Н А Заєць, Н М Луцька - Розробка алгоритму ідентифікації адаптивної системи управління нестаціонарними об'єктами - страница 1

Страницы:
1 

УДК 681.513.5:664.12

Н.А. Заєць, канд. техн. наук,     РОЗРОБКА АЛГОРИТМУ

Н.М. Луцька, канд. техн. наук       ІДЕНТИФІКАЦІЇ АДАПТИВНОЇ

f;te«2rXMmem                                       СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ

НЕСТАЦІОНАРНИМИ ОБ'ЄКТАМИДосліджується неперервно дію­ча дифузійна станція цукрового заво­ду, що оснащена колонним дифузійним апаратом.Дляуправліннятемператур-ним режимом роботи виділеного неста­ціонарного об'єкту пропонується вико­ристати адаптивну систему автома­тизованого управління що функціонує на основі алгоритмів ідентифікації. В результаті отримано структуру ав­томатизованої системи управління з ідентифікатором з використанням алго­ритмів адаптації.

Ключові слова: дифузійна станція, нестаціонарність, адаптивна система, математична модель, ідентифікація.

Study the diffusion of continuously operating sugar mill plant, equipped with columned diffusers. To control the tem­peratures of selected non-stationary object is proposed to use adaptive automatic control system that operates on the basis of identification algoritms. As a result, the structure returned automated control system with identifier using approxima­tion algorithms.

 

 

Key words: diffusion station, transient, adaptive system, mathematical model, identification

Більшість технологічних процесів хімічної і харчової промисловості є ба­гатовимірними об'єктами управління зі складними зв'язками між змінними що характеризуються нестаціонарністю динамічних характеристик. Це призводить до погіршення якості управління , оскільки в типових системах вона залежить від зміни динаміки об'єкта з часом. Виникає необхідність побудови регуляторів, настройки яких змінюються (адаптуються) так, щоб при змінюваних параметрах об'єкта точність та якість системи залишались незмінними.

Неперервність оптимального управління може досягатися шляхом синтезу адаптивної системи з еталонною моделлю [1], вихід якої описує бажану ціль уп­равління системою при заданій вхідній дії . Але недоліком такої системи є склад­ність виведення еталонної математичної моделі, що повністю точно і адекватно відповідає об'єкту. Тому, у випадку коли невідома математична модель, застосо­вують адаптивну систему з ідентифікатором в якій синтез контуру адаптації здій­снюється за допомогою спеціального пристрою ідентифікатора. В процесі фун­кціонування об'єкта можуть уточнюватись як структура математичної моделі, так і її параметри, тобто сама модель є адаптивною, а процес ідентифікації вклю­чається в контур зворотного зв'язку.

Як об'єкт дослідження розглянемо дифузійну станцію цукрового заводу оснащену колонним дифузійним апаратом, що характеризується нестаціонарни­ми, несприятливими властивостями як об'єкт керування і є визначальним техно­логічним апаратом, від роботи якого залежить ефективність функціонування комплексу в цілому.

© Н.А. Заєць, Н.М. Луцька, 2010
Тсс


Gcm


Gem


Gct


Тош


Gcc


Тн


Gjkb


ТжвGnuc


Ємність ошпарювача

Ємність низу колонн


Спжв


Ємність верху колони


ТиРис. 1. Параметрична схема основних теплових процесів в дифузійній станції Опцс витрата пари на підігрівник циркуляційного соку; Тсс температура сокостружкової суміші; Gcm витрата соку в мішалку ошпарювача; Gem -витрата соку в шахту ошпарювача; Gct витрата стружки; Тош температура сокостружкової суміші в ошпарювачі; Gcc витрата сокостружкової суміші в колону; Тн температура сокостружкової суміші низу колони; Тжв -температура живильної води; Опжв вирата пари на підігрівник живильної води; Ожв вирата живильної води; Тв температура сокостружкової суміші верху колони

Вектор координат стануx(t)=


Тош Тн Тв


(1)причому перша і третя координати є керованими змінними. Вектор управлінняu(t)=


йпце йпжв


(2)Вектор збурень

Тсс Gcm Gcm

z(t)=   Gct   , (3) Gcc Тжв йжв

Математична модель об'єкта будується за допомогою статистичних рівнянь:x2=f2(xi;z5), х3 = f3(x2,u2,z6,z7).


(4)Де f,, f„ fq обираються з ряду елементарних функцій відповідно заданому кри­терію ідентифікаціїІід = ХЗД) -хм(^))т(хр(^) - xjt,)) -> min ,


(5)де t. період ідентифікації, за який перераховуються структура та параметри математичної моделі; х (і), хм(1) вектори координати стану об'єкта реальні та розраховані за моделлю" в дискретні моменти часу t.. Мінімізація даного критерію відбувається як шляхом зміни структури математичної моделі та її параметрів.

