СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ С ИЗМЕНЕНИЕМ ЗАДАНИЙ Российский патент 2006 года по МПК G05B23/00 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для построения математических моделей каналов регулирования циклических и непрерывных технологических объектов в системах управления.

Известен способ идентификации объектов, в котором пробный сигнал наносится на прогнозируемые рабочие управления для оценки характеристик каналов регулирования (см. Нанесение экспериментальных воздействий на прогнозируемые рабочие управления / Веревкин В.И., Авдеев В.П., Лакунцов Б.А., Бурдонов Б.А., Катрич А.П. // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1975 - № 6. С.163-166.). Прогнозирование траекторий рабочего управления и заданий на выходные переменные делается для конечных интервалов времени управления процессом. При этом учитывается вся доступная информация к моментам нанесения пробных воздействий. Активное экспериментирование чередуется случайным образом с обычным функционированием промышленных систем. На интервале ожидаемого проявления эффектов пробных воздействий целесообразно размыкать регулирующие обратные связи, осуществляемые как автоматически, так и через человека, а контуры управления по возмущениям должны функционировать в обычном режиме.

Недостатком этого способа является то, в нем незаинтересованность человека-оператора в конечных результатах идентификации объекта приводит к ошибкам идентификации за счет своего стремления компенсировать эффекты действия пробных сигналов воздействием по другим каналам управления, либо предоставления ложной информации о прогнозе рабочих управлений и траектории вектора выходных величин. В этих условиях сложно, а зачастую и невозможно гарантировать выполнение условий эксперимента на протяженный отрезок времени функционирования объекта. В результате ошибка в оценках динамических характеристик каналов регулирования может стать соизмеримой с самим полезным сигналом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ идентификации металлургических объектов с изменением заданий, согласно которому при активной идентификации наносится пробное воздействие по каналу заданий (см. Идентификация металлургических объектов с изменением заданий / Веревкин В.И. // Изв. ВУЗов. Черная металлургия. - 1999 - № 3. С.24-28). В этом способе к некоторому стартовому моменту времени t_c человеком-оператором или автоматом прогнозируются траектория вектора рабочих управлений до конца технологического цикла, а также соответствующая траектория вектора выходных величин. В момент времени t_с по команде вышестоящей управляющей системы изменяется задание, например марка стали и способ ее разливки. Далее эргатическая система управления функционирует в обычном режиме. В соответствии со сменой внешнего задания человек-оператор корректирует собственную цель - требуемое значение вектора выходных величин объекта ("точку прицеливания"). Он отказывается от первоначально намеченной траектории вектора управлений и изменяет ее для достижения новой цели. В качестве отклика рассматривается отклонение фактического значения результирующей выходной величины от прогнозируемой уставки на конец интервала памяти системы управления. Изменение траектории рабочих управлений относительно ранее прогнозируемой траектории одновременно является и изменением во времени пробного воздействия, представляющего собой направленный на достижение целей идентификации фрагмент управлений, а также траекторию дополнительных управлений, т.е. на приведение выходной величины в конце технологического цикла к новому заданному значению.

Однако пробный сигнал наносится на действующую систему управления со стороны системы, находящейся на более высокой ступени административно-производственной иерархии. В рамках же нижестоящего уровня иерархии никакого дополнительного влияния на систему не оказывается. Контуры управления систем разнесены по своим базисам и впрямую не связаны. Воздействие со стороны нижнего уровня иерархии системы на верхний уровень невозможно и даже вредно. Информация снизу вверх, естественно, поставляться может. Назначение рабочих управлений и определение точки прицеливания осуществляется в рамках данной действующей системы управления. Так эти функции может выполнять оперативный персонал эргатической системы управления. Со стороны вышестоящей системы управления воздействия представляют собой задания в общем виде, стимулы, ограничения, общесистемные критерии и т.п. В ряде случаев воздействия могут касаться как непосредственно самих рабочих управлений, так и точек прицеливания. В последнем варианте имеют место системы связного управления. Т.е. вышестоящая система управления частично или полностью берет на себя функции нижестоящей системы. В таком случае существенно изменяются как алгоритмы управления, так и ошибки прогнозирования и регулирования. Недоучет этого факта может приводить к существенному снижению точности идентификации.

