3 Керування апаратами періодичної дії

3.1 Структура і класифікація систем керування апаратами періодичної дії

Система керування (АПД) як його математична модель, має логіко-динамічну структуру, тобто складається із підсистем, що здійснюють перемикаючі (логічна підсистема) і динамічні (динамічна підсистема) впливи (рис. 3.1, а).

б

а)

a)

б)

Рисунок 3.1 – Структура систем автоматизованого керування апаратами періодичної дії (а) і класифікація підсистем оптимального керування (б).

Перемикаючі впливи можуть бути цикловими і внутрішньо цикловими. Одні формують інтегральні взаємодії для всього циклу в цілому: наприклад, початкове завантаження апарата; загальну кількість сировини чи вхідного продукту за цикл; тривалість циклу і т.д. Інші забезпечують перехід від однієї стадії чи операції циклу до другої при досягненні необхідних логічних умов.

Динамічні впливи зв’язані з неперервними змінами однієї або декількох складових узагальненого потоку, що включає потоки маси, її компонентів, теплоти і кількості рухів, на протязі якоїсь стадії або операції циклу.

В залежності від умов роботи, ієрархія побудови систем керування, наявності необхідних технічних засобів, можливі різні варіанти поєднання перерахованих підсистем і

відповідних задач керування. Найбільшого поширення одержали два варіанти таких поєднань, що призводять до утворення логічної або логіко-динамічної системи керування. Відсутність динамічної підсистеми в першому варіанті зазвичай пов’язана з тим, що відповідний АПД працює без підживлення, а зміна інших компонентів узагальненого потоку не дає можливості розв’язувати задачу динамічного керування.

Логічна система(підсистема) керування АПД може проектуватися з інтегральними і внутрішьоцикловими або тільки з внутрішньо цикловими перемикаючими впливами. Останній різновид логічних систем (підсистем) використовується тоді, коли задачі, характерні для інтегральних перемикаючих впливів, розв’язуються системами керування більш високого рівня ієрархії керування, наприклад, АСК групою АПД.

Динамічні підсистеми можна класифікувати в залежності від потрібних умов зміни керуючих змінних. При необхідності її стабілізації – функція переходу φ(τ)=0 – застосовуються системи автоматичної стабілізації. Але в умовах функціонування АПД, зв’язаних з їх не лінійністю, а іноді і не стаціонарністю їх динамічних властивостей за більшістю із каналів керуючих впливів, найбільш доцільне використання систем стабілізації зі змінною структурою.

Більшість керованих змінних протягом робочої стадії циклічного технологічного процесу змінюються від початкового стану, який характеризуються вектором X(τ₀) (лівий кінець траєкторії), до кінцевого, який визначається вектором X(τ_К) (правий кінець траєкторії), тобто процес протікає при φ(τ) 0. Якщо в цих умовах φ(τ) задана технологічним регламентом, то задачу динамічного керування розв’язують за допомогою системи програмного керування.

Застосовують як замкнені, так і незамкнені за основною змінною системи програмного керування. Останні застосовуються у вигляді систем програмного керування складовими узагальненого потоку, якщо застосовують вимірювальні перетворювачі, необхідні для одержання інформації про основні керовані змінні.

Якщо функція переходу φ(τ) не задана технологічним регламентом, то виникає варіаційна задача оптимального керування, частковим випадком якої є задача термінального керування (керування кінцевим станом). В цьому випадку початкове і кінцеве значення векторів керованих змінних фіксовані X(τ₀)= X₀ і X(τ_К)= X_К, тому такі задачі називають також задачами з фіксованими (закріпленими) кінцями, на відміну від задач із рухомими кінцями (задача не термінального керування), коли

і ,

де і - деякі замкнені множини. Для випадку динамічного керування робочою стадією АПД вільний тільки правий кінець. Задачі з фіксованими і вільними кінцями в залежності від наявності часових циклових обмежень можуть бути як з варійованим, так і з не варійованим часом закінчення процесу.

В залежності від використання математичної моделі і зворотного зв’язку розрізняють три класи алгоритмів оптимального керування:

а) алгоритми аналітичного керування без використання зворотного зв’язку, які застосовуються для добре визначених об’єктів, тобто для об’єктів з повною інформацією;

б) алгоритми аналітичного керування з використанням зворотного зв’язку, які застосовуються для не досить добре визначених об’єктів, тобто для об’єктів з неповною інформацією;

в) пошукові алгоритми(з використанням зворотного зв’язку при відсутності математичних моделей об’єктів керування), які застосовуються для погано визначених об’єктів.

Розв’язок задач оптимального керування за допомогою алгоритмів першого і частково другого класу приводить в кінцевому рахунку до необхідності реалізації програмних керувань, що представляються в функції часу. Системи програмного керування можуть використовуватися також замість оптимальних при керуванні складними циклічними процесами, коли побудова останніх ускладнена відсутністю необхідних вимірювальних перетворювачів або наявністю великої кількості технологічних обмежень. В цьому випадку в якості функції переходу використовують програму, одержану в результаті спостереження за найкращими операторами, що здійснюють ручне керування процесом.

Більшість АПД з точки зору вироблення динамічних

керуючих впливів є об’єктами з неповною інформацією, тому найбільш перспективним тут є другий клас алгоритмів, в якому можна виділити два підкласи:

перший – керування за С-моделлю (моделі з постійними параметрами) з використанням зворотного зв’язку безпосередньо в колі керування;

другий – керування за А-моделлю (моделі з корекцією параметрів) з використанням зворотного зв’язку для адаптації моделі.

Для розв’язку задач керування при використанні алгоритмів аналітичного керування можуть використовуватися як математичні, так і фізико – математичні моделі.