Принципы организации связного дозирования многогокомпонентных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СВЯЗНОГО ДОЗИРОВАНИЯ МНОГОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ

Илюхин А.В., Марсов В.И.,

Марсова Е.В., Гематудинов Р.А.

Аннотация

Рассмотрен принципы формирования структуры и отыскания функциональных связей между отдельными элементами систем связного циклического многокомпонентного дозирования составляющих строительных смесей на основе системного подхода, когда учитывается многоуровневый иерархический характер передачи и обработки управляющей информации.

Ключевые слова: структура, функциональные связи, многокомпонентное дозирование, строительные смеси, системный подход

Чтобы удовлетворить более высоким технологическим требованиям, предъявляемым к дозаторам непрерывного действия, и обеспечить наибольшую эффективность процессов смесеобразования, необходимо предложить способы автоматизации, придающие системам дозирования принципиально новые качественные свойства за счет реализации связного дозирования компонентов смеси. Это новейшее направление в управлении циклическими и непрерывными процессами приготовления многокомпонентных смесей является эффективным способом изменения их технико-экономических показателей, снижения стоимости и повышения качества готового продукта.

При независимом способе дозирования в каждом из дозаторов возмущение в виде отклонения производительности питателя через прямой канал попадает непосредственно через весовой транспортер на выход системы, на сборный транспортер или в сборную емкость. До момента отсечки набирается технологическая погрешность дозирования, которая равна сумме отклонений мгновенных значений производительности за время дозирования. величину его погрешности можно уменьшить, но сделать ее практически равной нулю нельзя.

Однако, принципиальным изменением содержания и цели системы измерения расхода, рассматривая дозатор как элемент системы многокомпонентного дозирования и используя закон необходимого разнообразия, достигается совершенствованием системы переходом к ее новой организации с новым уровнем сложности. При этом несколько локальных подсистем объединяются на уровне системы управления в новую усложненную структуру. Управляющие воздействия согласуют действия отдельных подсистем по достижению заданной цели. Функции оценки, фиксируя качество технологической цепочки из нескольких локальных подсистем со своими критериальными функциями, меняют в сравнении с ними свое содержание на каждом уровне иерархии. Другими словами, если для отдельного дозатора, как измерителя расхода, основным критерием оценки процесса дозирования служит ошибка дозирования, то при многокомпонентном связном дозировании, необходимо достичь минимума разброса качественных характеристик всей системы в целом. Необходимо в этом случае достичь оптимального качества смеси, осуществив изменение режимов дозирования отдельных измерителей расхода так, чтобы качество смеси приблизилось к оптимальному. Акцент с точности отдельного дозатора переносится на определение качественных характеристик всей системы в целом, достигая оптимизации значения глобального критерия взаимокомпенсацией отклонений в значениях критериев локальных подсистем на основе их связности. Каждый уровень сложности изменяет содержание цели системы измерения расхода и одновременно означает повышение ее потенциальных свойств к управлению. Появляется возможность учесть ошибки измерения расхода отдельных дозаторов и, не стремясь к их полному уничтожению, взаимокомпенсировать их влияние на отклонение глобального критерия.

Теоретической базой для решения поставленной задачи является системный подход при проектировании многоуровневых иерархических систем, к которым относятся и связные системы дозирования.

При разработке систем управления сложными объектами необходимо опираться на некоторые общие принципы проектирования, используя единый методологический аппарат, обосновывающий этапы, научные и инженерные орудия проектирования.

Для достижения поставленной цели каждая система должна быть определенным образом организована, т.е. обладать присущими только ей структурой и способом функционирования. Последнее означает заданную, предписанную систему взаимосвязей между элементами.

Так, системы автоматического регулирования обладают структурой, включающей в себя обязательный минимально необходимый набор определенным образом взаимодействующих функциональных элементов (датчик, объект управления, элемент сравнения, исполнительный механизм и регулирующий орган), которые обеспечивают реализацию процесса управления с заданными качественными характеристиками.

"Большие" системы - детище комплексной автоматизации и развития микропроцессорных систем управления, отличаются от прежних "малых" технических систем не только количественно - обилием частей и органов, но и качественно - иным более высоким уровнем организации, иными более сложными функциональными взаимосвязями этих частей и органов.

Разнообразие оборудования и сложность функций таких систем требуют особого подхода при формировании их структуры и отыскании функциональных связей между отдельными элементами.

Необходимо учитывать уровень сложности структурного представления системы, при котором с одной стороны не терялись бы специфические черты, свойственные данному уровню, а с другой стороны появлялась бы возможность формулирования общих принципов проектирования.

Ставится задача создания системы многоуровневого автоматического управления процессами непрерывного связного дозирования, поэтому необходимо рассмотреть ряд характерных особенностей, законов и принципов, с помощью которых описывается поведение таких систем.

Важнейшим является понятие многоуровневой иерархической структуры, которое позволяет конкретизировать класс систем со специфическими свойствами.

