Синтез автоматических систем в условиях неполной информации о переменных параметрах объекта (1086432), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

На рисунке 1.9 показаны статические характеристики слоя катализатора в координатах «температура газа, входящего в слой t◦_вх, - степень контактирования х в слое». На рисунке 1.9-а характеристики показаны при различных расходах газа G₁,G₂,G₃ через слои катализатора; на рисунке 1.9-б при различной концентрации

b₁,b₂,b₃ кислорода в газе. Из рисунка 1.9 видно, что статические характеристики слоя катализатора имеют экстремальный характер.

Рисунок 1.9- Статические характеристики каталитического химического реактора: а - по нагрузке; б - по концентрации окисления

Таким образом, в любом производстве (заводе, комбинате) имеется некоторый ведущий технико-экономический показатель (ТЭП), полностью характеризующий эффективность работы этого производства.

Для большинства технологических процессов, которые входят в состав производства, исходя из ведущего ТЭП, можно сформулировать свои частные. ТЭП,

например себестоимость единицы продукции при заданной производительности. В свою очередь, технологический процесс обычно можно разбить наряд участков (технологических агрегатов), для каждого из которых также можно найти критерий оптимальности Q, достижение экстремума которого будет приближать к экстремуму частный ТЭП процесса и ведущий ТЭП производства в целом.

Критерий оптимальности Q для агрегата, как показано выше, часто может быть непосредственно каким-либо технологическим параметром, например температурой факелатопочного устройства либо некоторой функцией, зависящей от технологических параметров, например, коэффициента полезного действия, тепловым эффектом реакции, выходом полезного продукта за заданный промежуток времени и т. д.

На примере ряда объектов, имеющих экстремальные статические характеристики, было показано, что обычная САР не может решить задачу оптимизации. Это происходит потому, что в обычной САР всегда известно заданное значение регулируемого параметра и, следовательно, всегда известно, в каком направлении необходимо изменять регулирующее воздействие, чтобы ликвидировать ошибку системы: разность между заданным и текущим значением регулируемого параметра.

В отличие от обычных САР, в СЭР не известно заданное значение регулируемого параметра. Поэтому задача СЭР принципиально сложнее и заключается в автоматическом поиске такого значения регулирующего воздействия, которое обеспечивает максимум (минимум) регулируемой величины. В отличие от обычных САР в СЭР анализ состояния объекта в данный момент времени не позволяет определить, в каком направлении следует изменять управляющее воздействие, чтобы получить требуемый результат.

Таким образом, основной процесс в СЭР - это автоматический непрерывный поиск, заключающийся в изменении регулирующего воздействия объекта, анализе результатов этого воздействия и определении дальнейшего направления изменения входного сигнала объекта с целью достижения экстремума выходного сигнала - критерия оптимальности объекта.

К настоящему времени разработано большое количество экстремальных регуляторов, отличающихся по принципу действия, устройству, конструкции и сложности.

Определенное количество типов систем является необходимым и обусловлено различиями в условиях применения регуляторов и особенностями объектов. Вместе с тем разработаны разные типы экстремальных регуляторов, предназначенные для решения одинаковых задач. В ряде случаев это происходит потому, что пока еще не накоплено достаточно опыта в их промышленной эксплуатации, на основании которого можно оказать предпочтение той или иной системе.

Все экстремальные системы делятся на одномерные, отыскивающие экстремум функции одной переменной, и на многомерные, отыскивающие экстремум функции многих переменных.

Для экстремального регулирования ряда объектов по многим переменным требуется создание специальных многомерных экстремальных систем. Вместе с тем, в некоторых случаях регулирование объектов по многим переменным осуществляется одномерными регуляторами путем соответствующего переключения их на разные переменные с помощью специальных блоков.

Основным в классификации экстремальных систем является их деление на типы по способу поиска экстремума.

В этом смысле существующие экстремальные системы можно разделить на следующие типы.

1. СЭР с принудительной модуляцией (с совмещенным и разделенным поисковым входным воздействием). С помощью специального генератора вырабатывается гармоническое или ступенчатое изменение входного сигнала х, являющееся пробным движением. В зависимости от расположения рабочей точки экстремума слева (участок №1) или справа (участок №3) (рисунок 1.10) фаза выходного сигнала меняется на 180°. С помощью специального фазочувствительного устройства формируется управляющий сигнал, знак которого зависит от фазы выходного сигнала, а величина - пропорциональна его амплитуде колебаний. По знаку и величине этого сигнала устанавливается скорость изменения

выходах, соответствующая основному движению системы. Такие системы особенно

перспективны при быстропротекающих процессах.

Рисунок 1.10- Изменение параметров экстремальной системы с модулирующим

воздействием в процессе поиска

2. СЭР с запоминанием экстремума выходного параметра или его производных. В известных экстремальных системах с запоминанием входные координаты изменя­ются с постоянной скоростью.

Последовательность работы регулятора следующая.

