- •1. Введение: предпосылки создания аиус. Эволюция систем автоматизации
- •1.1. Эволюция систем автоматизации
- •1.2. Цели и задачи курса
- •2. Автоматизированные информационно – управляющие системы
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Иерархия автоматизированных информационно – управляющих систем
- •Асутп. Определения и функции
- •Классификация аиус
- •Разновидности аиус по характеру объекта управления (оу)
- •2.4.1.1. Объекты с непрерывным характером процесса
- •2.4.1.2. Объекты управления с дискретным характером процесса
- •2.4.5.2 Асутп с цсои, выполняющим информационные функции
- •2.4.5.3. Асутп с цсои, выполняющим управляемые функции в режиме советника
- •2.4.5.4. Асутп с цсои, выполняющим супервизорное управление
- •2.4.5.5. Асутп с цсои, выполняющим непосредственное управление
- •2.5. Системы автоматического управления на основе цифровых средств обработки информации (цсои)
- •2.6 Требования к аиус. Состав обеспечивающих подсистем аиус. Этапы создания аиус
- •3. Математическое обеспечение аиус
- •3.1 Математическая модель. Общие понятия о математической модели
- •3.2 Понятия об идентификации объекта управления
- •3.2.1. Параметрическая идентификация
- •3.2.2. Полная идентификация
- •Разработка моделей динамических процессов обобщенным экспериментальным методом (методом Калмана)
- •Проведение эксперимента. (этап 1)
- •Выбор модели. (этап 2)
- •Группировка данных. (этап 3)
- •Вычисление коэффициентов а0 и в0. (этап 4)
- •Проверка полученной математической модели на адекватность (этап 5)
- •Выбор модели объекта в виде разностного уравнения более высокого порядка. (Этап 6)
- •Разработка неформальных математических моделей
- •4. Алгоритмическое обеспечение аиус
- •Общие вопросы алгоритмизации
- •4.2. Алгоритмы сбора, первичной обработки данных и контроля состояния объекта
- •4.3. Алгоритмы плу
- •4.4 Алгоритмы цифрового двухпозиционного регулирования
- •4.5 Алгоритмы цифрового регулирования по рассогласованию
- •4.6 Алгоритм оптимального управления
- •4.6.1 Общие сведения о методах оптимизации
- •4.6.2 Построение линейной операционной модели для решения задач оперативного планирования производства
- •4.6.3. Сведения о решении задачи линейного программирования
- •4.6.4. Алгоритм симплексного метода
- •4.6.5 Пример поиска оптимального плана
- •4.7 Алгоритм календарного планирования и оперативное управление в аиус
- •4.7.1 Дискретное производство и планирование производственных процессов
- •4.7.2 Математическое моделирование и методы планирования дискретного производства
- •4.7.3 Математическая постановка задачи оперативного календарного планирования
- •4.7.3.1. Формализация характеристик технологических операций
- •4.7.3.2. Математическая постановка задачи оперативно-календарного планирования
- •4.7.3.3. Пример: построения оптимального двухоперационного плана (календарного плана)
1.2. Цели и задачи курса
В результате изучения курса АИУС необходимо знать и уметь:
-
Идеологию построения АИУС, структуру и состав организационного, технического, математического, программного и информационного обеспечения АИУС, проблемы и перспективы создания АИУС.
-
Проектировать фрагменты функциональной и технической структуры АИУС. Разрабатывать и исследовать при помощи ЭВМ алгоритмы и программы АИУС
Литература:
-
«Справочник проектирования АСУТП». Под ред. Г. Л. Смилянского.
-
Е. П. Стефани, «Основы проектирования АСУТП».
-
«Технические средства АСУТП», Родионов В. Д и др.
-
«Микропроцессорные автоматические системы регулирования», Солодовник и др.
-
Программируемые контроллеры систем автоматизации: Учебное пособие. ЮРГТУ, 1999г.
Журналы: 1. «Мир компьютерной автоматизации»;
2. «Приборы и системы управления»;
3. «Современные технологии управления».
2. Автоматизированные информационно – управляющие системы
2.1 Общие понятия
Элемент — часть объекта или системы, которая при данном исследовании, анализе не подвергается дальнейшей детализации (разделению).
Система — совокупность взаимодействующих элементов объединённых в единое целое. Причём в зависимости от того, как связаны друг с другом элементы, меняется функциональное назначение системы.
Структура — способ объединения элементов системы друг с другом.
Частным случаем систем являются так называемые целенаправленные системы, которые представляют собой совокупность взаимодействующих элементов, объединённых единством целей и, как правило, имеющий целенаправленный характер взаимодействия.
Производственные, технологические, технические объекты, технические системы – это целенаправленные системы. Процессы, происходящие в них, должны выполняться в соответствии с определёнными правилами (инструкциями) или регламентом для того, чтобы достигались поставленные цели, и обеспечивать достижение этих правил должна соответствующая система управления.
Рис.2.1.1. Схема системы управления ТОУ.
Обозначения:
ТОУ — технический объект управления.
ТС — техническая система.
ТП — технологический процесс.
Т.к. количество информации, которую надо принять и оперативно переработать для формирования управляющих воздействий, обеспечивающих нормальное состояние объекта, даже для объектов среднего уровня сложности, очень велико, то организация эффективной системы управления невозможна без использования ЦСОИ и управляющего персонала (оператора, диспетчера).
При проектировании современных систем управления должен реализовываться, так называемый, научно-обоснованный подход, требования которого следующие:
-
Должна быть разработана (придумана), так называемая, математическая модель объекта: .
-
Должен быть разработан критерий эффективности (КЭ) функционирования объекта и поставлена задача его оптимизации: . Если есть ММ объекта, то КЭ можно представить в виде:
-
Ограничения .
При наличии вышеуказанных компонент может быть поставлена задача оптимального управления объектом, которая формулируется следующим образом: необходимо в каждый интервал времени ti найти такой вектор управляющих воздействий , при котором удовлетворяется ограничение (3), а критерий эффективности (2) достигает своего экстремального значения, определяемого для данного времени:
Для реализации научно-обоснованного подхода и обеспечения оптимального управления надо иметь в своём распоряжении математические методы, позволяющие находить оптимальный вектор управляющих воздействий .
Реализация этих методов возможна при наличии соответствующих аппаратных, программных, алгоритмических средств в составе АИУС.
АИУС — человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации о состоянии объекта, причём так, что достигается оптимальное управление этим объектом в плане выбранного критерия эффективности.