Введение
ГЛАВА 1. Методы, средства и возможности решения задач автоматизации технологических систем 17
1.1 Особенности производственных технологических систем как автоматизированного объектов управления 17
1.1.1 Технологические системы как элементы структуры современного производства 17
1.1.2 Особенности функционирования периодических технологических систем 20
1.1.3 Особенности непрерывных технологических систем 23
1.1.4 Актуальные проблемы автоматизации непрерывных технологических систем 27
1.2 Перспективные направления автоматизации непрерывных технологических систем 28
1.2.1 Технологические системы как объекты автоматизации 28
1.2.2 Интегрированное автоматизированное управление технологическими процессами и производствами 30
1.2.3 Распределенное управление при автоматизации технологических систем 36
1.2.4 Фактор иерархической сложности ТЛС в задачах управления 40
1.2.5 Фактор сложности ТОУ в задачах локального управления 41
1.3 Задачи и возможности информационно-алгоритмического обеспечения локального управления при автоматизации непрерывных технологических систем 44
1.3.1 Возможности одноканального локального управления технологическими процессами и аппаратами ТЛС непрерывных производств 44
1.3.2 Перспективы применения многоканального локального управления технологическими процессами и аппаратами ТЛС непрерывных производств 46
1.3.3 Математическое моделирование как средство обеспечения решения задач управления технологическими объектами 49
1.3.4 Анализ проблемы информационной поддержки процессов управления сложными объектами технологических систем 51
1.4 Выводы по первой главе и постановка задачи диссертационного исследования 54
1.4.1 Необходимость унификации математических моделей управляемых объектов ТЛС с сосредоточенными параметрами и методов их построения. 54
1.4.2 Необходимость разработки метода синтеза унифицированных законов квазиоптимального согласованного векторного управления объектами ТЛС. 54
1.4.3 Необходимость разработки метода проектирования и топологической оптимизации беспроводных информационно-измерительных сетей для АСУ ТП ТЛС 55
ГЛАВА 2. Унификация математических моделей автоматизируемых технологических объектов с сосредоточенными параметрами и формализация процесса их построения 56
2.1 Накопительная парадигма априорного конструирования математических моделей автоматизируемых технологических процессов 56
2.1.1 Краткая история возникновения и развития теории и методологии математического моделирования технологических систем 56
2.1.2 Методологический базис априорного конструирования математических моделей 58
2.1.3 Универсальные характеристики и свойства математических моделей автоматизируемых технологических объектов 61
2.2 Универсальные субстанциальные математические модели одноемкостных технологических объектов с сосредоточенными параметрами 63
2.2.1 Математические модели накопления и переноса субстанций материальными носителями 63
2.2.2 Субстанциальные математические модели одноемкостных технологических объектов с сосредоточенными параметрами 66
2.2.3 Пример формализованного построения субстанциальной математической модели одноемкостного теплообменника смешения 70
2.2.4 Математические модели накопления нескольких субстанций одноемкостным объектом с сосредоточенными параметрами 72
2.2.5 Пример формализованного построения субстанциальной математической модели одноемкостного аппарата приготовления раствора с подогревом 75
2.3 Формализация процесса субстанциального математического моделирования технологических объектов методами декомпозиции 77
2.3.1 Виртуальная декомпозиция одноемкостного объекта с сосредоточенными параметрами на элементарные накопители субстанций 77
2.3.2 Виртуальная декомпозиция многоемкостного технологического объекта на ячейки накопления субстанций 81
2.3.3 Формальное построение декомпозированных субстанциальных математических моделей многоемкостных технологических объектов с сосредоточенными параметрами 85
2.4 Алгоритм формализованного построения субстанциальных математических моделей автоматизируемых технологических объектов с сосредоточенными параметрами для задач синтеза систем управления 86
2.4.1 Особенности математических преобразований в субстанциальных математических моделях 86
2.4.2 Порядок и связность субстанциальных математических моделей технологических объектов 89
