Спосіб автоматичного керування процесом дифузії

Спосіб автоматичного керування процесом дифузії, що включає вимірювання витрати стружки та рівня сокостружкової суміші в апараті, 3 30554 процесу керування багаторівневою системою на ряд ієрархічно взаємозв'язаних задач. Метод декомпозиції, що пропонується, починається з аналізу цільової функції DF (зменшення витрат виробництва), що в нашому випадку розділена між різними складовими цільової функції DFЖ , DFП , D FU , D FE (зменшення втрат цукру в жомі, економія витрати пари на дифузійній установці, зменшення витрат вапна та формаліну на обробку дифузійного соку, зменшення витрат електроенергії відповідно). Вміст цукру в жомі, економія витрати пари на дифузійній установці і інші виділені показники залежать від наступних режимних параметрів дифузійної установки: G витрати дифузійного соку на виробництво сок , Gстр витрати стружки , довжини стружки d, температури по всім робочим зонам апарату та подачі пари в гріючу камеру в залежності від температури та рівня сокостружкової суміші. Ієрархічна структура системи керування утворюється в результаті декомпозиції загальної задачі керування. Пропонується розбити отриману ієрархічну систему на наступні рівні: - цільова функція системи DF (VI); DFЖ , DFП , D FU , D FE - цільові функції підсистем (V); - фізико-хімічні властивості процесу дифузії цукру з бурякової стружки (IV); - теплові процеси в дифузійній установці та на наступних станціях (III); - гідродинамічні процеси в дифузійній установці, та розрахунок витрати електроенергії, що споживається установкою та насосами для перекачки соку (II); - координати стану об'єкта(І). Оскільки кожна з виділених підсистем має свої локальні цілі, то при функціонуванні системи в цілому, можуть виникнути конфліктні ситуації. Таким чином виникає задача координації роботи управляємих підсистем, розв'язком якої є визначення взаємодії підсистем, при якій керування, оптимальні за критеріями ефективності кожної з підсистем, є також оптимальними за загальним критерієм для процесу в цілому. Основна проблема отримання розв'язку задач оптимізації багаторівневих ієрархічних систем полягає в тому, що розв'язок нижчого рівня залежить від завдання з боку вищого рівня (цілі, обмеження), а розв'язок вищого рівня, у свою чергу, залежить від відгуку елементів нижчого рівня. Ця проблема вирішується шляхом введення на нижчому рівні поняття нечіткого оптимального розв'язку. Існує процес координації, що відбувається до прийняття рішень елементами нижчих рівнів або після їх ухвалення (корекція). Запропонований спосіб координації узгоджує розв'язки в процесі прийняття рішень по оперативному управлінню системою. Елементи вищого і нижчого рівнів зв'язані між собою двома видами сигналів: сигнал, що посланий вгору, несе елементу ви щого рівня інформацію про допустимість і ефективність 4 режимів роботи підсистем (нечітке оптимальне рішення), а сигнал, що йде зверху вниз, конкретизує завдання на виконання на нижчому рівні. Елемент вищого рівня в зв'язку з пріоритетом дій повинен вибрати для елементів нижчих рівнів стратегію поведінки (вибір способу координації), зміну в структурі і параметрах елементів нижчих рівнів (аспект самоорганізації) і координуючу дію при фіксованій структурі і параметрах (аспект керування). Інформація про елементи нижчих рівнів, необхідна елементу вищого рівня для ухвалення розв'язку, залежить від цілі вирішуваної задачі, від структури моделі і зв'язків між її елементами. Для багаторівневої ієрархічної системи важливо описати нижній рівень як взаємодію взаємозв'язаних підсистем, кожна з яких переслідує власні цілі. Тому в даній роботі основна увага приділялась внутрішньорівневим і міжрівневим взаємодіям. Запропонований підхід відповідає основним вимогам системного аналізу, оскільки забезпечує при моделюванні цілісність розгляду складної ієрархічної системи за рахунок теорії нечітких множин, що дозволяють утримувати в полі зору всю систему в цілому для вирішення задачі на всіх рівнях керування з позиції системної цілі. Застосування системного підходу дозволило сформулювати фактори, що визначають природу зміни ефективності і допустимості станів складної системи і звести масиви інформації, що описують стан системи в різні моменти і при різних умовах, до невеликого числа узагальнених характеристик з метою наочної інтерпретації кількісних даних про систему при використанні їх для прийняття рішень. В даній