Рис. 4. Структура адаптивної СУ БПТА
де другі індекси при коефіцієнтах визначають належність до певної точки температурного простору (1 або 2).
Відповідно зі структурою адаптивної СУ (рис.4) процес ідентифікації проходить на кожному кроці прийому поточного значення фізичного ККД. В якості кроку в малому використовується автоколивання температур ЗН.
Алгоритм роботи R1 являється найбільш цікавим, його зображення, у вигляді блок-схеми, представлений на рис.5. Прикордонні значеня σВ, σН визначаються по формулам:
 ,  ,
 .
Вибір напрямку зміни температурних показників активних зон (Т2, Т4) визначається знаком перших похідних від моделі (4) по відповідному аргументу. Величина приросту визначається експериментально.
П’ятий розділ присвячений синтезу та реалізації засобів управління, необхідних для нормального функціонування розробленої СУ, а також відображеню використання результатів дисертаційної роботи в промисловості.
Як наслідок з попередніх розділів, для реалізації розробленої СУ БПТА необхідні достатньо добре вивчені та широко використовуємі засоби:
-локальні релейні регулятори, реалізуючі нижній рівень ієрархічної системи,
-цифрові температурні канали, необхідні для індикації температурних режимів окремих зон і для вводу цифрових еквівалентів температур в координатор верхнього рівня ієрархії,
-мікроконтролер, необхідний для виконання основних функцій управління на верхньому рівні ієрархії (розрахунки по алгоритмам обчислення, приняття рішень про адаптацію, організація руху до потрібного рівня цільової функції, виконання блокуючих, захисних, діагностичних і т.д. функцій),
-пускова апаратура,
-вторинні джерела живлення.
В зв’язку з цим автором на протязі 1995-2000 років виконаний ряд робіт, які можна розділити на слідуючі напрямки:
1. Розробка каналів вимірювання температури в прес-екструдерах ЕК-75/1200, методик регулювання цих каналів, а також використання цих методик для серійного виробництва БПТА вказаного типу.
Робота по цьому напрямку була покликана вирішити наступні задачі:
-експериментальна перевірка методики оптимального синтезу вимірювальних перетворювачів температури,
-створення на основі розробленої методики серійних аналогових та цифрових вимірювальних каналів для БПТА,
-доведення методики до рівня технологічних інструкцій і їх використання при серійному виробництві прес-екструдерів ЕК-75/1200.
Рис.5. Алгоритм роботи R1
2. Розробка, визначення технічного рівня, метрологічна атестація вологометричних пристроїв та запровадження цих пристроїв в олієдобувній, макаронній та борошномлинній галузях промисловості.
Робота по цьому напрямку була покликана вирішити наступні задачі:
-експериментальна перевірка модельних функцій з ціллю визначення реальних функцій чутливості, похибки за рахунок нелінійності, впливу дестабілізуючих факторів,
-створення серійних вологомірів сиплячих матеріалів - аналогового ВАП-1 і цифрового мікропроцесорного ВЦЛ-11 та патентування основних технічних рішень,
-розробка та запровадження методик використання вологомірів ВАП-1 і ВЦЛ-11 для управління БПТА в олієдобувній, макаронній і борошномлинній промисловостях.
3. Розробка і випробування експериментального зразка двохрівневої адаптивной СУ БПТА.
Робота по цьому напрямку була покликана вирішити наступні задачі:
-перевірка принципової працездатності двохрівневої структури БПТА і її алгоритмів (обчислення, приняття рішень про адаптацію, обробки вимірювальної інформації тощо),
-ідентифікація власних подразнень двохрівневої СУ і верифікація на цій основі оцінок і розроблених моделей,
-оцінювання ефективності запропонованих алгоритмів та засобів.
Результати дисертаційної роботи запроваджені в серійне виробництво на НВП “Екструдер” (м.Харків), ТОВ “Сигма” (м.Харків), “Інженерна група ТФК” (м.Харків).
ВИСНОВКИ
Аналіз стану наукової задачі синтезу адаптивної СУ показав, що існуючі підходи і методи ще не вичерпали всіх своїх можливостей, але їх подальший розвиток та удосконалення пов’язане з пошуком і дослідженням принципово нових шляхів.
1. В дисертації представлено теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі синтезу адаптивної СУ з метою підвищення ефективності роботи БПТА з розділенням фракцій продукту.
