Спосіб адаптивного керування температурним режимом хімічного реактора на основі нечіткої логіки

Реферат: Спосіб адаптивного керування температурним режимом хімічного реактора на основі нечіткої логіки реалізується в системі керування, яка складається з об'єкту керування (аперіодична ланка першого порядку і ланка транспортного запізнення), ПІ-регулятора. Адаптація коефіцієнтів ПІ-регулятора відбувається в блоці адаптації, який включає послідовно з'єднані блок фазифікації, базу нечітких правил та блок дефазифікації. Входи блока фазифікації з'єднані з об'єктом, а вихід блока дефазифікації - з ПІ-регулятором, на який надходять розраховані нечіткою моделлю коефіцієнти (К та Ті). UA 94832 U (54) СПОСІБ АДАПТИВНОГО КЕРУВАННЯ ТЕМПЕРАТУРНИМ РЕЖИМОМ ХІМІЧНОГО РЕАКТОРА НА ОСНОВІ НЕЧІТКОЇ ЛОГІКИ UA 94832 U UA 94832 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі керування технологічними процесами і може бути використана для складних технологічних об'єктів, таких як ацетиленовий генератор, де класичні системи керування не можуть в повній мірі врахувати всі особливості режимів їх функціонування. До теперішнього часу розроблені моделі систем керування на основі нечіткої логіки, в тому числі для керування температурним режимом (Леоненков А.В. Нечеткое моделлирование в среде MATLAB і FUZZY TECH. -СПб.: БХВ-Петербург, 2005.-е. 212). Найбільш близьким способом регулювання до розробленого є система, яка реалізує нечітке керування температурним режимом ацетиленового генератора (Нечітка система керування температурним режимом ацетиленового генератора АЛ. Жученко, Д.О. Ковалюк, Є.В. Дзюба // Східно-Європейський журнал передових технологій. -№1/2(67).- 2014, с 48-51). Однак технологічний результат керування можна суттєво покращити завдяки використання нечіткого адаптивного керування технологічними об'єктами типу ацетиленового генератора. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення якості керування за умови дії збурень на об'єкт, а саме, технічний результат полягає в підвищенні швидкодії та скороченні числа коливань при регулюванні тепловим режимом хімічного реактора. Запропонований метод буде ефективним для складних об'єктів, для яких дія зовнішніх впливів не дозволяє забезпечити необхідну якість системи без її пристосування до змінюваних умов функціонування та коли існує певний досвід експертів з регулювання та налаштування автоматизованої системи керування. Поставлена задача вирішується тим, що в керування хімічним реактором здійснюється на основі принципу адаптації, коли за допомогою нечіткої моделі виконується розрахунок параметрів регулятора К та Ті. Для цього використовуються правила, засновані на досвіді експерта. Спосіб адаптивного керування температурним режимом хімічного реактора на основі нечіткої логіки реалізується в системі керування, яка складається з об'єкту керування (аперіодична ланка першого порядку і ланка транспортного запізнення), який по зворотному зв'язку з'єднаний з блоком адаптації та ПІ-регулятором. Блок адаптації включає послідовно з'єднані блок фазифікації, базу нечітких правил та блок дефазифікації, при цьому входи блока фазифікації з'єднані з об'єктом, а вихід блока дефазифікації - з ПІ-регулятором, на який надходять розраховані нечіткою моделлю коефіцієнти (К та Ті). Вихід ПІ - регулятора надходить на об'єкт регулювання. Запропонований спосіб реалізований наступним чином. Процес автоналаштування регулятора за допомогою блока нечіткої логіки починається з пошуку початкових наближень коефіцієнтів регулятора. Це робиться одним з відомих методів використовувався вбудований метод TUNE. На вхід нечіткої моделі надходить помилка ε(k) та обчислений її інтеграл за часом. Далі обидві величини спочатку піддаються операції фазифікації (перетворення в нечіткі змінні), потім отримані нечіткі змінні використовуються в блоці нечіткого логічного висновку для отримання коефіцієнтів регулятора К та Ті, які після виконання операції дефазифікації (зворотного перетворення нечітких змінних в чіткі) надходять на вхід чіткого ПІ-регулятора. Для реалізації наведеного вище алгоритму нечіткого моделювання використане середовище Simulink та інструментарій Fuzzy Logic Toolbox. В редакторі системи (Fuzzy Inference System Editor) застосовано тип системи - Мамдані, задано два входи ε(k) та інтеграл по ε(k), та вихід К та Ті. Далі відбувається етап фазифікації вхідних лінгвістичних змінних. Для кожного входу та виходу було вибрано 3 терми з відповідними функціями належності. Розглянуто такі лінгвістичні змінні: Помилка на вході нечіткого регулятора ε(k) - "Низька", "Середня", "Висока". Інтеграл по ε(k) "Низький", "Середній", "Високий". Коефіцієнт передачі регулятора К - "Низький", "Середній", "Високий". Стала інтегрування Ті - "Низька", "Середня", "Висока". Функції належності для кожної лінгвістичної змінної наведені на фігурах 2, 3, 4, 5. Для розрахунку коефіцієнтів регулятора на підставі експертних даних, сформульовано наступні правила. Правила наведені нижче: If (E(k) is low) and (integralE(k) is low) then (Kp is low) and (Ті is low) If (E(k) is low) and (integralE(k) is middle) then (Kp is low) and (Ті is middle) If (E(k) is low) and (integralE(k) is high) then (Kp is low) and (Ті is high) If (E(k) is middle) and (integralE(k) is low) then (Kp is middle) and (Ті is low) If (E(k) is middle) and (integralE(k) is middle) then (Kp is middle) and (Ті is middle) If (E(k) is middle) and (integralE(k) is high) then (Kp is middle) and (Ті is high) If (E(k) is high) and (integralE(k) is low) then (Kp is high) and (Ті is low) 1 UA 94832 U 5 If (E(k) is high) and (integralE(k) is middle) then (Kp is high) and (Ті is middle) If (E(k) is high) and (IntegralE(k) is high) then (Kp is high) and (Ті is high) Система регулювання температурним режимом ацетиленового генератора наведена на фігурі 1. Розроблений спосіб адаптивного керування температурним режимом хімічного реактора основі нечіткої логіки забезпечує швидший вихід на усталений режим при дії збурень на об'єкт в порівняні зі звичайним ПІ-регулятором. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб адаптивного керування температурним режимом хімічного реактора на основі нечіткої логіки реалізується в системі керування, яка складається з об'єкту керування (аперіодична ланка першого порядку і ланка транспортного запізнення), ПІ-регулятора, який відрізняється тим, що адаптація коефіцієнтів ПІ-регулятора відбувається в блоці адаптації, який включає послідовно з'єднані блок фазифікації, базу нечітких правил та блок дефазифікації, при цьому входи блока фазифікації з'єднані з об'єктом, а вихід блока дефазифікації - з ПІ-регулятором, на який надходять розраховані нечіткою моделлю коефіцієнти (К та Ті). 2 UA 94832 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3