Анализ характеристик объекта управления

Общая задача управления технологическимпроцессом формулируется обычно как задача максимизации (минимизации) некоторого критерия (себестоимости, энергозатрат, прибыли) с учетом ограничений на технологические параметры, накладываемых регламентом. решение такой задачи для всего процесса в целом очень трудоемко, а иногда практически невозможно ввиду большого числа факторов, влияющих на ход процесса. Поэтому весь процесс разбивают на отдельные участки, которые характеризуются сравнительно небольшим числом переменных. Обычно эти участки совпадают с законченными технологическими стадиями, для которых могут быть сформулированы свои подзадачи управления, подчиненные общей задаче управления процессом в целом.

Задачи управления отдельными стадиями обычно направлены на оптимизацию (в частном случае - стабилизацию) технологического параметра или критерия, легко вычисляемого по измеряемым режимным параметрам (производительности, концентрации продукта, степени превращения, расхода энергии). Оптимизацию проводят в рамках ограничений, задаваемых технологическим регламентом. На основании задач оптимального управления отдельными стадиями процесса формулируют задачи автоматического регулирования технологических параметров для отдельных аппаратов, которые далее рассматриваются как объекты управления.

Объект управления является заданной, неизменяемой частью системы управления. Для того чтобы система достигла цели управления, необходимо, зная свойства объекта управления, со­здать соответствующую ему управляющую систему. Свойства объекта управления изучают на основании его статических и динамических характеристик. Получить характеристики объекта можно аналитическим методом и экспериментальными метода­ми – активным и пассивным.

Достоинство аналитического метода заключается в возмож­ности составления характеристики объекта управления на стадии проектирования. Однако при этом трудно учесть конкрет­ные особенности данного технологического объекта, такие как измерение активности катализатора, появление накипи и т. п. Поэтому аналитический метод используют для получения харак­теристик только простых объектов управления.

Активный экспериментальный метод (метод искусственных воздействий) состоит в том, что входному параметру объекта сообщают пробные изменения (ступенчатое, импульсное, в виде гармонических колебаний и т. п.). Регистрируя при этом изме­нение выходного параметра объекта во времени, получают дина­мическую характеристику объекта. Достоинство активного метода заключается в его про­стоте, а также в том, что не требуется значительного времени для наблюдения и обработки результатов. Однако в действую­щие технологические аппараты не всегда можно вносить изме­нения входных параметров. Кроме того, в ряде случаев невозможно проследить реакцию объекта только на пробное измене­ние, так как в объекты, как правило, поступают и другие воз­действия.

Пассивный метод (статистический) основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации. В течение длительного времени (6–12 месяцев) фиксируют данные нормально работающей аппаратуры и после их обработки получают характеристики объекта.

Следующим этапом в разработке системы управления является выявление всех существенных входных и выходных переменных из анализа статических и динамических характеристик объекта. На основе математической модели процесса (как первое приближение это может быть статическая модель в виде уравнений материального и теплового балансов) с учетом реальных условий работы аппарата все существенные факторы, влияющие на процесс, разбиваются на следующие группы.

Возмущения, допускающие стабилизацию. К ним относятся независимые технологические параметры, которые могут испытывать существенные колебания, однако по условиям работы могут быть стабилизированы с помощью автоматической системы регулирования. К таким параметрам обычно относятся некоторые показатели входных потоков. Так, расход питания можно стабилизировать, если перед аппаратом имеется буферная емкость, сглаживающая колебания расхода на выходе из предыдущего аппарата; стабилизация температуры питания возможна, если перед аппаратом установлен теплообменник, и т.п. Очевидно, при проектировании системы управления целесообразно предусмотреть автоматическую стабилизацию таких возмущений. Это позволит повысить качество управления процессом в целом. В простейших случаях на основе таких систем автоматической стабилизации возмущений строят разомкнутую (по основному показателю процесса) систему управления, обеспечивающую устойчивое ведение процесса в рамках технологического регламента.

Контролируемые возмущения. К ним условно относят возмущения, которые можно измерить, но невозможно или недопустимо стабилизировать (расход питания, подаваемого непосредственно из предыдущего аппарата; температуру окружающей среды и т.п.). Наличие существенных нестабилизируемых возмущений требует применения либо замкнутых по основному показателю процесса систем регулирования, либо комбинированных систем, в которых качество регулирования повышается введением динамической компенсации возмущения.

Неконтролируемые возмущения. К ним относятся те возмущения, которые невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно. Первые – это падение активности катализатора, изменения коэффициентов тепло- и массопередачи и т.п. Примером вторых может служить давление греющего пара в заводской сети, которое колеблется случайным образом. Выявление возможных неконтролируемых возмущений – важный этап в исследовании процесса и разработки системы управления. Наличие таких возмущений требует, как и в предыдущем случае, обязательного применения замкнутой по основному показателю процесса системы управления.

Дата добавления: 2014-10-23