2. Найбільш важливими науковими і практичними результатами, які отримані в дисертаційній роботі, являються:
-синтезовані статична теплофізична а також лінійна динамічна моделі об’єкту, доведена їх адекватність,
-аналітично вирішена задача визначення і апроксимації власних подразнень, зумовлених наявністю релейного елементу в контурі регулювання,
-синтезована структура обчислювача цільової функції СУ БПТА,
-запропонований і досліджений оригінальний алгоритм роботи координатора адаптивної СУ, оснований на оцінюванні математичного сподівання та СКВ процесу зміни ККД в часі,
-запропонований метод підвищення точності адаптивної СУ БПТА на основі аналізу і компенсації власних аддитивних похибок внутрішніх контурів,
-розроблена і запроваджена в серійне виробництво методика багатопараметричної оптимізації вимірювальних перетворювачів температури,
-розроблені, запатентовані і запроваджені в серійне виробництво електромагнітні вимірювальні перетворювачі вологості сиплячих матеріалів, проведена їх метрологічна атестація,
-створений експериментальний зразок адаптивної СУ, випробування якого у виробничих умовах довели правильність теоретичних результатів і ефективність рішень, прийнятих у дисертаційній роботі.
3. Значення вирішеної в дисертації задачі для науки і практики заключається в подальшому розвитку теоретичних і прикладних основ теорії автоматичного управління, а саме – в розробці структурного і алгоритмічного забезпечення адаптивної СУ БПТА.
4. Методи досліджень базуються на використанні теорії автоматичного управління, теорії ймовірності, теорії ідентифікації, теорії вимірювань, теорії статистичної обробки інформації.
5. Достовірність отриманих результатів підтверджується практичними випробуваннями у виробничих умовах розробленої адаптивної СУ.
6. Наукові та прикладні результати, які отримані в дисертації, доцільно використовувати в різноманітних галузях вітчизняного господарства при вирішенні задач автоматизації технологічних процесів.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Мигущенко Р.П. Оценка характеристик полупроводниковых датчиков температуры с линеаризующими двухполюсниками // Вісник ХДПУ. - Вип.12. - 1998. - C.136-139.
2. Овчаренко О.І., Мигущенко Р.П. Методика идентификации тепловых процессов в пресс-экструдерах масличных культур // Вісник ХДПУ. - Вип.18. - 1998. - C.87-91.
3. Мигущенко Р.П., Овчаренко О.І. Исследование модели электромагнитного преобразователя влажности сыпучих материалов // Український метрологічний журнал. - 1999. – Вип.2, - C. 27-31.
4. Щапов П.Ф., Овчаренко О.І., Мигущенко Р.П. Оценка метрологических характеристик электромагнитного преобразователя влажности // Український метрологічний журнал. - 1999. – Вип.3, - C. 31-34.
5. Мигущенко Р.П. Алгоритм координации в адаптивных системах управления многозонными проходными технологическими агрегатами // Вісник ХДПУ. - Вип.106. - 2000. - C.26-29.
АНОТАЦІЇ
Мигущенко Р.П. Адаптивна система управління багатозонними прохідними технологічними агрегатами. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2001р.
Дисертація присвячена розробці адаптивної системи управління БПТА з розділенням фракцій продукту в ході ведення технологічного процесу, яка забезпечує досягнення і підтримання максимально можливого рівня цільової функції. В роботі синтезована статична теплофізична модель БПТА, отримані динамічна модель та модель обчислювача ККД, представлена класифікація стану БПТА у просторі двох інформаційних ознак: середнього значення ККД та СКВ процесу зміни ККД в часі, розроблена структура системи управління, розроблений алгоритм функціонування координатора, розроблені вимірювальні перетворювачі температури та вологості, необхідні засоби для ефективної роботи БПТА.
Ключові слова: багатозонний прохідний технологічний агрегат, модель, цільова функція, система управління, температура, вологість, алгоритм управління.
Мигущенко Р.П. Адаптивная система управления многозонными проходными технологическими агрегатами. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация технологических процессов. – Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2001г.
Диссертация посвящена разработке адаптивной СУ МПТА с разделением фракций продукта в ходе ведения технологического процесса, повышающей эффективность работы указанного МПТА. В качестве целевой функции выбран КПД, определяемый как отношение массы полезного продукта в единицу времени к массе загруженного сырья за то же время. Критерий управления – максимизация КПД.
При разработке СУ были експериментально исследованы технические характеристики рассматриваемого МПТА, определены информационная, разработаны статическая теплофизическая и линейная динамическая модели агрегата, доказана их адекватность реальному объекту, синтезирована модель вычислителя.
Классификация внешних возмущений позволила определить доминирующие возмущения во время ведения технологического процесса МПТА. Доминирующими являются температуры зон агрегата, масличность и влажность сырья. Увеличение температур зон МПТА способствует увеличению целевой функции, однако, увеличение температуры свыше 120°С приводит к резкому ухудшению качества полезного продукта. Масличность сырья является опорным параметром при оценке максимально возможного уровня КПД. Максимально возможное значение КПД всегда на 8-10% ниже масличности. Максимальный уровень КПД достигается при значении влажности сырья 7-9%.
