C U P R I N S

 

1.  INTRODUCERE

(D. Popescu, D. Ştefanoiu)

9

1.1.  Instrumentele Automaticii

9

1.2.  Modelarea şi identificarea proceselor

11

1.2.1.  Modele de cunoaştere

11

1.2.2.  Modele de comportament

12

1.2.3.  Modele de comandă

14

1.2.4.  Calculul comenzii sistemelor

16

1.3.  Conexiunea dintre identificare şi comandă (robustă)

19

1.4.  Supervizarea sistemelor

24

1.4.1.  Decizii de conducere

24

1.4.2.  Diagnoza sistemelor

26

1.4.2.1.  Diagnoza bazată pe model

26

1.4.2.2.  Modelarea matematică a sistemelor cu defecte

28

1.4.2.3.  Generară reziduurilor în diagnoza bazată pe model

29

1.4.2.4.  Modelare calitativă pentru diagnoza de defecte

30

2.  SISTEME CONVENŢIONALE DE REGLARE AUTOMATĂ

(D. Popescu)

33

2.1.  Reglarea automată a debitului

33

2.1.1.  Modelarea proceselor de curgere

33

2.1.1.1.  Calculul modelului dinamic al unei conducte scurte

34

2.1.1.2.  Calculul modelului dinamic al unei conducte lungi

36

2.1.2.  Proiectarea sistemelor pentru reglarea automată a debitului

37

2.1.3.  Implementarea sistemelor pentru reglarea debitului

40

2.2.  Reglarea automată a nivelului

42

2.2.1.  Modelarea proceselor de umplere - golire

42

2.2.1.1.  Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit constant

42

2.2.1.2.  Calculul modelului dinamic pentru evacuare la debit variabil

44

2.2.2.  Proiectarea sistemelor pentru reglare automată a nivelului

46

2.2.3.  Implementarea sistemelor pentru reglarea nivelului

48

2.3.  Reglarea automată a presiunii

49

2.3.1.  Modelarea unei capacităţi pneumatice

49

2.3.1.  Calculul modelului dinamic pentru o capacitate pneumatică

49

2.3.1.  Proiectarea sistemelor pentru reglarea automată a presiunii

51

2.3.1.  Implementarea sistemelor pentru reglarea presiunii

52

2.4.  Reglarea automată a temperaturii

53

2.4.1.  Modelarea proceselor cu transfer de căldură

53

2.4.2.  Calculul modelului dinamic pentru un schimbător de căldură

54

2.4.3.  Proiectarea sistemelor pentru reglarea automată a temperaturii

55

2.4.4.  Implementarea sistemelor pentru reglarea temperaturii

58

2.5.  Reglarea automată a concentraţiei

60

2.5.1.  Modelarea proceselor cu transfer de componenţi

60

2.5.2.  Calculul modelului dinamic pentru procese fără reacţie chimică

61

2.5.3.  Calculul modelului dinamic pentru procese cu reacţie chimică

63

2.5.4.  Proiectarea sistemelor pentru reglarea automată a concentraţiei

64

2.5.5.  Implementarea sistemelor pentru reglarea concentraţiei

66

3.  ELEMENTE DE IDENTIFICAREA SISTEMELOR

(D. Ştefanoiu, D. Popescu)

