3.2.3. Адаптация и структура управления

Рассмотрим особенности адаптации в условиях ГПС. Цель адап­тации— компенсировать переходные процессы, обусловленные воз­мущениями и помехами внешней среды, и ввести систему в стацио­нарный режим с наименьшей затратой ресурсов.

Возможны два режима адаптивного управления технологически­ми процессами ТСК: управление по прогнозам отклонений парамет­ров ТСК и управление по отклонениям, сведения о которых поступают в реальном времени. Управление по прогнозам более эф­фективно, так как позволяет уменьшить возможные потери вследст­вие несвоевременного получения информации. При управлении по прогнозам отклонений можно своевременно и поэтому более эффек­тивно применять управляющие воздействия. Вместе с тем в усло­виях адаптации быстро протекающих перегрузочных процессов нельзя отказаться от управления по текущим отклонениям. Оба режима управления ТСК должны дополнять друг друга.

Некоторые виды возмущений и отклонений от стационарного ре­жима работы могут достаточно точно прогнозироваться и для адап­тации системы можно заранее выработать достаточно эффективные методы. К таким отклонениям можно отнести циклические, но слу­чайные изменения объема грузопереработки на ТСК по дням недели и периодам суток. Данный случайный процесс с достаточной степенью достоверности аппроксимируется гармоническими функ­циями, например, рядами Фурье. Однако такие виды возмущений, как внезапные полные или частичные отказы технических средств, неблагоприятные воздействия явлений природы, срочные директи­вы о предоставлении некоторых приоритетов должны «отрабаты­ваться» системой управления ГПС сразу после поступления соот­ветствующей информации и выполнения технологических операций.

На рис. 3.22 приведены два класса таких возмущений. Моменты (Ь, б<) на рис. 3.22, а, соответствующие пиковым периодам +АС?

переработки грузопотоков и ( ) падению объема работы —∆Q, прогнозируются. В соответствии с этим по известным значениям +∆Q и —∆Q планируют парк машин для обслуживания грузопо­токов на данных интервалах и определяют время адаптации. На рис 3 22 б показан характер процесса адаптации в условиях дей­ствия внезапного отказа. Процедура адаптации имеет свои харак­терные особенности для элементарных звеньев ГПС или всего комплекса. Адаптация «в малом» при управлении механизмами кранов, промышленных роботов, стеллажных кранов-штабелеров, погрузчиков, например компенсации ветровой нагрузки, осуществ­ляется методами классического адаптивного управления в условиях неполной информации. В процессе получения информации о состоя­нии объекта и его функционировании орган управления принимает рефение об изменении поведения, стабилизации реализации опти­мальных параметров работы. Для решения подобных задач широко применяют градиентные методы. Период адаптации в этом случае исчисляется секундами или долями секунд.

Адаптация в «большом» — обеспечение гибкости функциониро- ния ТСК в изменяющихся условиях — имеет другой характер. Для решения таких задач адаптации, как перераспределение грузопото­ков или погрузочно-разгрузочных машин между участками грузо­вого фронта, выбор наилучших приоритетов обслуживания транс­портных потоков, отработка и компенсация возмущений, связанных с резко выраженными периодами неравномерности грузовой работы или отказами машин, планирование рейса стеллажных кранов-шта- белеров для комплектации грузов в силу инерционности объекта управления требуются минуты или даже десятки минут.

Существенным элементом ГПС является система управления и программно-математического обеспечения. В функциональном пла­не различают следующие три уровня управления ГПС.

1. На высшем иерархическом уровне цикл управления состоит из процедур оценки обстановки, выработки плана, выработки и оформления приказа и доведения их до исполнителей.

На среднем уровне осуществляется цикл выработки решения той или иной оптимизационной задачи управления технологически­ми процессами ТСК, его обоснование и принятие для реализации.

3. На завершающем этапе осуществляется цикл выработки ва­рианта перегрузочных или складских операций, связанных с подго­товкой информации, процедурой решения и анализом варианта ре­шения.

