Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий
В.Л. Лазарев
Робастные системы управления в пищевой промышленности
Учебное пособие
Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 550200 – «Автоматизация и управление» подготовки бакалавров и магистров
Санкт-Петербург 2003
ББК 32.965
Л 17
УДК 637.52(075.8)
Л
17
Лазарев В.Л.
Робастные системы управления в пищевой промышлен-ности: Учеб. пособие. СПб.: СПбГУНиПТ, 2003. 150 с.
ISBN
5-89565-067-8
Разработано в соответствии с требованиями ГОСа высшего профессио-нального образования по курсу «Теория автоматического управления».
Пособие предназначено для студентов и магистрантов, обучающихся по направлению «Автоматизация и управление», а также может использоваться студентами, аспирантами и инженерно-техническими работниками, занимаю-щимися анализом, синтезом и эксплуатацией систем управления.
Рецензенты
Кафедра автоматизации химико-технологических процессов Санкт-Петер-бургского государственного университета растительных полимеров (зав. ка-федрой доктор техн. наук, проф. Г.А. Кондрашкова)
Профессор кафедры компьютерных интеллектуальных технологий в проек-тировании Санкт-Петербургского государственного политехнического уни-верситета А.В. Самочадин
Одобрено к изданию редакционным советом университета
ISBN 5-89565-067-8
Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий, 2003
300-летию
Санкт-Петербурга
посвящается
Введение
Эволюция систем управления различными объектами и технологическими процессами идет по пути учета случайных воздействий, поступающих по различным каналам, а также увеличения числа контролируемых и регулируемых параметров, совершенствования технических средств автоматизации. Интеграция вероятностных моделей и схем в детерминированную систему управления предусматривает получение информации об этих воздействиях, что также связано с приобретением соответствующих технических средств измерения и обработки информации и практической реализации этих схем для организации управления. В результате такое "расширение" систем управления обусловливает появление дополнительных затрат на ее комплектацию, монтаж и эксплуатацию, что в конечном счете ведет к удорожанию продукции. Таким образом, увеличение затрат на совершенствование систем управления может привести к парадоксу снижения эффективности производства от их функционирования. Особенно остро такая проблема стоит для многих производств пищевой промышленности. Это объясняется тем, что кроме необходимости контроля так называемых общетехнических параметров (температуры, давления, расходов, уровней и др.), необходимо также контролировать химический состав, структуру и свойства сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Проведение таких измерений в ряде случаев возможно либо с использованием методов сенсорного анализа (на основании статистической обработки результатов анализов комиссии специалистов-дегустаторов), либо с использованием сложного лабораторного оборудования и аппаратуры. Эти измерения являются, как правило, дорогостоящими и недостаточно оперативными, что также приводит к неэффективности процесса управления. Поэтому представляется важным определить не только рациональный перечень контролируемых параметров, но и выработать алгоритмы и схемы, позволяющие минимизировать затраты на информационное обеспечение, организацию и функционирование систем управления.
Очевидно, что такие системы будут функционировать в условиях априорной неопределенности, обусловленной отсутствием полной информации по некоторым технологическим параметрам, используемым для управления, а также изменением их статистических характеристик. Системы, основанные на подобных принципах функционирования, относятся к классу робастных систем. Это название происходит от английского слова robust, что означает сильный, крепкий, здоровый и характеризует вышеуказанные способности систем. Организация робастного управления может быть основана на использовании различных подходов и математических методов. В данной работе рассматривается подход, основанный на анализе вероятностных и энтропийных характеристик координат и являющийся весьма продуктивным. Использование такого подхода позволяет не только оценить влияние различных воздействий (помех, возмущений) на состояние объекта управления и выдать рекомендации по модернизации системы управления или оборудования, но и осуществить синтез системы управления даже при наличии ограниченной информации об этих воздействиях, обеспечивающей "хорошее" качество управления.
Это обстоятельство является актуальным при проектировании и модернизации систем управления на производствах, где схема ведения технологического процесса не является строго детерминированной, допускаются вариации при выборе каналов внесения управляющих воздействий и требуется обеспечить лишь свойства выпускаемой продукции. Такая организация производства распространена на многих предприятиях пищевой промышленности, а также ряда других отраслей. Однако в случаях, когда схема ведения технологического процесса жестко задана разноуровневыми стандартами или так называемой технологической картой, что имеет место на предприятиях прецизионного машиностроения, приборостроения и других, методики оценки влияния тех или иных возмущений и воздействий на конечный продукт производства или какую-либо координату объекта окажутся необходимыми на стадии проектирования или модернизации существующих производств. Изложенный подход к решению подобных задач также может использоваться при проектировании и синтезе систем управления.