69

3.1.  Principiul adaptării parametrice

69

3.2.  Algoritmi de identificare recursivă pe bază de gradient

71

3.3.  Metoda Celor Mai Mici Pătrate în variantă recursivă (MCMMP-R)

73

3.4.  Variante ale MCMMP-R utilizate în comanda numerică

78

3.4.1.  MCMMP-RG cu amplificare descrescătoare

79

3.4.2.  MCMMP-RG cu factor de uitare constant

79

3.4.3.  MCMMP-RG cu factor de uitare variabil

79

3.4.4.  MCMMP-RG cu urmă constantă

80

3.4.5.  MCMMP-RG cu amplificare descrescătoare şi urmă mărginită

81

3.4.6.  MCMMP-RG cu factor de uitare variabil şi urmă mărginită

81

3.4.7.  MCMMP-RG cu amplificare constantă

81

3.5.  Validarea modelelor de identificare

82

3.6.  Algoritmi de identificare în buclă închisă

85

3.6.1.  Principiul algoritmilor de identificare în buclă închisă

85

3.6.2.  Algoritmul CLOE în varianta de bază

89

3.6.3.  Algoritmul CLOE filtrat

91

3.6.4.  Algoritmul CLOE extins (X-CLOE)

92

3.6.5.  Algoritmul CLOE generalizat (G-CLOE)

95

3.6.6.  Algoritmul CLOE cu date filtrate

97

3.6.7.  Validarea modelelor de identificare în buclă închisă

100

3.6.8.  Algoritmi van der Hof

100

3.6.8.1.  Tehnici directe de identificare

102

3.6.8.2.  Tehnici indirecte de identificare

103

4.  SISTEME CONVENŢIONALE DE CONTROL AUTOMAT

(D. Popescu, C. Lupii)

109

4.1.  Structura algoritmilor de comandă

109

4.2.  Comandă numerică RST

110

4.3.  Comandă PID de tip RST

112

4.3.1.  Comandă PID cu filtrare pe acţiunea derivativă

112

4.3.2.  Comandă PID îmbunătăţită

114

4.4.  Comandă prin alocare de poli

115

4.4.1.  Calculul polinoamelor

116

4.4.2.  Calcul polinomului T

117

4.5.  Comandă cu obiective independente în urmărire şi reglare

118

4.5.1.  Calcul performanţelor în reglare

119

4.5.2.  Calculul performanţelor în urmărire

120

4.6.  Comandă numerică cu ponderarea energiei

121

4.7.  Comandă cu variantă minimală

122

4.8.  Comandă predictivă

126

4.8.1.  Principiul comenzii predictive

126

4.8.2.  Comandă predictivă cu orizont finit

127

4.8.3.  Comandă predictivă cu orizont unitar

128

4.9.  Comandă adaptivă

133

4.9.1.  Strategii de adaptare

134

4.9.2.  Estimarea parametrilor

134

4.9.3.  Proiectarea comenzii adaptive

135

4.10.  Comandă robustă

137

4.10.1.  Robusteţea sistemelor în buclă închisă

137

4.10.2.  Toleranţa la neliniaritate

141

4.10.3.  Toleranţa la incertitudinea de model

143

4.10.4.  Studiul funcţiei de sensibilitate perturbaţie - ieşire

146

4.10.5.  Proiectarea comenzii robuste

147

4.10.6.  Calibrarea funcţiei de sensibilitate

149

5.  ELEMENTE DE OPTIMIZAREA SISTEMELOR

(D. Popescu)

