18. Ситуационные системы управления: условия применения, идейные основы расчета и реализации, примеры.

Ситуационное управление используется в случае, когда число управлений не совпадает с числом управляемых координат. В основе ситуационного управления лежит идея управления по правилам. Правила обычно формируются экспертами данной предметной области (операторами, технологами), т.е. эмпирическим путем.

Ситуации характеризуются подмножествами технологических параметров и целями (задачами) управления, которые объединены тем, что структура управляющих воздействий для них одинакова.

Реализация:

первый этап - идентификация ситуации;

второй этап - формирование управлений.

Второй этап, в свою очередь, может быть разбит на два шага:

шаг 1: принятие решений на инициализацию того или иного управления;

шаг 2: формирование интенсивности управления.

Р еализацию идеи рассмотрим на примере регулирования t потоков сырья двухпоточной печи

Стандартная схема управления температурами и , состоит в том, что для поддержания заданных значений каждой температуры выделяются соответствующие управляющие воздействия. В рассматриваемом примере – это количества топлива в печь Gt₁ и Gt₂.

Можно выделить несколько различных ситуаций и предложить для них правила управления.

Идентификация может проводится на основе анализа логических выражений

вида: = номер правила

= ; = ;

Правила носят название «продукционных» и имеют вид:

«если R то U», где R- антецедент, условие, U –консеквент, действие.

Правила принятия решений могут быть сведены в табл., где значок «∆» поставлен в связи с тем, что формирование управлений в контроллерах проводится по тактам и на i-м такте после идентификации ситуации U_i=U_i-1+∆U.

Общее число правил для управления процессами нефтепереработки определяется по формуле , где - количество логических попарно связанных переменных; попарно связанные переменные – это такие, которые определены как признаки нарушения границ одного и того же технологического параметра, например, α₁ и α₂. Их особенность в том, что они не могут быть одновременно равными 1;

- количество логически независимых переменных.

Важным этапом при реализации правил управления является обобщение правил по признаку «одинаковости» управлений в смысле их структуры.

При формировании интенсивности управления, т.е. выполнении шага 2 второго этапа процедуры синтеза ситуационной системы управления, возможны два основных подхода:

Первый подход: Управляющее воздействие на i-м такте квантования будет иметь интенсивность

, где Р₁ – логическая переменная, характеризующая принятие решение на увеличение управления U, Р₂ – на уменьшение управления U, Δtкв – шаг квантования. Интенсивность формируется на базе дискретной формы интегрального (И) закона регулирования.

Недостаток данного подхода - не учитывается интенсивность нарушений ограничений. Как следствие, при больших Т_и переходные процессы очень длительные, при малых Т_и – возможна потеря устойчивости системы или возникновение.

При наличии альтернативных управлений (когда в консеквенте стоит знак « ») может оказаться для сложных ситуаций, что одновременно Р₁ и Р₂=1. В этом случае необходимы дополнительные средства анализа подобных коллизий и правила выхода из них.

Второй подход: формирование интенсивности на основе правил нечёткой логики. Имея логические выражения Р₁ и Р₂ можно рассчитать интенсивность след. образом: 1) четкие логические переменные заменяются на функции принадлежности, 2) четкие логические операции заменяются на их нечеткие эквиваленты, 3) подставив в Р₁ и Р₂ функции принадлежности логических переменных и применив нечеткие расширения, получим значения Р в интервале [0,1] которое можно трактовать как функцию принадлежности правила инициализации 2х терминов: «оставить без изменения» и «увеличить или уменьшить»