Система автоматической оптимизации в условиях неполноты данных на примере барабанного котла Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Финаев Валерий Иванович, Белоглазов Денис Александрович, Павленко Елена Николаевна, Шадрина Валентина Вячеславовна

При решении задач управления существует сложность применения классической теории автоматического управления , так как практически все технические системы содержат нелинейности, неопределенности. Так как классическая теория управления не может быть применима для построения регулятора плохо изученного объекта, то применяются системы адаптивного управления с самоорганизацией , саморегуляцией. Рассмотрена технологическая схема барабанного парового котла и приведены его управляемые параметры. Рассматривается решение задачи исследования систем автоматической оптимизации с использованием метода статистического имитационного моделирования . Приведена структура имитационной модели, содержащая следующие компоненты: модель объекта управления , генератор случайных возмущений, модуль принятия решений, а также процедуру сбора статистики для оценки качества управления . Представлен алгоритм функционирования имитационной модели системы, алгоритм выбора параметров системы автоматической оптимизации. Для решения задач исследования разработано программное приложение на основе современных объектно-ориентированных технологий.

SYSTEM OF AUTOMATIC OPTIMIZATION IN THE CONDITIONS OF INCOMPLETENESS OF THE DATA ON THE EXAMPLE OF THE DRUM-TYPE COPPER

In solving problems of management, there is the complexity of the application the classical control theory, as virtually all of the technical systems contain nonlinearity of uncertainty . Since the classical control theory can not be applied for the construction of the controller poorly understood object, then the adaptive control systems are applied with self-organization, self-regulation. Flowsheet drum steam boiler is considered, and its adjustable parameters are given. We consider the problem of automatic optimization studies using the method of statistical simulation. The structure of the simulation model containing components: a model of control object, the random disturbances, decision-making module and procedure for the collection of statistics to assess the quality of governance is considered. Algorithm of the functioning system is given, the algorithm for selecting the parameters of the automatic optimization. To solve the problems of research a software application is developed based on modern object-oriented technologies.

Текст научной работы на тему «Система автоматической оптимизации в условиях неполноты данных на примере барабанного котла»

УДК 004.023, 681.518

В.И. Финаев, Д.А. Белоглазов, Е.Н. Павленко, В.В. Шадрина

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ В УСЛОВИЯХ

НЕПОЛНОТЫ ДАННЫХ НА ПРИМЕРЕ БАРАБАННОГО КОТЛА

При решении задач управления существует сложность применения классической теории автоматического управления, так как практически все технические системы содержат нелинейности, неопределенности. Так как классическая теория управления не может быть применима для построения регулятора плохо изученного объекта, то применяются системы адаптивного управления с самоорганизацией, саморегуляцией. Рассмотрена технологическая схема барабанного парового котла и приведены его управляемые параметры. Рассматривается решение задачи исследования систем автоматической оптимизации с использованием метода статистического имитационного моделирования. Приведена структура имитационной модели, содержащая следующие компоненты: модель объекта управления, генератор случайных возмущений, модуль принятия решений, а также процедуру сбора статистики для оценки качества управления. Представлен алгоритм функционирования имитационной модели системы, алгоритм выбора параметров системы автоматической оптимизации. Для решения задач исследования разработано программное приложение на основе современных объектно-ориентированных технологий.

Управление; неопределённость; адаптация; самоорганизация; моделирование; паровой котёл.

V.I. Finaev, D.A. Beloglazov, E.N. Pavlenko, V.V. Shadrina

SYSTEM OF AUTOMATIC OPTIMIZATION IN THE CONDITIONS OF INCOMPLETENESS OF THE DATA ON THE EXAMPLE OF THE DRUM-

In solving problems of management, there is the complexity of the application the classical control theory, as virtually all of the technical systems contain nonlinearity of uncertainty. Since the classical control theory can not be applied for the construction of the controller poorly understood object, then the adaptive control systems are applied with self-organization, self-regulation. Flowsheet drum steam boiler is considered, and its adjustable parameters are given. We consider the problem of automatic optimization studies using the method of statistical simulation. The structure of the simulation model containing comp o-nents: a model of control object, the random disturbances, decision-making module and procedure for the collection of statistics to assess the quality of governance is considered. Algorithm of the functioning system is given , the algorithm for selecting the parameters of the automatic optimization. To solve the problems of research a software application is developed based on modern object-oriented technologies.

