Технологічні процеси як об'єкти управління

ЗАСОБИ СПРЯЖЕННЯ З ОБ'ЄКТОМ

Технологічні процеси являють собою первинну ланку створення матеріальних цінностей, яка забезпечує виробництво необхідної для суспільства продукції. У всіх технологічних процесах відбувається перетворення або перенесення матеріалів, енергії та інформації.

Технологічні процеси, як об'єкти управління, можна поділити на слідуючи групи:

* неперервні технологічні об'єкти, в яких переміщення матеріалів, енергії та інформації відбувається у вигляді потоків, забезпечуючих неперервне функціювання об'єкту (в хімічній, газовій, нафтохімічній промисловості, в енергетиці і т.п.);

* неперервно-дискретні технологічні об'єкти, в яких процеси протікають в обмеженому часі, а переміщення матеріалів, енергії та інформації відбувається у вигляді неперервних потоків (в металургії та хімічній промисловості, наприклад, вулканізації, полімеризації);

* дискретні технологічні об'єкти, які характеризуються

однократним протіканням процесів та переміщенням матеріалів, енергії, інформації у вигляді окремих елементів (в машинобудуванні при виготовлені деталей).

Для того, щоб уявити технологічний процес як об'єкт управління, необхідно абстрагуватись від конкретної фізичної, хімічної або технологічної природи, їх характеристик, визначаючих умови протікання технологічних процесів. Це необхідно для створення загальних принципів та методів уявлення об'єкту в теорії управління незалежно від різної природи об'єктів. При цьому конкретні особливості кожного об'єкту повинні враховуватись при розробці його математичної моделі, способів отримання інформації з об'єкту та виводу управляючих впливів на об'єкт.

Розглянемо технологічний процес у вигляді багатомірного об'єкту (рис. 2.1).

До вхідних змінних Х(t) = {Х₁(t),..,Х_n(t)} відносяться параметри сировини та теплоносіїв (тиск, температура, хімічний склад, концентрація), також параметри різних компонентів, які приймають участь в протіканні технологічного процесу (температура, тиск, наприклад, повітря, води та інертного газу).

До вихідних змінних Y(t) = {Y₁(t),...,Y_n(t)} можна віднести параметри вихідного продукту (хімічний склад, розміри, концентрація), режимні параметри об'єкту (температура та тиск продукту на виході), техніко-економічні показники об'єкту (продуктивність, коефіцієнт корисної дії, собівартість, витрати сировини). На технологічні об'єкти діють вимірювальні і не вимірювальні збурення, які характеризують умови протікання процесу

, (2.1)

До цих змінних відноситься температура та вологість оточуючого середовища, наявність домішок у вихідній сировині, а також параметри, які визначають стан об'єкту (активність каталізатору, коксостворення та кристалостворення на внутрішніх стінках трубопроводів і т. д.). Значення вихідних змінних Y(t) залежить від вхідних змінних Х(t) та збурень . В якості управляючих впливів може застосовуватись частина вхідних змінних. При створенні системи управління неможливо враховувати всі змінні, які впливають на хід

технологічного процесу. Тому в системі управління приймають участь тільки основні змінні, насамперед ті, які визначають хід процесу.

При наданні технологічного процесу, як об'єкту управління необхідно:

• вивчити технологічну схему;

• надати технологічний процес у вигляді деякого числа систем, зв'язаних між собою матеріальними потоками;

• отримати наближенні оцінки статистичних параметрів матеріальних потоків з метою відбору суттєвих параметрів для подальшого створення математичної моделі та розробки системи управління.

Для математичного опису складного об'єкту автоматичного управління найбільш досконалішим є експериментально-статистичні методи. Апарат кореляційного та регресивного аналізів дозволяє отримати математичний опис об'єкту у виді поліному. Ця залежність називається рівнянням регресії. Для накопичення статистичного матеріалу використовуються активний та пассивний експерименти. Кращі результати в побудові регресивних статистичних моделей досягаються при проведенні активного експерименту.

Активний експеримент базується на використанні штучних збурень, які вводяться в об'єкт по раніше спланованій програмі.

Математичний опис технологічного процесу в статиці можна надати у вигляді поліному (рівняння регресії).

(2.2)

Для визначення коефіцієнтів регресії лінійної моделі використовуються ортогональні експериментальні плани.

План експерименту на двох рівнях будується таким чином, щоб в кожному експерименті одночасно змінювались всі змінні відносно початкових базових значень. При цьому кожна з змінних X в інтервалі варіювання може приймати тільки два крайніх значення

(2.3)

і позначаються +1 та -1. Перехід від нормалізованих значень до кодових визначається по формулі

, (2.4)

де х_j0 - базове значення змінної,

- крок варіювання.

За допомогою експерименту на двох рівнях можна отримати лінійну статистичну модель об'єкту виду:

(2.5)

де - оцінки коефіцієнтів регресії.

Планування експерименту проводять за допомогою матриці планування (табл. 2.1), яку складають за слідуючими правилами.

Таблиця 2.1

Дата добавления: 2014-01-11