Гибкость и способность к адаптации производственного объекта зависят главным образом от функциональных возможностей сис­темы управления. Ниже рассмотрен один из подходов построения структуры управления ГПС ТСК, основанный на теории принятия решений. Эта теория используется для построения комплекса вза­имодействующих алгоритмов, которые затем реализуются в струк­туре адаптивного управления объектов. Главная особенность опи­сываемой ниже системы состоит в том, что она учитывает роль человека-оператора.

Несмотря на высокий уровень автоматизации в ГПС остаются элементы интерактивного управления, когда человек-оператор, дис­петчер, должен принимать определенные решения, особенно в кон­фликтных, нетипичных ситуациях. Ниже, следуя работе [1], мы рас­смотрим, каким образом процедуры, основанные на теории приня­тия решений, позволяют автоматизировать диспетчерское управле­ние ТСК — ликвидировать узкие места интерактивного управления ГПС.

Практика показывает, что наиболее сложными задачами в цепи логических действий оператора являются выявление проблем­ной ситуации, поиск решения и его обоснование.

В данных условиях в рамках диалога «диспетчер — ЭВМ» пер­востепенное значение имеет автоматизация классификации состоя­ний системы; поиска и обоснования управляющих решений, постро­ение и реализация моделей, адекватно описывающих состояние объ­екта управления — транспортно-складского комплекса и среды уп­равления— маневровых средств, железнодорожного, автомобильно­го и напольного транспорта и т. д. *

Идея описываемого подхода принятия решений основана на вза­имодействии двух партнеров: лица, принимающего решение (ЛПР), например диспетчера, и диалоговой интеллектуальной системы ав­томатизации принятия решений (ДИСА). Здесь и в дальнейшем со­храняется терминология, предложенная в работе [1].

Основными положениями этой системы можно воспользоваться при построении ГПС на транспортных объектах.

В общем виде формальная модель ДИСА <р в рамках ГПС, опи­сывающая процесс автоматической переработки исходной информа­ции / и генерирования управляющих воздействий и для достиже­ния поставленной цели имеет такой вид:

где — функция управления.

Функция управления, на основе которой строится ДИСА, представ­ляет собой комплекс взаимодействующих моделей, алгоритмов и программ: ={ }. Рассмотрим содержание алгоритмов ф»:

1. — алгоритм классификации ситуаций транспортного объек­та. Построение объективной классификации состояния имеет перво­степенное значение для идентификации модели и поиска решений при решении задач планирования и управления грузовой, сортиро­вочной станцией или другим объектом. Классы состояний являются своеобразными эталонами и хранятся в ламяти ЭВМ.

2. ₂ — алгоритм выбора модели поиска решений оперативно­технологических задач на множестве альтернатив; между алгорит­мами и ₂ четко просматривается связь, поскольку выбор модели зависит от класса ситуации. Напомним, что ранее были перечис­лены типичные задачи планирования и управления, которые ре­шаются в рамках ГПС.

3. ₃—алгоритм формирования цели поиска — выработки стра­тегии поиска. Стратегия поиска состоит в выборе оптимального ва­рианта технологического процесса, а цель — в минимизации расхо­дуемых для его осуществления ресурсов: трудовых, энергетических, денежных и других видов затрат.

4. ₄ — алгоритм поиска целевых управляющих решений и ре­шающих процедур; управляющими решениями для грузовых стан­ций являются, например, простой транспортных средств, рабочий парк вагонов, производительность технических средств, затраты трудовых ресурсов и др., которые реализуются при выполнении уп­равляющих воздействий; в качестве решающих процедур исполь­зуют различные алгоритмы, основанные на применении математи­ческих методов.