Control; uncertainty; adaptation; self-organizing; modeling; steam boiler.

Под объектом управления (ОУ) в соответствии с теорией автоматического управления (ТАУ) понимают устройство или динамический процесс, управление поведением которого является целью создания системы автоматического управления (САУ). Существует несколько классификаций ОУ, предложенных различными авторами. Будем различать линейные и нелинейные ОУ. Управлением линейными ОУ занимается классическая ТАУ, которая на сегодняшний день обладает хорошо проработанным математическим аппаратом, что позволяет активно использовать ее при создании различных регуляторов.

Практически все технические системы нелинейные, следовательно, применение классических методов построения регуляторов возможно с определенными условиями, ограничениями [1-4], связанными с практической сложностью или невозможностью получения адекватного математического описания некоторых нелинейных систем.

Помимо нелинейности синтез регуляторов на основе классической ТАУ осложняется наличием неопределённости в исходных данных об ОУ [4, 5]. Причины появления неопределенностей различны: многомерность, многосвязность ОУ; неконтролируемость, нестационарность временных и частотных характеристик ОУ; стохастическая природа возмущений, воздействий внешней среды; нелинейности математического описания ОУ [5].

Влияние неопределенности реальной системы на процесс принятия решений может быть устранено в определенных случаях следующими способами: игнорирование существования неопределенности и использование детерминированных моделей; ориентация на один определенный вид неопределенности с последующим поиском способов борьбы с ней; дополнительные исследования объекта управления; создание адаптирующихся, обучающихся систем управления [4, 5].

В случае существования некоторой неопределенности математической модели ОУ, возможности изменения с течением времени значений ее параметров, применение классической ТАУ для построения регуляторов невозможно. Указанная проблема может быть решена применением адаптивных систем управления [6-12].

В настоящее время выделяют две группы адаптивных систем: самонастраивающиеся; самоорганизующиеся. Задачи самонастройки решают не путем изменения параметров регулятора, имеющего определенную структуру, а путем изменения самой структуры регулятора [13]. При автоматической настройке структуры регулятора не задан закон регулирования, в общем случае неизвестно заранее, какие корректирующие устройства и как вводить, какие логические вычислительные операции производить [13, 14].

Такое свойство ОУ, как инерционность, непосредственно связанное с понятиями последействия, нестационарности и нелинейности, во многом определяет степень неопределенности параметров ОУ [13, 14]. Если степень инерционности велика, то и в большей степени проявляются свойства нестационарности, последействия и нелинейности. Примерами подобных ОУ без внутренней обратной связи по регулирующему воздействию - ветроэнергетические установки, энергоблоки тепловых электростанций, котлоагрегаты, системы водоподготовки тепловых электростанций, печи для нагрева металла в прокатном производстве.

При построении адаптивного регулятора для малоинерционных ОУ критерием эффективности является критерий минимизации времени регулирования, а для инерционных систем с большой степенью инерционности добавляются критерии обеспечения устойчивости процессов регулирования. Критерии регулирования могут иметь интегральное представление.

При синтезе САУ вначале следует определить технологические схемы ОУ, на которых должны присутствовать входные и выходные параметры. Например, на рис. 1 показана технологическая схема барабанного парового котла, для которого основными регулирующими воздействиями являются расход топлива на котел Вт, расход воздуха Qe и расход перегретого пара Бпп. Управляемыми параметрами этого ОУ являются расход питательной воды Бпе, температура питательной воды 1пе, температура воздуха после подогревателя 4, температура пара 4п, давление пара рпп, разрежение в верхней части топки БТ, уровень воды в барабане Нб. Связи входных и выходных величин барабанного парового котла показаны на рис. 2.

Задача исследования систем автоматической оптимизации (САО) может быть решена с использованием метода статистического имитационного моделирования. Для сравнения характеристик различных вариантов алгоритмов САО, основанных на последовательной процедуре, разрабатывается имитационная модель САО.

Рис. 1. Технологическая схема барабанного парового котла: 1 - камерная топка; 2 - циркуляционный контур; 3 - барабан; 4 - пароперегреватель; 5 - пароохладитель; 6 - экономайзер; 7 - воздухонагреватель

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