Задачей изобретения является повышение качества управления за счет более правильной оценки эффекта этих управлений и, таким образом, более точного назначения численных значений управляющих воздействий.

Для этого в способе идентификации объектов с изменением заданий, включающем предварительную оценку ошибок прогнозирования вектора рабочих управлений, а также ошибок регулирования действующей системы управления, прогнозирование к стартовому моменту времени t_c прогнозатором вектора рабочих управлений и соответствующей траектории вектора выходных величин до конца технологического цикла для объекта с циклическим процессом управления или на интервал времени, превосходящий либо равный интервалу памяти системы управления, для объекта с непрерывным процессом управления, изменение в момент времени t_c задания по команде вышестоящей по административно-производственной иерархии управляющей системы, формирование рабочих управлений и их реализацию в обычном режиме полученного задания в действующей системе управления, по изобретению оценивают изменение степени тесноты связи управляющих решений вышестоящей и данной действующих систем, проводят дополнительное исследование и уточнение изменившихся ошибок прогнозирования и регулирования, а при автоматическом прогнозировании - и алгоритмов прогнозирования.

Сущность изобретения состоит в следующем.

При связном управлении, т.е. при вмешательстве вышестоящей системы управления в процесс принятия решений, а также в прогнозирование рабочих управлений и вектора выходных переменных объекта, меняются реализующиеся как алгоритмы прогнозирования, так и алгоритмы управления. Перед проведением эксперимента вводится дополнительная операция оценки степени тесноты связи вышестоящей и данной действующей систем управления. При изменении тесноты связи уточняются законы распределения вероятностей ошибок прогнозирования и регулирования и сами алгоритмы прогнозирования.

На чертеже приведена блок-схема действующей эргатической системы дуального управления технологическим процессом. Система дуального управления объектом содержит блок 1 - технологический объект управления (ТОУ), блок 2 - измерительная система, блок 3 - регулирующая система, блок 4 - программирующая система, блок 5 - распознающая система, блок 6 - вышестоящая система управления, 7 - первичные датчики сигналов, 8 - измерительный блок, 9 - действующая управляющая система.

Технологический объект управления (ТОУ) представляет собой, например, электросталеплавильную печь.

В качестве определяющих факторов в действующей системе управления выступают задания, устанавливаемые оператору-технологу в общем виде, стимулы, ограничения, измерительные сигналы о переменных состояниях входных U^В и выходных воздействиях технологического объекта управления (ТОУ), которые поступают с блока 7 первичных датчиков сигналов к блоку 2 измерительной системе, а также к блоку 6. Информация о состоянии других ТОУ и организационно-технологической системы управления (Х_В) поступает к блоку 5 распознающей системе, а также к блоку 6, внешние (W^Д) воздействия и управляющие (U^Д) воздействия от блока 3 регулирующей системы поступают к блоку 1 - технологическому объекту управления. Индексом "н" обозначены натурные сигналы, а индексом "д" - действительные воздействия. Измеренные входные воздействия U^Н, W^Н (сигналы измерительной информации) объекта поступают с блока 7 первичных датчиков сигналов к блоку 2 измерительной системе. Выходные воздействия действующей системы управления Y_УС от блока 9 через измерительный блок 8 поступают к блоку 6 - вышестоящей системе управления. От блока 2, 3 и 4 сигналы также поступают к блоку 6.

