Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Алтынников Иван Владимирович. Алгоритмизация и исследования процесса прогнозирования аномальной динамики импульсных систем преобразования энергии : диссертация... кандидата технических наук : 05.13.06 Орел, 2007 117 с. РГБ ОД, 61:07-5/2838

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ДИНАМИКИ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
ЭНЕРГИИ
13

1.1 Особенности математического описание импульсных систем
преобразования энергии 13

1.2 Формирование математической модели преобразователя
напряжения с импульсным управлением 21

  1. Решение математической модели 26

  2. Обработка экспериментальных данных 30

Результаты главы 1 34

Выводы главы 1 34

2 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИ
ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
35

2.1. Особенности динамики ИСПЭ 35

  1. Постановка задачи прогнозирования динамики ИСПЭ 41

  2. Анализ методов прогнозирования динамики нелинейных систем... 45

Результаты главы 2 51

Выводы главы 2 52

3 ФОРМИРОВАНИЕ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
АНОМАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПО БЫСТРОИЗМЕНЯЮЩЕИСЯ
КОМПОНЕНТЕ
53

3.1 Фрактальные закономерности в динамике нелинейных систем 53

  1. Метод прогнозирования динамики ИСПЭ по быстроизменяющейся компоненте на основе областей существования т-процессов 61

  2. Метод прогнозирования динамики ИСПЭ по быстроизменяющейся компоненте на основе ансамбля синхронизированных временных рядов 69

Результаты главы 3 75

Выводы главы 3 75

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА
ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
АНОМАЛЬНОЙ ДИНАМИКИ

ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ 77

4.1 Описание экспериментальной установки 77

4.2 Функциональная IDEFO-модель экспериментальных
исследований 83

4.3 Методика экспериментального исследования 96

Результаты главы 4 102

Выводы главы 4 103

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108

ПРИЛОЖЕНИЕ А Экспериментальная установка. Система
управления. Схема электрическая принципиальная 117

Введение к работе:

Актуальность темы. В настоящее время решение проблемы повышения эффективности преобразования электрической энергии для энергоемких технологических процессов обеспечивается за счет применения импульсных систем преобразования энергии (ИСПЭ) Однако, функционирование ИСПЭ в условиях значительного диапазона регулирования при наличии широкого спектра внешних и внутренних случайных возмущающих воздействий обуславливает возможность возникновения в динамике ИСПЭ помимо эксплуатационного режима субгармонических, квазипериодических и хаотических процессов [Kuroe Y , Hayashi S 1987-1989, Белов Г А 1990, Deane J В Н , Hamil D С 1992, Кипнис М М 1992, Колоколов Ю В и соавт 1990-2006, Жусубалиев и соавт 1990-2006, Фейгин М И 1994, Banerjee S , Tse С К и соавт 1994-2006, Chakrabarty К и соавт 1996-2006, Mazumder SK и соавт 2001] Соответственно, в случае потери устойчивости эксплуатационным режимом существует реальная опасность возникновения аномальных режимов с отличными от эксплуатационного частотными и пульсационными характеристиками, что может негативно сказаться как на эффективнрсти процесса преобразования энергии, так и на эффективности более высоких уровней АСУТП

Современные методики проектирования систем управления ИСПЭ, учитывающие нелинейные явления в динамике ИСПЭ [Косчинский С Л 2006], базируются на использовании упрощенных моделей, обычно 1-2 порядков Соответственно, решение проблемы предотвращения, аномальных сценариев развития динамики при проектировании ИСПЭ зависит от адекватности принятых упрощений в модели и является непосредственно связанной с опытом проектировщика, как «эксперта по упрощениям» В этой связи с целью повышения надежности и эффективности функционирования ИСПЭ, помимо развития методов проектирования СУ ИСПЭ, одним из перспективных направлений является развитие методов прогнозирования динамики ИСПЭ При этом, необходимо учитывать две ключевые особенности динамики ИСПЭ Первая особенность связана с тем, что в направлении сходимости переходных процессов присутствует неопределенность, обусловленная возможностью пересечения областей существования эксплуатационного и аномальных периодических процессов в параметрическом и/или фазовом пространствах В этом случае «прогнозирование», как идентификация стационарного процесса до его установления, должно быть реализовано до завершения соответствующего переходного процесса Вторая особенность заключается в том, что длительность переходных процессов может составлять «от единиц» периодов синхронизации Соответственно, условием реализации прогнозирования является возможность идентификации текущего состояния ИСПЭ в режиме реального времени, когда суммарное время на получение и обработку данных должно составлять не более одного периода синхронизации

Такая постановка задачи до недавнего времени практически не рассматривалась в рамках современных методов прогнозирования динамики нелинейных систем [Клейман ЕГ, Мочалов И А 1994, 1999, L Ljuing, 1999, Vaseghi S V 2000, de Gooijer J G , Hyndman R J 2005] Сложность ее решения