151

5.1.  Comandă supervizată

151

5.1.1.  Implementarea unui supervizor determinist

153

5.1.2.  Implementarea unui supervizor stocastic

154

5.1.2.1.  Decizii cu risc minim

155

5.1.2.2.  Decizii cu risc impus

156

5.2.  Metode numerice de optimizare

157

5.2.1.  Estimarea direcţiilor de deplasare în procesul de optimizare

160

5.2.2.  Alegerea pasului de avans în procesul de optimizare

162

5.2.3.  Metode monovariabile

163

5.2.3.1.  Metoda de interpolare polinomială

163

5.2.3.2.  Metoda Secţiunii de Aur

164

5.2.4.  Metode de căutare directă multivariabile

166

5.2.4.1.  Metode de căutare multivariabile liniare

166

Metoda Rosenbrock cu restricţii

166

5.2.4.2.  Metode de căutare evolutive

168

A.  Metoda NELDER-MEAD

168

B.  Metoda Box

171

5.2.4.3.  Metode de gradient

173

A.  Metoda CAUCHY (gradient optimal)

173

B.  Metoda FLETCHER-POWELL (cu metrică variabilă)

174

C.  Metoda FLETCHER-REEVES (de gradienţi conjugaţi)

175

D.  Metoda ROSEN (a gradientului proiectat)

176

E.  Metoda NEWTON - RAPHSON

178

5.3.  Tehnici de optimizare pentru sisteme de mari dimensiuni

179

5.3.1.  Tehnici de transformare prin descompunere

179

5.3.1.1.  Probleme cu structură bloc-diagonală

180

A.  Algoritmul Ritter pentru sisteme liniare

182

B.  Algoritmul Rosen pentru sisteme liniare

183

C.  Algoritmul Rosen pentru sisteme neliniare

185

D.  Algoritmul Benders pentru programe neliniare

188

5.3.1.2.  Probleme aditiv-separabile în funcţia criteriu şi restricţii

189

A.  Coordonare prin multiplicatori Lagrange

191

B.  Coordonare prin model

192

C.  Coordonarea prin multiplicatori şi model

194

5.3.2.  Tehnici de transformare prin penalizare

195

5.3.2.1.  Tehnica penalizării exterioare

196

5.3.2.2.  Tehnica penalizării interioare

196

5.3.2.3.  Tehnica penalizării interioare extinse

197

6.  IMPEMENTAREA SISTEMELOR NUMERICE DE CONDUCERE

(C. Petrescu)

