевой функции.
Ниже приведена структурная схема самонастраивающейся системы автоматизированного управления гипотетической ПС.
A f 3 u ■> if — ^ — 9[Г • • 6 7 10 r~ U 11
8 9 I
i « i
• L. j
Рис. Структурная схема самонастраивающейся системы управления ПС
Система автоматического управления состоит из программного устройства /, усилительно-преобразующего блока 2, запоминающего устройства 3, исполнительного механизма 4 и элемента обратной связи 5. Контроль параметров процесса управления 7 ПС 11 осуществляется различного рода датчиками 6, выбираемыми в зависимости от физической природы измеряемого параметра. Самонастраивающееся устройство состоит из блока оптимизации 9 и регулятора 8. Качество и эффективность производственного процесса оценивается по принятым критериям оптимизации 10.
Список литературы
[I] Евстигнеев М. И. Автоматизация технологических процессов в авиадвигателестроении: Учебник для вузов. - 2-ое изд., персраб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 208 с. |2] Ли Г. Г., Адаме Г. Е., Гениз У. М. Управление процессами с помощью ЭВМ. Моделирование и оптимизация. - М.: Советское радио, 1982. - 312 с.
[3] Рапопорт Г. Н„ Солин 10. В., Гривцов С. П. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. - М.: Машиностроение, 1987. - 246 с.
CHOICE OF THE OPTIMUM AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF SHIPYARD INDUSTRIAL SYSTEM
E. G. Burmistrov, R. R. Latypov, O. A. Pautova
The sequence of a choice and construction of an optimum automatic control system by industrial systems of a shipyard is considered. The prominence and sequence of the performance of some mathematical operations at the decision of the considered problem by a programming method are defined. The criterion function kind, and also functions of the controllable parameters, operating influences and target sizes is revealed.