2.4.3 Унифицированный алгоритм построения субстанциальных математических моделей технологических объектов 92
2.4.4 Анализ проблемы перехода от субстанциальных ММ к реальным математическим моделям ТОУ 95
2.4.5 Возможности использования субстанциальных ММ для синтеза законов управления в ЛСУ СТОУ 98
2.5 Выводы по второй главе 100
2.5.1 Универсальные субстанциальные математические модели как результат применения потоково-накопительной парадигмы 100
2.5.2 Универсальность алгоритма построения СММ ТОУ 100
2.5.3 Универсальность алгоритма построения субстанциальных и рабочих математических моделей ТОУ 100
ГЛАВА 3. Универсальные законы квазиоптимального управления автоматизируемыми технологическими объектами с сосредоточенными параметрами 101
3.1 Теоретические основы синтез законов квазиоптимального управления автоматизируемыми технологическими объектами с сосредоточенными параметрами 101
3.1.1 Квазиоптимизация быстродействия как парадигма синтеза законов управления технологическими объектами 101
3.1.2 Основные проблемы и подходы к квазиоптимизации быстродействия законов управления автоматизируемыми технологическими объектами 103
3.1.3 Теоретические предпосылки возможности реализации квазиоптимального быстродействия динамических систем первого порядка 106
3.1.4 Исследование квазиоптимальности быстродействия динамической системы первого порядка с нелинейным параметрически зависимым показателем моды 110
3.2 Синтез законов квазиоптимального управления одноемкостными моносубстанциальными технологическими объектами автоматизации 115
3.2.1 Теоретические основы синтеза эталонных ММ для квазиоптимальных по быстродействию систем автоматического управления первого порядка 115
3.2.2 Теоретические основы синтеза законов управления управления квазиоптимального быстродействия с использованием математических моделей первого порядка 119
3.2.3 Пример синтеза КОБ-закона управления одноемкостным автоматизируемыми ТОУ с одной субстанцией накопления 122
3.2.4 Анализ преимуществ закона управления квазиоптимального быстродействия технологическим аппаратом 125
3.3 Синтез законов квазиоптимального управления одноемкостными
полисубстанциальными автоматизируемыми технологическими объектами 130
3.3.1 Анализ возможностей синтеза КОБ-законов управления полисубстанциальными ТОУ на основе парадигмы взаимно автономных эталонных ММ САУ 130
3.3.2 Постановка задачи синтеза векторного закона взаимно автономного управления для полисубстанциального одноемкостного технологического аппарата 134
3.3.3 Синтез векторного закона взаимно автономного КОБ-управления для полисубстанциального одноемкостного технологического аппарата 137
3.3.4 Анализ качества векторного управления ТОС по закону взаимно автономного управления 139
3.4 Выводы по третьей главе 143
3.4.1 Метод синтеза квазиоптимальных векторных нелинейных эталонных моделей локальных САУ для представленных полисубстанциальными ММ технологических объектов 143
3.4.2 Метод синтеза согласованного векторного закона управления
отождествлением векторов производных эталонной ММ САУ и ММ ТОУ 143
ГЛАВА 4. Разработка беспроводной сенсорной сети для информационного обеспечения системы автоматизированного управления технологическимпроцессом 145
4.1.1 Описание процесса дезодорации 145
4.1.2 Постановка задачи управления 146
4.1.3 Обоснование необходимости разработки беспроводной сенсорной сети 148
4.2 Техническое обеспечение измерений контролируемых параметров системы 149
4.2.1 Выбор цифрового интерфейса передачи данных 150
4.2.2 Технические характеристики датчиков, используемых в создаваемой системе управления 154
4.3 Современное состояние исследований в области разработки беспроводных сенсорных сетей 155
4.4 Сравнительный анализ применяемых технологий для построения БСС 158
4.4.1 Топологии сети 158
4.4.1 Стандарты беспроводной передачи данных 160
4.4.2 Критерии оценки технологии передачи данных в беспроводной сенсорной сети промышленного мониторинга 165
4.4.3 Анализ и выводы 165
4.5 Разработка логической схемы сети 167
4.6 Описание аппаратной архитектуры узла сети
4.6.1 Плата управления и передачи данных 169
4.6.2 Оптимизация расположения узла-стока в пространстве 171
4.7 Выводы по четвёртой главе 186
Заключение 188
Списok сокращений и условных обозначений 190