Оскільки параметри та структура математичної моделі суттєво залежать від коефіцієнтів теплопередачі, об'єму робочого середовища, теплоємностей, ре­жиму роботи об'єкта, що змінюються в досить широкому діапазоні, то виникає задача визначення такого періоду ідентифікації, за який визначена математична модель адекватно описує об'єкт. За експериментальними даними визначено, що період перерахунку математичної моделі становить 25 хвилин.

Оцінювання параметрів моделі та об'єкта виконується на основі алгоритму ідентифікації, що визначає правила пошуку оцінок. Для того, щоб перевірити, на­скільки точно побудована модель імітує чи передбачає дані спостережень, необхідно порівняти їх при однакових діях. На основі реальних даних були розраховані пара­метри математичної моделі для лінійної та квадратичної структур. На рисунку 2 показано відповідність виходів реального об'єкта xp(t) та лінійної xjt) і квадратич­ної xm(t) моделі при однакових вхідних діях для температури в ошпарювача Тош. Також було розраховано критерій ідентифікації для обраних моделей:13,38 °С5


> ^ід_мнл


36,11 °С2За результатами досліджень, можна зробити висновок, що на даному про­міжку ідентифікації для роботи адаптивної системи обирається лінійна матема­тична модель. Причому при наступному періоді ідентифікації оптимальна струк­тура математичної моделі може змінюватися.

Для підтримання заданого температурного режиму роботи об'єкту доціль­ним є застосування типових лінійних законів регулювання [3], зокрема пропор­ційно-інтегрального алгоритму. Причому в адаптивній системі автоматизованого управління блок ідентифікації розраховує оптимальні значення коефіцієнтів пе­редачі настройок регуляторів, залишаючи постійним час інтегрування.

Алгоритм розрахунку оптимальних настройок регуляторів може обиратися з ряду пошукових методів, зокрема градієнтних, без градієнтних, методів випадково­то пошуку. При цьому як критерій пошуку використовується інтегральний квадра­тичний критерій суми відхилень заданих та дійсних значень регульованих змінних на всьому проміжку регулювання. Оскільки параметри об'єкта змінюються, то ці задачі повинні вирішуватись під час роботи КДУ автоматично, в темпі проходження процесу дифузії. Тобто, коефіцієнти передачі настройок регуляторів повинні зміню­ватись в процесі роботи системи пристосовуючись за час Т до змінюваних параметрів роботи об'єкта так, щоб якість роботи системи залишалась незмінною.

На основі проведених досліджень було розроблено адаптивну систему уп­равління з ідентифікатором, структура якої зображена на рис.З. Пристрій адап­тації складається з двох блоків : блоку ідентифікації математичної моделі об'єкта та блоку перерахунку оптимальних настройок регулятора кр1 та кр2.
Пристрій ид мі та ції


Регулятор 1період ідентифікації

структура MM


Блок ідентифікації математичної моделі (MM) об'єкта

■ Ці U,

математична

модель


 

Об'єкт управліннякритерій


Блок перерахунку настройок регула торів к, та K,j


Регулятор 2Рис. 3. Структура адаптивної системи автоматизованого управління

Вхідними даними для пристрою адаптації є значення векторів координат стану, управлінь, збурень, а також даних про структуру математичної моделі та період ідентифікації' критерій та метод оптимізації настройок регулятора, що обираються оператором з набору існуючих.

Висновки. Розроблено адаптивну систему автоматизованого управління з ідентифікатором для температурного режиму неперервно діючої дифузійної стан­ції цукрового заводу. Проведено дослідження виділених етапів синтезу адаптив­ної системи, кінцевим результатом яких є розробка структури автоматизованої системи управління з використанням алгоритмів адаптації. Розроблена система може бути реалізована на базі типової існуючої мікропроцесорної системи шля­хом введення пристрою адаптації.

ЛІТЕРАТУРА

1. ЛаданюкАЛ., Заєць НА., Луцька Н.М. Застосування адаптивних систем керування для нестаціонарних об'єктів технологічних комплексів неперервного типу // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. — 2005. — № 1 (15). — С. 158-162.

2. Волошин З.С., Макаренко Л.П., Яцковский П.В. Автоматизация сахарно­го производства. — М.: Агропромиздат, 1990. — 271 с.

3. Ладанюк А.П., Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д. Автоматизація технологічних процесів і виробництв харчової промисловості. К.: Аграрна ос­віта, 2001. — 224 с.

Надійшла до редколегії 14.09.2010

Страницы:
1 


Похожие статьи

Н А Заєць, Н М Луцька - Розробка алгоритму ідентифікації адаптивної системи управління нестаціонарними об'єктами