4
связана с неоднозначностью трактовки временных рядов относительно

предварительной информации о картине нелинейной динамики ИСПЭ, представленной в параметрическом или/и фазовом пространствах В этой связи в настоящее время постепенно начинается развитие «интегрированных» методов, в которых исследуется возможность использования для анализа нелинейной динамики либо дополнительных координат в известных пространствах [George W Pan 2003], либо специальных пространств [Ionita S 2000, Matsumoto А 2003, J R Smith, Ch -Sh Li and A Jhingran 2004] Причем, эти методы оказываются непосредственно связанными с самостоятельным научным направлением, исследующим возможность визуализации многомерных данных в пространствах малой размерности, предпочтительно двумерных [D Keim and М Ward 2002, М R Berthold and L О Hall 2003] Кроме того, необходимо особо выделить направление прогнозирования, связанное с использованием фрактальных закономерностей при формировании образов объектов и процессов [Попов А А 1987-2005, Feder Е 1991, Хасанов М М 1994, Kronover R М 2000], когда большое значение приобретают топологические особенности индивидуальной выборки, а не усредненные реализации, имеющие зачастую совершенно иной характер В этом случае удается частично или полностью преодолевать априорную или/и текущую неопределенность в анализируемых сигналах

Применительно к ИСПЭ одним из перспективных методов «интеграционного» направления является метод прогнозирования динамики в специальном фазовом пространстве, в котором в качестве координат используются пульсационные характеристики процессов [Колоколов Ю В, Моновская А В 2003-2007] В этом случае- осуществляется переход непосредственно * к характеристикам быстроизменяющейся компоненты при анализе текущего состояния ИСПЭ Этот метод в настоящее время находится на начальной стадии развития, тем не менее, позволяет в принципе решать ряд задач прогнозирования динамики конкретных классов ИСПЭ с ШИМ, в том числе, с учетом неопределенности модели возмущающих воздействий Вышеизложенное обуславливает актуальность дальнейшего развития этого метода, в первую очередь, с точки зрения его практической реализации, поскольку до настоящего времени в большинстве работ эта тема не была затронута Данная диссертационная работа посвящена разработке алгоритмов прогнозирования, реализующих данный метод, и экспериментальному исследованию работоспособности этих алгоритмов

Объектом исследования является автоматизированная система управления ИСПЭ

Предметом исследования являются процессы прогнозирования динамики ИСПЭ

Цель диссертационной работы Повышение эффективности процесса прогнозирования динамики ИСПЭ за счет идентификации аномальных процессов до момента их возникновения в течении переходного процесса

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи

- анализ проблемной ситуации, связанной с принципиальной возможностью реализации прогнозирования динамики ИСПЭ и выбор сценария эволюции динамики, в котором проблемная ситуация представляется в своей простейшей

5 форме,

- разработка алгоритмов прогнозирования аномальной динамики в реальном
времени и численные исследования работоспособности этих алгоритмов,

- разработка функциональной IDEFO-модели экспериментального
исследования работоспособности алгоритмов прогнозирования аномальной
динамики,

- разработка алгоритмов и программ для реализации методики
экспериментального исследования в соответствии с IDEFO-моделью

Методы и средства исследования. Для решения указанных задач в диссертационной работе использованы методы теорий нелинейных динамических систем, идентификации временных рядов, автоматического управления, в т ч, теории устойчивости и методы обработки экспериментальных данных на основе теории случайных процессов, а также численные методы решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, матричного исчисления Анализ динамики нелинейных систем проведен на основе теории бифуркаций Численная реализация математических моделей, исследование их динамики, реализация алгоритмов прогнозирования осуществлялась на ЭВМ с помощью разработанного пакета прикладных программ в среде реализации для выполнения инженерных и научных расчетов MatLAB 6 х Экспериментальная часть работы выполнена на экспериментальной установке кафедры «Проектирование и технология электронных и вычислительных систем» (ПТЭиВС) ОрелГТУ «Импульсный понижающий преобразователь постоянного напряжения 30В-72Вт» Программы для реализации экспериментальной части исследований разработаны в Borland C++ Builder 6 О

Научные положения, выносимые иа защиту:

- алгоритмы для реализации метода прогнозирования динамики ИСПЭ по
быстроизменяющейся компоненте применительно к сценарию потери устойчивости
синхронным к периоду ШИМ стационарным процессом через бифуркацию
удвоения периода, реализующие в реальном времени выборку данных в моменты
изменения значения импульсной функции из «О» в «1» и их обработку для
распознания направления сходимости текущего переходного процесса относительно
предварительно сформированных областей существования стационарных процессов
и на основе анализа ансамбля синхронизированных временных рядов,

- функциональная IDEFO-модель экспериментального исследования
работоспособности алгоритмов прогнозирования аномальной динамики,
обеспечивающая структуризацию процесса прогнозирования, на основе которой
проводится его алгоритмизация (спецификация задач прогнозирования),