199

6.1.  Etapele proiectării unui sistem numeric de conducere

199

6.2.  Arhitecturi hardware pentru sisteme de conducere

204

6.2.1.  Structura generală a unui echipament numeric

205

6.2.1.1.  Interfaţa operator

206

6.2.1.2.  Interfeţe de conectare la proces

207

A.  Interfeţe pentru intrări analogice

207

B.  Interfeţe pentru ieşiri analogice

211

C.  Interfeţe pentru intrări numerice

212

D.  Interfeţe pentru ieşiri numerice

213

6.2.2.  Arhitectura compactă

214

6.2.3.  Arhitectura modulară convenţională

215

6.2.4.  Arhitectura distribuită

216

6.2.5.  Arhitectura modulară cu interfeţe inteligente

220

6.3.  Implementarea aplicaţiilor software de conducere

222

6.3.1.  Descrierea unui modul de conducere

223

6.3.1.1.  Tipul procedurilor

227

6.3.1.2.  Modul de activare al procedurilor

228

6.3.1.3.  Atributul de actualizare şi setul de valori ale unei variabile

228

6.3.1.4.  Tipul evenimentelor declanşatoare

230

6.3.1.5.  Domeniul de dependenţă al unei proceduri

230

6.3.1.6.  Condiţia de activare a unei proceduri

230

A.  Cazul procedurilor condiţionate de timp

230

B.  Cazul procedurilor necondiţionate

230

6.3.2.  Modelul componenţei şi funcţionării modulelor de conducere

231

6.3.3.  Implementarea sistemului de conducere

234

6.3.3.1.  Structura vectorului de intrare

235

6.3.3.2.  Descriptorul de proceduri

236

6.3.3.3.  Structura de date locală

237

6.3.3.4.  Interpretorul de mesaje

237

6.3.3.5.  Procedura de acces la vectorul de intrare

238

6.3.3.6.  Procedura de actualizare a vectorului de ieşire

238

6.3.3.7.  Procedurile modulului

239

6.3.4.  Descrierea sistemului de comunicaţie

239

6.3.4.1.  Distribuţia bazată pe conexiuni directe

240

6.3.4.2.  Distribuţia bazată pe conexiuni indirecte

242

A.  Secţiunea de recepţie

244

B.  Secţiunea de transmisie

245

6.3.5.  Funcţii auxiliare existente în sistemele de conducere

245

6.4.  Implementarea unor module de conducere

246

6.4.1.  Cadrul general de definire a unui modul de conducere

246

6.4.1.1.  Prototipul modulului

248

A.  Definirea unei proceduri

248

B.  Descriptorul procedurii

248

C.  Structura de date asociată prototipului unui modul

249

6.4.1.2.  Instanţa unui modul-structura context

250

A.  Descriptor prototip

250

B.  Structura de date locală

250

C.  Structura context

250

6.4.2.  Interconectarea modulelor

251

6.4.2.1.  Configurarea conexiunilor

251

6.4.2.2.  Transmiterea informaţiilor prin conexiuni

252

7.  AUTOMATIZĂRI INDUSTRIALE - STUDII DE CAZ

(C. Dimon, C. Lupii, C. Petrescu, B. Ciubotarii)