задачі функції належності, як числові характеристики, повинні задовольняти основним вимогам: 1. це величини, що залежать від стану елементів системи і зв'язків між ними, і достатньо просто обчислюються виходячи з наявної інформації про систему (детерміновану, вірогіднісну, лінгвістичн у); 2. функція належності елемента системи дає уявлення про одну з властивостей системи; 3. функція належності допускає просту наближену оцінку на основі експериментальних даних чи експертних оцінок. Пропонується використати такі формули для розрахунку функції належності розробленої системи координації: 1 mG xij = 0 xij - x ij + 1 - ефективності розв'язку xij де - координаційне завдання від x0 підсистеми вищого рівня, ij - розв'язок задачі вибору оптимального технологічного режиму підсистеми; допустимості розв’язку 1 = mC x ij nom 0 x ij - x ij + 1 ( ) ( ) 5 30554 x nom де ij - номінальне значення параметра. Однією із значних переваг розв'язку багатокритеріальної задачі є той факт, що в результаті розв'язання однокритеріальної задачі ми отримуємо розв'язок на межі якого-небудь обмеження, при цьому значно знижуються інші показники режиму роботи надійність, відповідність умовам раціональної розробки і т.д., багатокритеріальна постановка задачі, в свою чергу, відрізняється більшим наближенням до реальної задачі. Керування з використанням функцій належності полягає в знаходженні такого режиму x0 , для якого функція належності mD (x ) приймає максимальне значення. Отже, задача має 0 розв'язок, якщо існує такий режим x , для якого mD x0 ¹ 0 ($x )(mD (x ) ¹ 0) , тобто Розв'язки елементів j нижчого рівня і описуються функціями належності mD xij , i = 1 M = 1N ,j , , , а рішення задачі елементів r вищого рівня (і+1) по координації розв'язків підсистем нижчих рівнів - функцією належності mK x (i +1)r . Звідси витікає, що задачі які вирішуються елементами нижчих рівнів, координуємі між собою у момент t тоді і тільки тоді, коли справедливо наступне положення: ("j) $xij $ x(i+1)r ëmD xij ¹ 0 Ù mK x (i +1)r ¹ 0û . Отже, зкоординованість задач між собою вимагає, щоб ця задача мала розв'язок хоча б при x одному (i+1)r і для цього рішення множина задач D, що вирішуються елементами нижчих рівнів, також мала розв'язок. Виходячи з понять координуємості постулат сумісності можна записати таким чином: для успішної роботи багаторівневої ієрархічної системи необхідно, щоб цілі (задачі) її підсистем були зкоординовані між собою і з глобальною ціллю всієї системи загалом. При розв'язанні задачі координації роботи колонної дифузійної установки, пропонується використати комбінований принцип координації, тобто принцип прогнозування та узгодження взаємодій. Відповідно з методом прогнозування взаємодій координуємими змінними є змінні x взаємодій ij , а координація зводиться до пошуку локального екстремуму глобального критерію. За принципом узгодження взаємодій складовим критерію оптимальності координуємих підсистем надаються вагові коефіцієнти: = a1 × DFЖ + a 2 × DFП + a3 × D FU + a 4 × DFE DF ai , де характеризує "вагу" конкретного критерію, тобто його значущість, і задається координатором, а їх ( ) ( ) ( ( )( ) ( ) ( ) 4 åa = 1 i сума i= 1 . Відмітимо основні процедур координації: особливості зазначених 6 - на кожній ітерації передбачається найбільше зростання показника ефективності роботи дифузійної установки в цілому з урахуванням зв'язків між підсистемами; - кожна ітерація та її результати повинні задовольняти існуючі обмеження та відповідати покращеним значенням ефективності роботи технологічного комплексу у порівнянні з попередньою ітерацією; - для колонної дифузійної установки та задачі її координації цілком достатні математичні моделі підсистем; - ітераційний процес координації, як правило, забезпечує досягнення локального екстремуму показника ефективності роботи дифузії в цілому, але і такий режим дає значний ефект для складних те хнологічних комплексів. На основі викладеного вище, було розроблено алгоритм координації процесу функціонування колонної дифузійної установки (Фіг.). Чисельні експерименти показали, що розроблений спосіб автоматичного керування процесом дифузії приводить до конкретного розв'язання задач оптимізації підсистем та координації їх роботи за допустимий час. Технічним результатом є зміна витрат виробництва в дифузійному відділенні по відношенню до нормативного варіанту шляхом координації роботи виділених підсистем дифузійної установки. 7 30554 8