Ладик Е.Ю., Минлибаев М.Р.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯДЛЯ УСТАНОВКИ ПОДГОТОВКИ ГАЗА *
Аннотация:
в статье рассматривается моделирование системы управления для установки подготовки газа
Ключевые слова:
система управления, подготовка газа, промышленность
Задачи, встающие сегодня перед проектировщиком систем автоматического и автоматизированного управления, все чаще требуют при решении использования теории адаптивных систем. Сформулировать в общих чертах задачу адаптивного управления относительно легко, но весьма непросто решать конкретные задачи управления объектами. Причина в том, что адаптивное управления требуется там, где отсутствует или существенно ограничена априорная информация о реальных законах изменения динамических свойств объекта и входных воздействиях на систему управления, которые будут иметь место при функционировании системы. Эту информацию необходимо извлекать в процессе нормального режима работы системы. Типичными примерами таких объектов в химической промышленности служат дистилляционные колонны. Современные силовые авиационные установки представляют собой объекты с запаздыванием. Наличие запаздывания в математическом описании объекта управления встречается при автоматической стабилизации курса судна, при производстве цемента, стекла, серной кислоты, в задаче управления ядерным реактором, в энергетике и теплоэнергетике, в других технологических процессах, для которых характерна начальная неопределенность в значении параметров математической модели и текущем изменении характеристик объекта. Существенное отличие адаптивных методов управления от классических заключается в том, что они обеспечивают выполнение требований конкретной цели управления не для одного полностью определенного объекта, а для нескольких произвольных объектов, принадлежащих некоторому известному множеству или классу. Отметим, что класс адаптивности определяет границы возможных изменений параметров управляемого объекта и действующих на объект возмущений, то есть по существу является заданием уровня априорной неопределенности в системе управления. Указание объема начальной информации – необходимое условие в задаче построения адаптивных систем, так как уровень априорной неопределенности определяет тип адаптивной системы управления. Адаптивные системы управления включают объект, регулятор и адаптор (рисунок 3). Объект «О» и регулятор «Р», вырабатывающий управляющее воздействие на объект, образуют основной контур. Регулятор содержит варьируемые параметры. Адаптор на основе обработки доступной ему информации вырабатывает управляющее воздействие, производящее подстройку варьируемых параметров регулятора. Регулятор совместно с адаптером образуют адаптивный регулятор. Как видим, адаптивная система управления обладает иерархической структурой: она имеет два уровня. Основной контур образует первый (низший) уровень, а контур, содержащий адаптор и называемый контуром адаптации, - второй уровень. В общем случае возможны три и больше уровней. В частности, если для синтеза адаптора в завершенном виде априорной информации недостаточно и, допустим, какие-либо его параметры должны уточнятся в процессе функционирования системы, потребуется третий уровень - контур адаптации адаптора. Адаптор выполняет двоякую функцию: изучение объекта и настройку регулятора. По способу изучения объекта адаптивные системы делятся на поисковые и беспоисковые. Адаптивная система управления называется поисковой, если в нее для изучения объекта подаются специальные (поисковые) сигналы, и беспоисковой, если в систему никаких поисковых сигналов для изучения объекта не подается. Среди поисковых систем широко распространены экстремальные системы. Отличительным признаком таких систем является наличие у статических характеристик их объектов управления явно выраженного экстремума. При этом положение экстремума под влиянием различных факторов может меняться. Целью управления в экстремальных системах управления является подержание экстремума на их выходе. И для определения управляющих воздействий, обеспечивающих движение к экстремуму, к управляющему сигналу добавляется поисковый сигнал. Однако можно отметить и недостатки адаптивных систем: - в случае очень больших возмущающих воздействий параметры настройки могут сбиться и система на некоторое время может перейти в колебательный режим со значениями превышающими пределы регулируемой величины PV. - встроенные алгоритмы адаптации производят идентификацию не всех типов обьектов управления. Поэтому, прежде, чем проектировать систему управления, необходимо в технической документации (или получить консультацию у производителя оборудования) уточнить типы обьектов, которые может идентифицировать та или иная система адаптивного регулирования. - методы изменения управляющего выходного сигнала в процессе идентификации обьекта могут иметь необратимые последствия для технологического процесса. Например, при самонастройке регулятор может полностью открыть или полностью закрыть клапан (регулирующий орган), или подача пробных гармонических (синусоидальных) сигналов может ввести процесс регулирования в автоколебательный режим. Для проектирования оптимальной САУ необходима полная информация об ОУ, возмущающих и задающих воздействиях, начальном и конечном состояниях ОУ. Далее требуется выбрать критерий оптимальности. В качестве такого критерия можно использовать один из показателей качества системы. Однако требования к отдельным показателям качества, как правило, противоречивы (например, повышение точности системы достигается уменьшением запаса устойчивости). Кроме того, оптимальная система должна иметь минимально возможную ошибку не только при отработке какого-то конкретного управляющего воздействия, но в течение всего времени работы системы. Следует также учитывать, что решение задачи оптимального управления зависит не только от структуры системы, но и от параметров составляющих ее элементов. Достижение оптимального функционирования САУ во многом определяется тем, как осуществляется управление во времени, какова программа, или алгоритм управления. В связи с этим для оценки оптимальности систем используют интегральные критерии, вычисляемые как сумма значений интересующего проектировщиков параметра качества системы за все время процесса управления. В зависимости от принятого критерия оптимальности рассматривают следующие виды оптимальных систем. 1. Системы, оптимальные по быстродействию, которые обеспечивают минимальное время перевода ОУ из одного состояния в другое. В этом случае критерий оптимальности выглядит следующим образом: Q = tк − tн = T, (1) где tни tк - моменты начала и окончания процесса управления. В таких системах длительность процесса управления минимальна. Простейший пример - система управления двигателем, обеспечивающая минимальное время разгона его до заданной частоты вращения с учетом всех имеющихся ограничений. 2. Системы, оптимальные по расходу ресурсов, которые гарантируют минимум критерия Q = ∫ kU(t)dt tк tн (2) где к- коэффициент пропорциональности; U(t) - управляющее воздействие. Такая система управления двигателем обеспечивает, например, минимальный расход топлива за все время управления. 3. Системы, оптимальные по потерям управления (или по точности), которые обеспечивают минимальные ошибки управления на основании критерия где e(f) - динамическая ошибка. Q = ∫ ε 2 (t)dt tк tн (3) В принципе задача проектирования оптимальной САУ может быть решена простейшим методом перебора всех возможных вариантов. Конечно, такой метод требует больших затрат времени, но современные ЭВМ позволяют в некоторых случаях им воспользоваться.
Номер журнала Вестник науки №1 (34) том 4
Ссылка для цитирования:
Ладик Е.Ю., Минлибаев М.Р. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯДЛЯ УСТАНОВКИ ПОДГОТОВКИ ГАЗА // Вестник науки №1 (34) том 4. С. 217 - 226. 2021 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/4073 (дата обращения: 26.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2021. 16+