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