255

7.1.  Automatizarea unui punct termic din reţeaua de termoficare

255

7.1.1.  Prezentare tehnologică şi soluţia de automatizare propusă

256

7.1.2.  Proiectarea sistemelor numerice de reglare

257

7.1.2.1.  Proiectarea SRA-TRCI1

257

A.  Identificarea modelului matematic al procesului

257

B.  Calculul unui regulator RST

258

7.1.2.2.  Proiectarea SRA-TRC2

260

A.  Identificarea modelului matematic al procesului

260

B.  Calculul unui regulator RST

262

7.1.2.3.  Proiectarea SRA-DPC3

264

A.  Identificarea modelului matematic al procesului

264

B.  Calculul unui regulator RST

265

7.1.3.  Optimizarea regimului de funcţionare

266

7.1.4.  Aspecte de implementare

269

7.2.  Conducerea avansată a unui proces din siderurgie

270

7.2.1.  Proiectarea şi implementarea nivelului de achiziţie şi control

273

7.2.1.1.  Controlul fazei de combustie

275

7.2.1.2.  Controlul fazei de suflare

277

7.2.1.3.  Controlul reţetei de combustie

278

7.2.2.  Proiectarea şi implementarea nivelului de optimizare

279

7.2.3.  Concluzii

284

7.3.  Aplicaţii de control tolerant în aeronautică

285

7.3.1.  Control tolerant la defecte folosind tehnici de pseudo-inversă

285

7.3.2.  Control tolerant la defecte folosind tehnici de control liniar pătratic

291

ANEXE

A.  PIM, PC-REG - PRODUSE SOFTWARE PENTRU IDENTIFICAREA ASISTATĂ

ŞI PROIECTAREA COMENZII NUMERICE

297

A.1  Introducere

297

A.2  PIM, produs software pentru identificarea sistemelor

298

A.2.1  Modulul de gestiune a fişierelor

299

A.2.1.1  Organizarea şi utilitatea programului

299

A.2.1.2  Conţinutul meniului

299

A.2.1.3  Descrierea comenzilor

299

A.2.1.4  Meniul grafic

301

A.2.1.5  Limitări ale programului

302

A.2.2  Modulul de estimare a complexităţii

302

A.2.2.1  Estimarea complexităţii globale a sistemului

302

A.2.2.2  Estimarea detaliată a ordinului

303

A.2.2.3  Vizualizarea

303

A.2.3  Modulul pentru identificarea modelelor parametrice

303

A.2.3.1  Alegerea structurii modelului sistemului de identificat

304

A.2.3.2  Alegerea metodei de identificare

304

A.2.3.3  Alegerea algoritmului de adaptare parametrică

305

A.2.3.4  Parametrii necesari pentru identificare

305

A.2.3.5  Identificarea parametrilor modelului

307

A.2.4  Modulul pentru validarea modelelor identificate

308

A.2.4.1  Modelul identificat

308

A.2.4.2  Rezultatele testului de validare

309

A.2.4.3  Alte funcţionalităţi

310

A.2.5  Modulul pentru analiza frecvenţială şi temporală

310

A.2.5.1  Stabilirea modelului procesului de studiat

311

A.2.5.2  Calculul răspunsurilor

311

A.2.5.3  Vizualizarea

312

A.2.6  Modulul pentru simularea sistemelor

313

A.2.6.1  Modelul procesului simulat

313

A.2.6.2  Definirea semnalului de comandă

313

A.2.6.3  Caracteristicile zgomotului

314

A.2.6.4  Grafica

314

A.2.7  Modulul pentru achiziţia datelor

314

A.2.7.1  Caracteristicile achiziţiei

314

A.2.7.2 Lansarea achiziţiei

315

A.2.8  Modulul pentru identificarea în timp real a modelelor parametrice

315

A.3  PC-REG, produs software pentru identificarea sistemelor

316

A.3.1  Modulul pentru specificarea perioadei de eşantionare

316

A.3.2  Modulul pentru calculului unui regulator

317

A.3.2.1  Tip de metodă

317

A.3.2.2  Modelul procesului

317

A.3.2.3  Performanţe

319

A.3.2.4  Prespecificaţii

320

A.3.2.5  Calcul

321

A.3.3  Modulul pentru calculului unui regulator

322

A.3.3.1  Model proces

322

A.3.3.2  Regulator

322

A.3.3.3  Semnal de referinţă

322

A.3.3.4  Perturbaţii

323

A.3.3.5  Simulare

324

A.3.3.6  Meniul grafic

325

A.3.4  Modulul pentru analiza robusteţe

326

A.3.4.1  Modelul procesului

326

A.3.4.2  Regulatorul

326

A.3.4.3  Analizam buclă închisa

327

A.3.4.4  Analiza pe elemente

329

A.3.4.5  Meniul grafic

330

A.4  Aplicaţii PIM şi PC-REG

331

A.4.1  Identificarea unei coloane de distilare

331

A.4.2  Reglarea unei coloane binare de distilare

335

A.4.2.1  Analiza modelului procesului

336

A.4.2.2  Calculul regulatorului

336

A.4.2.3  Simulare temporală

337

A.4.2.4  Analiza robusteţii

338

A.4.2.5  Calculul unui regulator mai rapid

338

A.5  Observaţii finale

340

B.  SISCON, PRODUS SOFTWARE PENTRU OPTIMIZARE

345

B.1  Descrierea pachetului de programe SISCON

345

B.2  Instalarea produsului SISCON

345

B.3  Lansarea sistemului SISCON

346

B.4  Notaţii şi reguli generale

346

B.5  Subrutine de identificare pentru modele de conducere

347

B.6  Subrutine de optimizare pentru evaluarea deciziilor

348

B.6.1  Metode de optimizare monovariabile

353

B.6.1.1  MetodaCoggins

353

B.6.1.2  Metoda Secţiunii de aur

354

B.6.2  Metode de optimizare multivariabile

355

B.6.2.1  Metoda Rosenbrock cu restricţii

355

B.6.2.2  Metoda Nelder-Mead

356

B.6.2.3  Metoda Box

357

B.6.2.4  Metoda Cauchy

358

B.6.2.5  Metoda Fletcher-Powell

359

B.6.2.6  Metoda Fletcher-Reeves

360

B.6.2.7  Metoda Rosen

361

B.6.2.8  Metoda Newton-Raphson

362

B.6.3  Metode de optimizare cu risc minim

363

B.6.4  Metode de optimizare cu risc impus

367

B.7  Subrutine de descentralizare pentru sisteme de mari dimensiuni

369

B.7.1  Tehnici de transformare prin descompunere

369

B.7.1.1  Metoda Rosen

369

B.7.1.2  Metoda Benders

373

B.7.1.3  Coordonare prin multiplicatori Lagrange

375

B.7.2  Tehnici de penalizare

377

B.7.2.1  Cazul monovariabil

377

B.7.2.2  Cazul multivariabil

378

BIBLIOGRAFIE

381