Последовательная параметризация управляющих воздействий и полубесконечная оптимизация алгоритмов управления технологическими объектами с распределенными параметрами - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Последовательная параметризация управляющих воздействий и полубесконечная оптимизация алгоритмов управления технологическими объектами с распределенными параметрамиРабота выполнена на кафедре «Управление и системный анализ в теплоэнергетике» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет». Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Дилигенский Николай Владимирович. Официальные оппоненты: - член-корреспондент АН Республики Башкортостан, Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор ИЛЬЯСОВ Барый Галеевич; доктор технических наук, профессор КЛИМОВИЦКИЙ Михаил Давидович; Защита диссертации состоится 25 июня 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443010, Россия, г.Одной из центральных проблем в теории управления СРП применительно к целому ряду прикладных задач, представляющих самостоятельный интерес, остается разработка конструктивных методов решения краевых задач оптимизации СРП по переводу объекта в требуемое конечное состояние с экстремальными значениями оптимизируемых показателей качества в целях построения алгоритмов программного управления и методики синтеза замкнутых систем с обратными связями. Научная новизна работы определяется тем, что она расширяет и углубляет теоретические представления об общих закономерностях оптимальных процессов в краевых задачах управления СРП; предлагает новые методы их качественного и количественного описания, исследования и синтеза соответствующих алгоритмов оптимизации; устанавливает способы детализации общих закономерностей применительно к целому ряду прикладных ЗОУ ТОРП, представляющих самостоятельный интерес. В диссертации разработан новый конструктивный метод точного решения краевых задач оптимального управления технологическими объектами с распределенными параметрами, представляющий собой методологическую основу построения алгоритмов оптимизации по основным технико-экономическим критериям широкого круга производственных процессов в различных отраслях промышленности с гарантированными качественными показателями конечной продукции. При этом по сравнению с существующими типовыми алгоритмами управления в среднем достигается выигрыш по времени, и, как следствие, увеличение производительности труда до ; повышение в раза точности достижения требуемых кондиций конечной продукции; снижение брака и материальных потерь на 5-15%; экономия производственных площадей до 2 раз; сокращение износа и времени простоя деформирующего оборудования в технологических комплексах обработки металла давлением. В первой главе проводится анализ проблемы оптимального управления технологическими объектами с распределенными параметрами, который приводит к необходимости дальнейшей разработки конструктивных методов точного в рамках используемых моделей решения краевых задач оптимизации СРП с заданной допустимой погрешностью приближения к требуемому конечному состоянию объекта.Разработан точный метод решения краевых задач оптимального управления технологическими объектами с распределенными параметрами в условиях чебышевских оценок заданных целевых множеств, базирующийся на предложенных в работе процедурах последовательной параметризации управляющих воздействий и редукции к задачам полубесконечной оптимизации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

Монография

1. Rapoport E., Pleshivtseva Yu. Optimal Control of Induction Heating Processes. - CRC Press/Taylor & Francis Group, London, New York, 2007 - 349 pp.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК России

2. Плешивцева Ю.Э., Рапопорт Э.Я., Метод последовательной параметризации управляющих воздействий в краевых задачах оптимального управления системами с распределенными параметрами. // Известия РАН. Теория и системы управления, 2009, №3. С. 32-43.

3. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э., Специальные методы оптимизации в обратных задачах теплопроводности. // Известия РАН. Энергетика, 2002. № 5. С. 144-155.

4. Плешивцева Ю.Э. Точная редукция к конечномерным моделям в одном классе задач оптимального управления системами с распределенными параметрами // Мехатроника, автоматизация и управление, 2008, №7 (88). С. 9-13.

5. Плешивцева Ю.Э. Краевая задача минимизации термохимических взаимодействий при управлении нагревом металла под обработку давлением // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2008, №3. С. 28-32.

6. Плешивцева Ю.Э. Алгоритмы оптимального по быстродействию пространственно-временного управления объектами с распределенными параметрами параболического типа. // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2008, №4. С. 14-17.