Запоминается значение у = у₀, измеряется текущее значение у, которое сравнивается с у₀ и выделяется разность Δy=y-y₀. Каждый раз, как только разность Δy достигает зоны нечувствительности регулятора δ_н, запоминание у₀ сбрасывается и запоминается новое значение, равное у в этот момент. При регулировании на максимум подается команда на реверс каждый раз, когда разность Δy становится отрицательной и достигает δ_н, а в случае регулирования на минимум, когда разность Δу становится положительной.

Работа системы показана на рисунке 1.11.

Система с запоминанием менее подвержена действию высокочастотных помех, чем с регулированием по производной, и проще по устройству.

Рисунок 1.11- Изменение параметров экстремальной системы с запоминанием в процессе поиска

3. СЭР с регулированием по производной. Известны два варианта этих систем. В первом варианте входная координата х изменяется принудительно с постоянной скоростью, и измеряется производная функции y=f(x). Работа системы показана на рисунке 1.12. Если при регулировании на максимум у>0, движение допускается. Как только у становится меньше нуля и достигает границы зоны нечувствительности регулятора δ_н, совершается реверс и снова устанавливается движение к экстремуму. Таким образом, устанавливаются автоколебания в области экстремума.

Системы такого типа обладают существенными недостатками: больше, чем другие чувствительны к действию высокочастотных помех, теряют работоспособность на участках с малым наклоном кривой f(x) (особенно при медленном движении исполнительного органа), сложны по устройству. Такие регуляторы практически почти не применяются.

Рисунок 1.12 - Изменение параметров экстремальной системы с регулированием

по производной в процесс поиска

Во втором варианте скорость изменения входной величины не сохраняется постоянной. В этом случае при нелинейной статической характеристике объекта y=f(x) скорость движения исполнительного органа устанавливается пропорциональной отношению скорости выхода к скорости входа.

Исследование таких экстремальных систем в ряде случаев может осуществляться обычными в теории регулирования методами.

4. СЭР шагового типа. Имеется несколько вариантов систем шагового типа. Их отличительной особенностью является такая последовательность работы: входная координата получает дискретное приращение х, затем во время переходного про­цесса или после его окончания обрабатывается информация о соответствующем изменении функции у. В простейшем случае, обработка информации заключается в определении после каждого шага знака изменения функции у.

Работа регулятора шагового типа показана на рисунке 1.13.

Рисунок 1.13 - Изменение параметров экстремальной системы шагового типа в процессе поиска

В простейшем случае, обработка информации заключается в определении после каждого шага знака изменения функции у. В зависимости от знака Δy

устанавливается направление следующего шага.

В различных вариантах систем шагового типа применяется тот или иной

способ обработки информации по изменению у : для уменьшения влияния помех —

интегрирование или вычисление взаимокорреляционной функции (по х), для снижения влияния инерционности и повышения быстродействия может быть вычислена (после каждого шага) кривая переходного процесса только по ее начальному участку.

Шаговые системы успешно применяются для управления инерционными и медленно протекающими процессами и могут быть эффективными при наличии сильных помех.

Кроме указанных, имеются типы экстремальных систем с объединением разных принципов действия, так, например, с модулирующим воздействием и запоминающим устройством, шаговые с модулирующим воздействием.

1.3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

Целью дипломного проекта является разработка на основе метода поиска экстремума с запоминанием экстремума системы экстремального регулирования с требуемым качеством переходных процессов для класса нелинейных стационарных и нестационарных объектов (с невыделяемой и невыделяемой нелинейной характеристикой).

Для реализации поставленной задачи необходимо:

 разработать структурную схему СЭР;

описать объекты СЭР с выделяемой и невыделяемой линейной характеристикой;

 описать и разработать алгоритм поиска экстремума с запоминанием экстремума;

 разработать и написать программу поиска экстремума с запоминанием экстремума;

 проверить работоспособность разработанной СЭУ с использованием метода поиска экстремума с запоминанием экстремума;

 исследовать процессы в СЭУ с математической моделью объекта с невыделяемой нелинейной характеристикой;

 исследовать процессы в СЭУ с математической моделью объекта с выделяемой нелинейной характеристикой;

 сравнить работу СЭУ при различных математических моделях объекта.

2 СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ

2.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СЭР, ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

Система экстремального управления представлена на рисунке 2.1 и содержит следующие звенья:

 Объект управления - элемент 1. На объект управления воздействует сигнал х, который по заданному алгоритму меняется для достижения цели управления.

Рисунок 2.1 - Система экстремального регулирования

 Измерительное устройство (элемент 2) - устройство, предназначенное для

измерения выходной величины z. Его передаточная функция:

W₂(p) = = (2.1)

М(р) = b_1р + b₀, (2.2)

где z(p) - входной сигнал;

q(t) - выходной сигнал измерительного устройства.

 Исполнительное устройство (элемент 4), выходная величина которого х непосредственно воздействует на производственный процесс (объект управления).

Характеристики

Список файлов ВКР