Основи теорії моделювання, аналізу і прогнозу в автоматизованих системах управління ритмічними процесами

Ключові слова: ритмічність, інформаційні технології, статистичний аналіз, прогноз, оптимальне управління, імітаційне моделювання.

Аннотация

Приймак Н.В. Основы теории моделирования, анализа и прогноза в автоматизированных системах управления ритмическими процессами. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.06 автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Национальный авиационный университет, Киев, 2000.

Диссертационная работа посвящена вопросам построения моделей импульсных ритмических (стохастически периодических) сигналов и разработке на этой основе информационных технологий их статистического анализа и прогноза с последующим использованием полученных результатов в автоматизированных системах управления объектами, функционирующими в режиме ритмики (на примере обоснования модели нагрузок энергосистем с учетом их ритмичности и причин, порождающих ритмичность; создания методов и программного обеспечения их статистического анализа в рамках характеристических функций; построение более достоверного прогноза энергопотребления и использования полученных результатов в АСДУ энергосистем с целью повышения эффективности и надежности управления их режимами).

Для решения сформулированных проблем в работе использован эффективный в современных исследованиях подход, суть которого сводится к триаде ''модельалгоритмпрограмма''. Согласно этой методике на первом шаге обосновывается модель сигнала. Что касается ритмических сигналов, то в диссертации обращено внимание, что само понятие ритмичности и периода ритмического сигнала еще четко не сформулировано. Поэтому в зависимости от того, как трактовать период, рассмотрены основные классы случайных процессов, используемые в качестве моделей ритмических сигналов. Это периодические и периодически коррелированные случайные процессы и последовательности. Но поскольку эти модели относятся к описательным, т.е. таким, что только постулируют ритмичность, в работе разработано новое научное направление построения конструктивных моделей импульсных ритмических сигналов. На базе этой методики обоснована модель нагрузок энергосистем в виде линейного случайного процесса. Чтобы в модели учесть ритмичность нагрузок, а также причины, ее вызывающие, автором впервые введен новый класс случайных процессов класс периодических белых шумов, проведена их классификация, где, в частности, выделены гауссовский, пуассоновский и другие периодические белые шумы. Сформулировано и доказано ряд теорем, которые устанавливают, что одной из основных причин, порождающих ритмичность импульсных сигналов, а в нашем случае энергонагрузок, является периодический белый шум, поступающий на вход линейной системы.

На основе построенной модели энергонагрузок реализован второй пункт триады разработаны новые информационные технологии, позволяющие проводить статистический анализ по оценке периодического математического ожидания энергопотребления, его периодической дисперсии, высших периодических моментных функций; оценке периодических взаимных корреляционных связей между нагрузками и влияющими на их формирование ритмическими факторами, в частности, метеофакторами; построение прогнозных графиков энергопотребления и расчет доверительных областей прогноза. Часть из построенных оценок принципиально новые. Поскольку при статистической обработке ритмических сигналов в качестве параметра соответствующих оценок используется их период, то в тех случаях, когда период неизвестный, его необходимо предварительно оценить, чтобы затем вместо периода использовать полученную оценку. В этой связи в работе построена новая непараметрическая оценка периода периодического случайного процесса, доказаны ее основные свойства состоятельность и асимптотическая несмещенность. На базе разработанных методов создано соответствующее программное обеспечение для АСДУ энергосистем. Предложен новый, удобный для практического использования критерий оптимальности управления энергонагрузками их периодическая дисперсия.

В работе впервые розработаны методы имитационного моделирования периодических белых шумов и ритмических сигналов и на этой основе предложено методику проверки адекватности моделей ритмических сигналов, а также розработаны методы имитационного моделирования разнообразных типичных и нестандартных ситуаций обстановки ритмичности, что является ключевым моментом при создании моделирующих комплексов и тренажеров с целью повышения профессионального мастерства диспетчеров АСУ объектами, функционирующими в режиме ритмики.

Основные результаты научных исследований прошли апробацию при статистическом анализе и прогнозе нагрузок Киев, Донбас, Днепрэнерго, Тернопольоблэнерго, причем полученные оценки и прогнозные графики являются более достоверными по сравнению с результатами, полученными известными методами, более наглядными и удобными в использовании, что способствует усовершенствованию учета электроэнергии, повышению эффективности и надежности управления режимами энергосистем.

Принципы, заложенные в информационные технологии АСДУ энергосистем, имеют обобщающий характер и могут быть успешно использованы при исследовании и управлении ритмическими сигналами, процессами, имеющими место в различных областях науки и отраслях народного хозяйства (транспорт, авиация, биотехника).

Ключевые слова: ритмичность, информационные технологии, статистический анализ, прогноз, оптимальное управление, имитационное моделирование.

Annotation

Pryjmak M.V. The fundamentals of the theory of modeling, analysis and prediction in automatic systems of control of rhythmical processes.Manuscript.

The theses are presented for the Doctor of technical sciences degree competition in speciality 05.13.06 automatic control systems and progressive information technologies.National aviation university, Kyiv, 2000.

The given theses are dedicated to the questions of elaboration of information technologies of the analysis and prediction of rhythmical signals (using the loads of power systems as an example). The new trend of elaboration of models of rhythmic signals, which is based on using of the linear random processes of a new class periodical white noises, has been created in this work. On its basis, the model of power loads, which takes into consideration their rhythmity, has been motivated; the new technologies of statistical analysis and prediction of loads in the terms of characteristical functions have been elaborated. High effectiveness of the proposed methods has been theoretically motivated and practically confirmed, and using of them promotes the optimization of the control of the regimens of power systems, and other objects, that work in the regimen of rhythmity. The main results of the theses are used in systems of rhythmical signals' processing, in ASDC of power systems and their regions.

Key words: rhythmity, information technologies, statistical analysis, prediction, optimum control, simulation.

Размещено на Allbest.ru