7. Плешивцева Ю.Э., Афиногентов А.А. Оптимальное управление энерготехнологическими процессами в производственных комплексах. // Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2008, №3. С. 51-55.

8. Плешивцева Ю.Э. Параметрическая оптимизация с чебышевскими оценками целевых множеств в краевых задачах оптимального управления системами с распределенными параметрами// Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2009. № 1(23). С. 54-64.

9. Плешивцева Ю.Э. Оптимальное управление стационарными режимами нагрева металла в индукционных печах с непрерывным движением заготовок. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2007. №1(19). С.158-166.

10. Плешивцева Ю.Э. Структурно-параметрический синтез оптимальных по быстродействию систем модального управления объектами с распределенными параметрами. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2006. Вып. 41. С. 31-39.

11. Плешивцева Ю.Э. Альтернансный метод в задачах оптимизации проходных индукционных нагревателей по экономическим критериям качества. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2005. Вып. 33. С. 60 - 66.

12. Плешивцева Ю.Э. Possibilities of optimal control methods for optimization of transient modes of induction through heaters. // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2002. Специальный вып. №2. С. 117-126.

13. Плешивцева Ю.Э., Израйлев А.С., Израйлева Н.А. Параметрическая оптимизация замкнутой системы автоматического управления качеством приготовления подпиточной воды в цехе ХВО САМТЭЦ. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 2001. Вып. 13. С. 150 - 158.

14. Плешивцева Ю.Э., Каргов А.И. Алгоритмы оптимального по быстродействию пространственно-временного управления процессами нагрева тела цилиндрической формы. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 1998. Вып. 5. С. 191-194.

15. Рапопорт Э.Я., Лившиц М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Конечномерные приближения в одном классе задач оптимизации систем с распределенными параметрами. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Физ.-мат. науки». Самара: САМГТУ, 1996. Вып. 4. С. 24 - 36.

16. Плешивцева Ю.Э., Гущин Б.Л., Каргов А.И., Сипухин Р.И. Пространственно-временное управление процессом нестационарной теплопроводности. // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Сер. «Технические науки». Самара: САМГТУ, 1994. Вып. 1. С. 208 - 219.

Список публикаций в других журналах, сборниках научных трудов, материалах международных и Всероссийских научных конференций

17. Yu. Pleshivtseva. «Transportation» Problem of Time-Optimal Heating. // Int. Journal of Materials & Product Technology (IJMPT), Vol. 29, Nos. 1/4, Special issue «Induction Heating & Hardening» (USA), 2007. p. 137-148..

18. Плешивцева Ю.Э. State-of-the-art of applied optimal control theory and system implementation methods for industrial electrothermal installations. // В сб.: Труды VIII Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара: СНЦ РАН, 2006. С. 189-194.

19. Плешивцева Ю.Э. Алгоритмы субоптимального пространственно-временного управления системой с распределенными параметрами. // Сб.: Элементы и системы оптимальной идентификации и управления технологическими процессами. Тула: ТУЛГТУ, 1994. С. 80-91.

20. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Структурно-параметрический синтез оптимальных по быстродействию систем управления с распределенными параметрами. // В сб.: Труды X Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара: СНЦ РАН, , 2008. С. 73-86.

21. Плешивцева Ю.Э., Афиногентов А.А., Наке Б. Оптимальное управление технологическим комплексом нагрев-обработка металла давлением. // Proceedings of Seminar of DAAD scholars, Moscow, Russia, April 18-19, 2008, pp. 164-166.

22. Yu. Pleshivtseva, N. Zaikina, B.Nacke A.Nikanorov. Time-optimal control of energy-efficient heating of aluminum billets rotating in DC magnetic field. // Przegrad Electrotechniczy (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 84 NR 11/2008, pp. 120-123.

23. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Модели и методы полубесконечной оптимизации в краевых задачах оптимального управления системами с распределенными параметрами. // Мехатроника, автоматизация, управление. Материалы Междунар. научно-технической конф. (МАУ-2007). Таганрог - Москва, 2007. С.123-129.