Для циклических объектов изменение задания и, как следствие, "точки прицеливания" приводит к возникновению дополнительной составляющей в управлении объектом - аналога пробного воздействия:

где U(t) и - фактически реализованная и прогнозируемая к моменту времени t_c смены задания траектория вектора рабочего управления; t∈[t_c, t_к] - текущее время; t_к - момент времени окончания эксперимента.

Для случая линейного представления канала регулирования вход - выходные зависимости объекта, начиная с момента времени t_c, можно определить в виде

где ΔY_c - отклонение измеренного значения Y_c выходной величины в конце интервала памяти объекта либо в конце технологического цикла от прежней τ_n точки прицеливания Y*; S - общее число каналов управления; τ∈[0, τ_n] - переменная, интегрированная в масштабе времени; τ_n - время переходного процесса, включающего время чистого запаздывания; f_S (τ) - весовая функция по s-y каналу регулирования; P_S (t-τ) - величина аналога пробного воздействия s-y каналу регулирования в момент времени t-τ; δ_S(t-τ) - ошибка прогнозирования уровня рабочих управлений по s-y каналу; ξ(t) - ошибка регулирования учитываемой выходной величины относительно ее уставки; для объектов с непрерывным режимом функционирования t_k=t_с+τ_n - момент окончания циклического процесса.

Ошибка прогнозирования δ_S(t-τ) и ошибка регулирования ξ(t) определяются по данным опытов без нанесения пробного воздействия, т.е. при неизмененном задании. Поскольку ошибки прогнозирования и регулирования зависят от особенностей и условий производства данного вида продукции, то их анализ необходимо проводить по близким организационно-технологическим состояниям системы управления и близким решениям на управления. Для этого организационно-технологическое состояние разделяют на классы К_i, а решения - на группы Г_ji в данном классе состояний. Статистический анализ δ_S(t) и ξ(t), а также обработка результатов экспериментов производятся в данной группе Г_ji организационно-технологических и управленческих ситуаций. Таким путем для реально нелинейных и нестационарных технологических процессов достигается более строгая подгрупповая (типологическая) линеаризованность модели, а также обеспечивается необходимое условие воспроизводимости опытов.

Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования. Технический результат заключается в повышении точности идентификации за счет качественного прогноза траекторий управления технологическим объектом и траекторий его выходных переменных. Способ включает предварительную оценку ошибок прогнозирования вектора рабочих управлений, а также ошибок регулирования действующей системы управления, прогнозирование к стартовому моменту времени t_c прогнозатором вектора рабочих управлений и соответствующей траектории вектора выходных величин, изменение в момент времени t_c задания по команде вышестоящей по административно-производственной иерархии управляющей системы, реализацию в обычном режиме полученного задания в действующей системе управления и обработку результатов эксперимента известными процедурами. Перед проведением эксперимента вводится дополнительная операция оценки степени тесноты связи вышестоящей и данной действующей систем управления. При изменении тесноты связи уточняются законы распределения вероятностей ошибок прогнозирования и регулирования и сами алгоритмы прогнозирования. 1 ил.

Способ идентификации объектов с изменением заданий, включающий предварительную оценку ошибок прогнозирования вектора рабочих управлений, а также ошибок регулирования действующей системы управления, прогнозирование к стартовому моменту времени t_c прогнозатором вектора рабочих управлений и соответствующей траектории вектора выходных величин до конца технологического цикла для объекта с циклическим процессом управления или на интервал времени, превосходящий либо равный интервалу памяти системы управления, для объекта с непрерывным процессом управления, изменение в момент времени t_c задания по команде вышестоящей по административно-производственной иерархии управляющей системы, формирование рабочих управлений и их реализацию в обычном режиме полученного задания в действующей системе управления, отличающийся тем, что перед проведением эксперимента дополнительно оценивают изменение степени тесноты связи управляющих решений вышестоящей и данной действующих систем, проводят дополнительное исследование и уточнение изменившихся ошибок прогнозирования и регулирования, а при автоматическом прогнозировании - и алгоритмов прогнозирования.