5. ₅ — алгоритм синтеза управляющих воздействий с помощью коллектива экспертов, которые могут привлекаться для выбора наи­более приемлемого алгоритма. Управляющими воздействиями мо­гут быть суммарная перерабатывающая способность технических средств (например, погрузочно-разгрузочных машин, маневровых локомотивов), число подач вагонов на грузовые пункты, корреспон­денции вагонопотоков между грузовыми пунктами, реализуемые в процессе работы, скоростные показатели погрузочно-разгрузочных машин и др.

6. ₆ — алгоритм, обосновывающий выбор одного из управляю­щих воздействий; он уточняет работу экспертов, которые могут предложить ряд предпочтений; критерием такого выбора является уровень полезности того или иного показателя, степень эффектив­ности управления транспортным объектом.

7. — алгоритм, с помощью которого согласно последователь­ности алгоритмов { , , , } может осуществляться и диалог человека-оператора, диспетчера с ЭВМ в форме частных ответов- справок на поставленные ЛПР вопросы. В условия ГПС в массиве должны присутствовать алгоритмы адаптации.

Последовательность поиска управляющих воздействий — своеоб­разный выбор маршрута, который учитывает взаимодействие ЛПР и ДИСА, задается алфавитом символов

.

Здесь , , — условия выполнения алгоритмов; Ω— опера­

тор, обеспечивающий согласованность логики диспетчера и ЭВМ на маршруте поиска.

Этим выражением описывается процесс интерактивного слеже­ния за процедурой поиска наилучших решений по управлению ТСК в условиях ГПС. Подчеркнем, что каждый из алгоритмов ф! — ф₆ может работать автономно и в режиме диалога с ЛПР, человеком- диспетчером.

7. — алгоритм, с помощью которого выражается процесс диа­лога ЛПР с машиной в виде кортежа = ( , , , ). Заметим, что алгоритмы ф!—ф₈ в условиях функционирования и планирова­ния ГПС ТСК конкретизируются в форме ответов в режиме диало­га на поставленные ЛПР вопросы, имитационных моделей или ана­литическими зависимостями. В форме таких зависимостей, в част­ности, формулируются оптимизационные оперативно-технологиче­ские задачи, которые решаются в рамках ГПС ТСК.

В условиях ГПС в комплексе алгоритмов должны быть пред­ставлены процедуры адаптации ТСК в заданных границах управ­ления с целью обеспечения устойчивости системы. Поэтому систему необходимо настроить на допустимую область управления.

7. — алгоритм, характерной особенностью которого являет­ся включение операторов ассоциаций Л, позволяющие автоматиче­ски связывать исходную информацию с идентификацией состояния ТСК. С помощью операторов ассоциаций ЭВМ строит информаци­онную модель рбъекта управления М. Кроме того, в структуру ал­горитма входит множество элементов, характеризующих уровни те­кущей информации / о складском комплексе.

В условиях ГПС адаптация осуществляется без участия экспер­тов. Работа алгоритма фэ записывается так: =

7. и — алгоритмы, которые предусматривают соответст­венно построение динамической информационной модели и взаи­модействие системы управления с объектом и средой управления. Причем результаты работы алгоритма фю используются для реали­зации процесса фц.

Комплекс рассмотренных взаимодействующих процессов-алго­ритмов =( — ) полностью описывает многошаговую процедуру построения системы адаптивного управления технологическими опе­рациями ТСК. Гибкость рассматриваемой системы проявляется в том, что она в состоянии функционировать и принимать решения как с участием коллектива экспертов, так и автоматически. Адапта­ция ТСК с производственной обстановкой характеризуется алгорит­мами и ; диалоговый режим ЛПР с машиной, оценка найден­ных и принятых решений по технико-экономическим показателям, представленные алгоритмом , также отвечают характеристикам и свойствам ГПС. Алгоритмы и в приведенной на рис. 3.23 ло­гической последовательности их работы, занимают главное место в процессе управления ГПС складским комплексом.

На рис. 3.24, а представлена структурная схема управления ГПС, которая реализует комплекс описанных выше алгоритмов.