Спосіб автоматичного керування технологічним об’єктом на основі прогностичних моделей

Реферат: Спосіб автоматичного керування технологічним об'єктом на основі прогностичних моделей передбачає визначення сигналу розузгодження, формування керуючої дії згідно з пропорційноінтегрально-диференціальним законом, визначення прогнозної складової і формування керуючої дії на виконавчий механізм шляхом алгебраїчного додавання керуючої дії від контролера і прогнозної складової на суматорі. Сигнал розузгодження розділяється на трендову, періодичну і випадкову складові, для кожної з якої на основі відповідних математичних моделей формуються окремі складові прогнозу, що надходять на суматор. UA 97566 U (12) UA 97566 U UA 97566 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до способів керування нестаціонарним технологічним об'єктом. Як аналог вибраний патент США 7451004 В2, опублікований 11.11.2008 [Onlineadaptivemodelpredicativecontrolinprocesscontrolsystem], в якому формулюється спосіб адаптивного керування на основі прогнозування, згідно з яким в режимі реального часу проводиться ідентифікація прогностичної моделі за інформацією, що надходить від об'єкта керування. Основним недоліком аналога є те, що прогностична модель не враховує різноманітностей поведінки об'єкта, що значно знижує швидкодію прийняття рішень по керуванню. Як найближчий аналог вибраний спосіб формування керуючого впливу для промислового об'єкта керування [Патент Російської федерації RU №2450303 С1 від 10.05.2012], бюлетень № 13, який передбачає визначення сигналу розузгодження, формування керуючої дії згідно з пропорційно-інтегрально-диференціальним законом, яка реалізується виконавчим механізмом промислового об'єкта керування. При цьому в кожний момент вимірювання обчислюють різницю між математичним сподіванням технологічного параметра і його заданим значенням і при умові, якщо ця різниця стане меншою ніж порогове значення закінчують вимірювання і за різницею між сталою часу об'єкта і інтервалом часу вимірювання знаходять діапазон часу прогнозування, а також за поліноміальною залежністю обчислюють прогнозоване значення технологічного параметра, в результаті чого формують управляючу дію на виконавчий механізм шляхом алгебраїчного додавання прогнозованої складової і складової управляючої дії від регулятора. Недоліком такого способу є неврахування складових сигналу технологічного параметра, які по різному діють на об'єкт керування, маючи різний спектр частот дії, різний коефіцієнт впливу на об'єкт, що приводить до зниження точності керування. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення точності регулювання технологічного параметра. Технічним результатом запропонованого способу є розширення функціональних можливостей системи керування за рахунок точнішого прогнозування поведінки об'єкта з урахуванням особливостей цієї поведінки. Поставлена задача вирішується за допомогою формування керуючої дії згідно з пропорційно-інтегрально-диференціальним законом, визначення прогнозної складової і формування керуючої дії на виконавчий механізм шляхом алгебраїчного додавання керуючої дії від контролера і прогнозної складової на суматорі, згідно з корисною моделлю, сигнал розузгодження розділяється на трендову, періодичну і випадкову складові, для кожної з якої на основі відповідних математичних моделей формуються окремі складові прогнозу, що надходять на суматор. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими технічними ознаками та очікуваним результатом полягає в використанні контролера, в якому реалізований пропорційноінтегрально-диференціальний закон керування, на вхід якого в кожний момент часу подається сигнал розузгодження між вимірюваним і заданим значеннями технологічного параметра, а на виході контролера отримують керуючу дію, яка подається на виконавчий механізм об'єкта керування. Крім того, прогнозують поведінку об'єкта, розділяючи значення технологічного параметрах (t) на трендову, періодичну та випадкову складові: x(t)=Q(t)+P(t)+S(t), де Q(t) - тренд - стійкі систематичні змінювання; P(t) - періодична складова - коливання відносно тренду; S(t) - нерегулярна складова - випадковий шум. Для виділення трендової складової використовується поліноміальна модель: 2 3 Q(t) = a0 + a1t + a2t + a3t , де а0, a1, a2, a3 - коефіцієнти, t - час. Періодична складова представлена рядом Фур'є: t   55 n  ak cos 2fk kt  bk sin 2fkkt  , k 1 де n - кількість частот, включених в модель; ak, bk - коефіцієнти розкладання; fk - частота. Прогнозування випадкової складової здійснюється на основі статистичної характеристики як математичного сподівання M[X(t)] і коваріаційної функції rX(Ө):  t 0        t   r   t 0     t  , 1 UA 97566 U 5 10 15 20 25 30 35 40 де  - прогнозоване значення; rX(Ө) - коефіцієнт кореляції. Корисна модель пояснюється кресленням де показана функціональна схема системи автоматичного керування технологічним об'єктом з урахуванням прогнозної складової. На кресленні представлені блоки: - Задавальний елемент - для введення заданого значення технологічного параметра; - Елемент порівняння - для порівняння заданого і дійсного значення технологічного параметра і формування сигналу розузгодження; - Контролер - для формування керуючого сигналу; - Суматор - для алгебраїчного підсумовування складових прогнозної складової і сигналу керуючого впливу; - Виконавчий механізм - для формування керуючого впливу на технологічний об'єкт; - Об'єкт керування - технологічний об'єкт; - Датчик - для вимірювання значення контрольованого параметра; - Блок визначення складових сигналу - для декомпозиції значення параметра на складові: трендову, періодичну і випадкову; - Блок прогнозування трендової складової - для формування прогнозованого значення трендової складової; - Блок прогнозування періодичної складової - для формування прогнозованого значення періодичної складової; - Блок прогнозування випадкової складової - для формування прогнозованого значення випадкової складової. На кресленні використовуються такі позначення сигналів: Хзад - задане значення технологічного параметра; Δx(t) - сигнал розузгодження; U(t) - керуючий сигнал від ШД-регулятора; U( t ) - сигнал, еквівалентний керуючому впливу з урахуванням складових прогнозування; х(t) - фактичне значення технологічного параметра; Q(t) - сигнал трендової складової вимірюваного параметра; P(t) - сигнал періодичної складової вимірюваного параметра; S(t) - сигнал випадкової складової вимірюваного параметра. Спосіб реалізується наступним чином: в кожний момент часу датчиком вимірюється значення технологічного параметра, далі цей сигнал піддається декомпозиції на складові (трендову, періодичну і випадкову). Відповідно до значень складових формується прогноз за кожною з них про перебіг процесу, на основі якого вносять коригуючу дію, на керування шляхом алгебраїчного додавання сигналів прогнозу із сигналом керування від контролера. Скоригована згідно з прогнозом керуюча дія U( t ) завдяки виконавчому механізму реалізується на об'єкті керування. Технічним результатом запропонованого способу є розширення функціональних можливостей системи керування за рахунок точнішого прогнозування поведінки об'єкта з урахуванням особливостей цієї поведінки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб автоматичного керування технологічним об'єктом на основі прогностичних моделей, що передбачає визначення сигналу розузгодження, формування керуючої дії згідно з пропорційноінтегрально-диференціальним законом, визначення прогнозної складової і формування керуючої дії на виконавчий механізм шляхом алгебраїчного додавання управляючої дії від контролера і прогнозної складової на суматорі, який відрізняється тим, що сигнал розузгодження розділяється на трендову, періодичну і випадкову складові, для кожної з якої на основі відповідних математичних моделей формуються окремі складові прогнозу, що надходять на суматор. 2 UA 97566 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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