- методика экспериментального исследования работоспособности алгоритмов
прогнозирования динамики ИСПЭ в соответствии с IDEFO-моделью, включающая
алгоритмы формирования бифуркационной диаграммы, формирования
специальных синхронизированных временных рядов и их обработки, формирования
областей существования периодических процессов, визуализации текущего
процесса

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в том, что

- разработаны алгоритмы и программы для реализации метода
прогнозирования динамики ИСПЭ по быстроизменяющейся компоненте
применительно к сценарию потери устойчивости синхронным к периоду ШИМ

стационарным процессом через бифуркацию удвоения периода,

отличительной особенностью которых является выполнение требования идентификации устанавливающегося стационарного процесса до завершения текущего переходного процесса,

- разработаны функциональная IDEFO-модель, методика, алгоритмы и
программы экспериментального исследования работоспособности алгоритмов
прогнозирования аномальной динамики ИСПЭ в соответствии с критерием наличия
«запаса» времени на реализацию управляющего воздействия до наступления
аномального режима,

- получены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие
представление образов динамики ИСПЭ в специальных пространствах адекватное
методу прогнозирования динамики на основе быстро изменяющейся компоненты

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- разработанные алгоритмы и программы для реализации метода
прогнозирования динамики ИСПЭ по быстроизменяющейся компоненте позволяют
повысить надежность процесса прогнозирования аномальной динамики ИСПЭ
посредством идентификации в реальном времени направления сходимости
переходного процесса Алгоритмы являются основой для практической реализации
процесса прогнозирования для конкретных классов ИСПЭ, и могут быть
использованы в качестве одного из направлений повышения надежности и
безопасности их функционирования,

- разработанная методика экспериментального исследования
работоспособности этих алгоритмов позволяет оценить возможность их применения
для конкретной ИСПЭ, причем часть результатов этого исследования, связанная с
формированием областей существования стационарных процессов в специальном
фазовом пространстве, является предварительной информацией для практической
реализации алгоритмов прогнозирования в реальном времени

Работоспособность алгоритмов, реализующих метод прогнозирования динамики ИСПЭ по быстроизменяющейся компоненте, исследована на экспериментальной установке «Импульсный понижающий преобразователь постоянного напряжения 30В-72Вт», разработанной коллективом специалистов на кафедре ПТЭиВС ОрелГТУ

Результаты диссертационной работы использовались в учебном процессе при проведении лабораторных занятий по дисциплине «Исследование сложных систем» на кафедре ПТЭиВС ОрелГТУ, а также при формировании методологии проектирования импульсных систем преобразования энергии на ЗАО «Электротекс», г Орел

Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы представлены и обсуждались на региональной научно-технической конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, ВГТУ, 2003 - 2004), на научной сессии ТУСУР Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск 2006), на научно-технической конференции молодых ученых в рамках 11-й Балтийской международной олимпиады по автоматическому управлению (Санкт-Петербург, СПбГИТМО, 2006) Ключевые вопросы

диссертационной работы докладывались на научных конференциях ОрелГТУ и семинарах кафедры ПТЭиВС ОрелГТУ

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 8 статей в научных журналах и сборниках

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 106 наименований Основная часть работы изложена на 117 страницах машинописного текста, включая 42 рисунка и 4 таблицы

Подобные работы
Моновская Анна Владимировна
Прогнозирование опасных ситуаций в динамике импульсных систем преобразования энергии в режиме реального времени
Шуплецов Антон Валерьевич
Динамика многоканальных систем импульсного преобразования энергии в автоматизированных системах аналитического контроля
Косчинский Станислав Леонидович
Автоматизация процессов управления многорежимными импульсными системами электрического и электромеханического преобразования энергии
Напалкова Мария Алексеевна
Прогнозирование динамики горной промышленности России в автоматизированных информационных управляющих системах
Жидовецкий Владимир Давыдович
Разработка математических моделей и исследование процессов автогенной плавки медного концентрата от разделения файнштейна
Погосян Сурен Сережаевич
Разработка методов и алгоритмов автоматизации исследования многостадийных процессов (на примере сложных химических цепных реакций)
Козлов Илья Викторович
Исследование и моделирование процессов автоматизированного контроля параметров движения транспортных средств, влияющих на дорожно-транспортные происшествия
Ташкинов Алексей Юрьевич
Разработка математических моделей и алгоритмов и их применение для исследования и усовершенствования процессов вакуумного дугового переплава
Пономарев Дмитрий Александрович
Исследование и разработка процессов и алгоритмов селективного автоматизированного управления квазистационарными логистическими потоками
Лопатин Александр Геннадиевич
Разработка и исследование системы оптимального управления процессом получения суспензионного ПВХ с учетом экологической безопасности производства

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net