24. Yu. Pleshivtseva, B.Nacke. Optimal control of induction heating processes for forging industry. // Procedings of Seminar of DAAD scholars, Moscow, Russia, April 16-17, 2007, p. 170-172.

25. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Условно-корректная постановка и методы алгоритмически точного решения краевых задач оптимального управления системами с распределенными параметрами. // В сб.: Труды IX Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара: СНЦ РАН, 2007. С. 126-139.

26. Yu. Pleshivtseva, E.Rapoport, A. Efimov, B.Nacke, A.Nikanorov. Optimal design and control of induction heaters for forging industry // Proceedings International Seminar «Heating by Electromagnetic Sources» HES-07, Padua, Italy, June 19-22, 2007. p. 251-258.

27. Плешивцева Ю.Э., Заикина Н.В. Оптимизация переходных режимов работы нагревателей непрерывного действия по экономическим критериям качества. // Седьмая Междунар. научно-практическая конф. «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике», Новочеркасск, 2007. С.20-26.

28. Yu. Pleshivtseva, E.Rapoport, A. Efimov, B.Nacke, A.Nikanorov. Special methods of parametric optimization of induction heating systems. // Proceedings: International Scientific Colloquium «Modelling for Electromagnetic Processing». Hannover, Germany, 2008. pp. 229-234.

29. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Оптимальные системы модального управления объектами с распределенными параметрами, описываемыми уравнениями параболического типа. // В сб.: Труды VIII Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара: СНЦ РАН, 2006. С. 206-215.

30. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э., Осипова Ю.А. Локально-оптимальные алгоритмы управления переходными режимами работы индукционных нагревательных установок непрерывного действия. // В сб.: Тр. 2-й Всерос. научно-технич. конф. с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление». Уфа: УГАТУ, 2005. С. 65-70.

31. Плешивцева Ю.Э., Осипова Ю.А. Оптимальное управление переходными режимами работы индукционных нагревателей непрерывного действия. // В сб.: Компьютерное моделирование. Труды шестой Междунар. конф. С-Петербург: СПБГТУ, 2005. С. 80-83.

32. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Модели и методы полубесконечной оптимизации в обратных задачах теплопроводности. // В сб.: 5-ый Минский международный форум по тепло- и массообмену. Тезисы докл. и сообщ. - Минск: Институт тепло и массообмена им. Лыкова НАНБ. - 2004. том №1. С. 274-276.

33. Yu. Pleshivtseva, E.Rapoport, A. Efimov, B.Nacke, A.Nikanorov, S.Galunin, Yu Blinov. Optimal Control of Induction Through Heating for Forging. // Proceedings International Seminar “Heating by Electromagnetic Sources” HES-04, Padua, Italy, June 23-25, 2004. pp. 97-105.

34. Плешивцева Ю.Э., Данилушкин А.И. Оптимизация переходных режимов работы объектов технологической теплофизики с дискретно-распределенными управляющими воздействиями. // В сб.: Труды V Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». - Самара: СНЦ РАН, 2003. - C. 199-207.

35. E.Rapoport, Yu. Pleshivtseva. Optimal control by derivatives of identifiable control actions in the heat conductivity inverse problems. // В сб.: Обратные задачи: идентификация, проектирование и управление. Тр. четвертой Междун. конф. Москва: 2003. С.6-12.

36. Yu. Pleshivtseva, E.Rapoport, A. Efimov, B.Nacke, A.Nikanorov, S.Galunin, Yu Blinov. Potentials of Optimal Control Techniques in Induction Through Heating for Forging. // Proceedings International Scientific Colloquium «Modelling for Electromagnetic Processing». Hannover, Germany, 2003. pp. 145-150.

37. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Альтернансный метод в обратных задачах теплопроводности. // В сб.: Труды III Российской национальной конференции по теплообмену, том 7. Москва: МЭИ, 2002. С. 240-243.