В качестве исходных уранений при разработке статической теплофизической модели объекта использованы уравнения теплопроводности. Этими уравнениями описывается состояние температур в каждой зоне МПТА. Решение уравнений теплопроводности позволило получить теплофизическую модель. Модель вычислителя МПТА определена из теплофизической модели путем выражения целевой функции в явном виде. Линейная динамическая модель получена путем идентификации по переходным характеристикам. При этом сам объект являющийся распределенным был заменен объектом с сосредоточенными параметрами с учетом перекрестных влияний. На основе динамической модели была разработана модель информационных температурных сигналов МПТА.
Наличие модели вычислителя и модели температурных сигналов МПТА позволили провести имитационное моделирование и определить характер изменения целевой функции во времени. Полученная реализация изменения КПД во времени дала возможность определить вероятностные свойства процесса η(t). Наиболее важными среди них является регрессионная зависимость среднего значения КПД на СКО процесса и вид автокорреляционной функции. Регрессионная зависимость позволила проклассифицировать состояние МПТА в пространстве двух информационных признаков: КПД и СКО процесса. Были выделены три области состояния МПТА. АС – область нормального функционирования (КПД максимально возможный, его изменение не требуется), ВС – область заниженного значения КПД (необходимо принять меры к увеличению целевой функции), СС – область ненормального функционирования (полезный продукт неудовлетворительного качества, КПД необходимо уменьшить). Автокорреляционная функция позволила минимизировать число отсчетов модельных оценок КПД.
Експериментальные исследования процесса изменения целевой функции подтвердили результаты имитационного моделирования. Встал вопрос о возможности введения вычислителя непосредственно в контур управления. Однако, при практическом использовании адаптивной СУ ведение процесса управления МПТА лишь по модельным оценкам может привести к аварийным ситуациям. Было принято использовать комбинированный метод управления.
В качестве адаптивной СУ использована двухуровневая трехконтурная СУ с координатором на верхнем уровне и локальными регуляторами на нижнем. Внутренний контур – контур локальных регуляторов температуры с релейным исполнительным элементом, промежуточный контур замкнут через вычислитель и управляет температурами второй и третьей зон нагрева, внешний контур замкнут через измерительное устройство и управляет температурой первой зоны нагрева.
Входными параметрами СУ являются такие параметры сырья как тип, масличность и влажность, выходным – текущее значение КПД, управления – температуры зон нагрева МПТА, возмущения – внешние дестабилизирующие факторы обусловленные параметрами сырья, условиями эксплуатации МПТА, конкретными особенностями МПТА.
При уменьшении значения КПД регулятор промежуточного контура (работа по модельным оценкам), определяет это более быстро в сравнениии с регулятором внешнего контура, путем управления температурами второй и третьей зон нагрева по разработанному алгоритму находит вектор температур соответствующий максимально возможному значению КПД. Регулятор внешнего контура медленно подбирает значение температуры первой зоны нагрева и корректирует значение реального КПД. Использован принцип подчиненного регулирования. В динамическом отношении регулятор промежуточного контура более быстродействующий но грубый, регулятор внешнего контура медленнодействующий но точный.
В диссертации разработано алгоритмическое обеспечение функционирования блока идентификации, регуляторов промежуточного и внешнего контуров. Работоспособность алгоритмов проверено моделированием на ЭВМ. Моделирование алгоритма управления МПТА производилось с использованием пакета прикладных программ Mathematic 3.0.
Работа над созданием адаптивной СУ была доведена до экспериментального макетного образца, испытания которого в производственных условиях подтвердили эффективность СУ и правильность решений принятых в диссертационной работе. Практическое создание СУ потребовало создания многих технических средств: локальных регуляторов температуры, измерительных преобразователей температуры, влажности, вторичных источников питания и др.
Ключевые слова: многозонный проходной технологический агрегат, модель, целевая функция, система управления, температура, влажность, алгоритм управления.
Miguschenko R.P. Adaptive control system of multizone passing technological units. – Manuscript.
Thesis for a candidate of technical science degree by speciality 05.13.07 – automation of technological process. – National Technical University “Kharkov Polytechnic Institute”, Kharkov, 2001.
The subject of the thesis is the development of adaptive control system of multizone passing technological units with product fraction division during the technological process management which ensures achievement and maintaining of target-oriented function maximum possible level. Static thermal model of multizone passing technological units is synthesized, dynamic model and calculator model are obtained, classification of multizone passing technological units state in the space of two informational criteria: mean efficiency and mean square deviation of efficiency time-variation is presented, control system structure is developed, coordinator functioning algorithm is worked out, temperature and humidity instrument transducers necessary for effective multizone passing technological units operation are designed.
Key words:multizone passing technological unit, model, target-oriented function, control system, temperature, humidity, control algoritm.
| 
