1.2. Идентификация параметров технологического объекта управления

Одним из основных этапов создания систем автоматического управления (САУ) является идентификация технологического объекта, т.е. определение структуры и параметров математической модели объекта (идентификация в широком смысле) или, при известной структуре, только ее параметров (идентификация в узком смысле), обеспечивающих наилучшее приближение выходных координат реального объекта и математической модели при одинаковых входных воздействиях.

Существуют два возможных подхода к определению математической модели объекта: теоретический и экспериментальный. В первом случае, используя априорную информацию об объекте на основе фундаментальных законов физики, термодинамики, электротехники и т.д., в зависимости от предметной области, формируются аналитические зависимости, описывающие процессы преобразования сигналов в системе. Теоретический путь является единственно возможным на этапе проектирования объекта, когда требуется предварительно определить структуру и оценить качество создаваемой САУ, оценить влияние конструктивных параметров объекта на его динамические свойства. Следует отметить, что по мере усложнения объекта трудности нахождения математической модели возрастают.

Экспериментальный путь связан с получением статических и динамических характеристик по результатам регистрации и обработки входных и выходных координат действующего объекта и последующем получением на основе численных данных математической модели в виде линейного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами. Различают пассивный и активный эксперименты. В ходе пассивного эксперимента математическая модель определяется по результатам наблюдений за изменениями входных и выходных координат объекта находящегося в режиме нормальной эксплуатации. Недостатками пассивного эксперимента являются значительные затраты времени на его реализацию, а также ограниченная информативность входных сигналов объекта в процессе его нормальной эксплуатации. При активном эксперименте для идентификации модели технологического объекта управления на вход действующего объекта подаются специальные наиболее информативные с точки зрения влияния на изменение выходных сигналов пробные сигналы. Достоинствами активного эксперимента являются значительно меньшие затраты времени на его проведение, а также возможность варьирования пробного сигнала с целью обеспечения его информативности. Ограничением применимости активного эксперимента является допустимые пределы изменения управляющих переменных исследуемого технологического объекта.

При использовании экспериментального метода исследования принимаются следующие допущения:

• технологический объект рассматривается как звено с сосредоточенными параметрами;

• при допустимых изменениях входных величин изменения выходной величины подчиняются принципу суперпозиции;

• динамические свойства не меняются с течением времени.

1.2.1. Экспериментальное определение динамических свойств объектов

На предприятиях нефтехимии и нефтепереработки широко используются химические реакторы, экстракторы, абсорбционные, адсорбционные, ректификационные колонны и др. сложные технологические объекты, динамические и статические свойства которых определить аналитически не представляется возможным. С целью проведения эксперимента технологический объект оборудуется специальными средствами диагностики, а также специальными устройствами для нанесения типового входного воздействия известной формы и измерения времени отклика (рис. 3).

Рисунок 3 – Структурная схема установки для определения временных характеристик технологического объекта: 1 – объект управления; 2, 3 – измерительные преобразователи входной и выходной величин соответственно; 4 – регистрирующий измерительный прибор; 5 – исполнительное устройство; 6 – панель дистанционного управления.