38. Лившиц М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Распределенное оптимальное управление процессами технологической теплофизики. // В сб.: Труды IV Междунар. конф. «Проблемы управления и моделирования в сложных системах». Самара: СНЦ РАН, 2002. С. 253-258.

39. Yu. Pleshivtseva, E.Rapoport. Optimum control of electric heating by mobile internal sources. // Proceedings International Induction Heating Seminar IHS-01, Padua, Italy, September 10-14, 2001. p.p. 667-672.

40. Рапопорт Э.Я., Лившиц М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Альтернансный метод в задачах оптимизации процессов технологической теплофизики: основы теории, вычислительные алгоритмы, опыт применения. // В сб.: Труды Международного Форума «Тепломассообмен ММФ-2000. Теплопроводность и задачи оптимизации теплообмена». Минск: НАНБ, 2000. С. 298-305.

41. E.Rapoport, Yu. Pleshivtseva, M. Livshits. Alternance Method in Problems of Induction Heating Processes: Basic Principles and Experience of Applications. // Proceedings ISEF’99, International Symposium on Electromagnetic Fields in Electrical Engineering. - Pavia, Italy, September 23-25, 1999. pp. 141-144.

42. E.Rapoport, Yu. Pleshivtseva, M. Livshits, P. Rudnev. Universal Method for Optimization of Induction Heating Processes. // Proceedings 8th International Induction Heating Seminar. - Kissimmee, Florida, November, 3-6, 1998.

43. Плешивцева Ю.Э., Гущин Б.Л., Каргов А.И., Сипухин Р.И. Математическое, алгоритмическое и программное обеспечение систем оптимального управления технологическими процессами тепломассопереноса.// Труды Международного Научного Конгресса «Молодежь и наука- третье тысячелетие». - Москва: НТА «Актуальные проблемы фундаментальных наук», 1997. т.1, II-82-83.

44. Плешивцева Ю.Э., Лившиц М.Ю., Уклейн Ю.А. Оптимальное управление процессом газовой цементации деталей машин. // Сб. Моделирование и оптимизация процессов промышленных технологий. Межвузовский сборник научных трудов. Куйбышев: КПТИ, 1988. С. 18.

45. Лившиц М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Оптимизация процессов индукционного нагрева методами распределенного управления. // В сб.: Научные проблемы технологических процессов, связанных с вопросами сбережения энергоресурсов и экологии. Труды Междунар. Симпозиума. Санкт-Петербург, 1994. С. 172-178

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.03 ГОУ ВПО Самарский государственный технический университет (протокол № 1 от 19 марта 2009 г.)

Заказ №___ Тираж 100 экз.

Отпечатано на ризографе.

ГОУВПО «Самарский государственный технический университет»

Отдел типографии и оперативной печати

443100 г. Самара ул. Молодогвардейская, 244.

Размещено на .ru

1. Разработан точный метод решения краевых задач оптимального управления технологическими объектами с распределенными параметрами в условиях чебышевских оценок заданных целевых множеств, базирующийся на предложенных в работе процедурах последовательной параметризации управляющих воздействий и редукции к задачам полубесконечной оптимизации.

2. Предложены инженерные методики и конструктивные вычислительные алгоритмы реализации предлагаемого метода, существенно использующие, наряду с аналитическими условиями оптимальности, базовые закономерности предметной области рассматриваемых прикладных задач оптимизации.

3. Разработаны алгоритмы оптимального по ряду основных технико-экономических критериев управления широким кругом процессов технологической теплофизики с сосредоточенными, пространственными и пространственно-временными управляющими воздействиями.

4. Предложены методология и алгоритмы совместной оптимизации процессов тепловой обработки металлических полуфабрикатов в технологических комплексах «нагрев-прессование».

6. Разработан новый метод параметрической идентификации математических моделей в обратных граничных задачах нестационарной теплопроводности, не требующий применения специальных регуляризирующих алгоритмов.