Можно указать несколько существенных характеристик, свойственных только иерархическим системам. К ним относятся последовательное вертикальное расположение подсистем, составляющих данную систему; приоритет действий или право вмешательства подсистем верхнего уровня; зависимость действия подсистем верхнего уровня от фактического исполнения нижними уровнями своих функций.

Следует обратить внимание на существенные структурные различия между традиционно рассматриваемыми в теории управления динамическими моделями "вход-выход" и многоуровневыми системами. Это различие сохраняется даже, если в одноуровневой системе ввести взаимные связи и представить ее как многопараметрическую с корректирующими связями.

Специфичность свойств многоуровневых систем определяет и специфичность подходов к их проектированию и алгоритму функционирования, которые должны опираться на ряд положений системного характера. Систему надо проектировать как целое, а не начинать с технологического процесса и затем просто добавлять необходимые управления. Наиболее современный подход состоит в том, что при проектировании технологии учитывается и наличие управляющих подсистем. циклический дозирование строительный управление

Общесистемный подход не делает в этом смысле никаких различий.

Особенности многоуровневых иерархических систем проявляются в способе их функционирования и, в первую очередь, взаимодействии элементов управляющей системы на различных уровнях иерархии.

Элементы верхнего уровня имеют дело с более крупными подсистемами или более широкими аспектами поведения системы в целом. При многоуровневой иерархии элемент структуры управления верхнего уровня является командным по отношению к элементам нижнего уровня и вырабатываемое им решение координирует их действия в соответствии с целью, определяемой для совокупности всех подчиненных ему элементов.

Период принятия решения для элемента верхнего уровня больше, чем для элементов нижних уровней. Управляющие воздействия от выше стоящего элемента не могут следовать чаще воздействий. подаваемых нижестоящими элементами, поведение которых он координирует, так как в противном случае он не сможет оценивать достигаемый эффект координации. Элемент верхнего уровня имеет дело с более медленными аспектами поведения всей системы. Это непосредственно вытекает из того, что элемент верхнего уровня имеет дело с более широкими аспектами поведения всей системы и имеет большие периоды принятия решений. Верхние уровни не могут реагировать на такие изменения в окружающей среде или самом процессе, с которыми имеют дело нижние уровни, так как последние реагируют быстрее и имеют дело с более частыми, локальными изменениями.

Все перечисленные особенности функционирования элементов иерархической системы управления указывают на то, что работая в реальном масштабе времени, они должны вырабатывать координирующие воздействия с разной периодичностью в зависимости от нахождения на том или ином уровне иерархии.

Это одна из самых существенных особенностей иерархических систем, отличающая их от традиционных систем регулирования, которая позволяет соединить в одной системе два на первый взгляд взаимоисключающих свойства: дискретности и непрерывности, объединяя в единой структуре классические модели реального масштаба времени с обратной связью и модели статической оптимизации линейного и динамического программирования.

Необходимо указать еще на одну очень существенную особенность многоуровневых иерархических систем. Если в одноконтурных или многоконтурных, но одноуровневых системах вопрос выбора критериальной функции связан только со способом ее технологического обоснования, то для многоуровневых систем необходим выбор функции оценки для каждого уровня иерархии. Причем смысл и содержание этих оценок, как правило, не совпадают между собой на различных уровнях.

Многоуровневые системы позволяют реализовать еще одно структурное свойство, с которым приходится считаться, чтобы удовлетворить повышенным технологическим требованиям, предъявляемым к техническим объектам, в том числе и к дозаторам непрерывного действия и обеспечить наиболее эффективное управление для имеющихся и возможных структур.

Цель управления - приведение в соответствие разнообразия возмущающих воздействий с разнообразием ответных реакций управляющей части, что для сложных объектов обеспечивается многоуровневыми иерархическими системами управления.

Одноконтурная система принципиально не может обладать разнообразием всех свойств систем, в которых количественное изменение сложности приводит к качественным изменениям свойств.

Необходимость управления по нескольким каналам вытекает из закона необходимого разнообразия, который гласит, что когда управляющая часть системы действует на управляемую для достижения какой-то цели, то степень, до которой она может уменьшить влияние возмущений, пропорциональна ее пропускной способности как канала связи. Пропускная способность управляющей части находится при прочих равных условиях в однозначной зависимости от ее функционального разнообразия.

Следствием этого является утверждение, что успешное управление той или иной системой возможно лишь в тому случае, если управляющее устройство имеет разнообразие того же порядка, что и управляемая система.

Механизм образования иерархических систем сводится к слкдующему.

Первый шаг синтеза иерархических систем управления связан с представлением отдельного объекта технологической цепи в виде элемента функциональной иерархии и выбором функции оценки F, отражающей результат действия процесса локальной системы управления.

Необходимо адекватно отразить в ней или ряде принятых в теории управления стандартных качественных показателях технологические характеристики процесса, зафиксированные в технических условиях. Поиск предпочтительных управлений из множества должен опираться на закон необходимого разнообразия.

Дальнейшее улучшение качественных показателей системы достигается на следующем уровне обучения функциональной иерархии через сужение множества неопределенностей уровня выбора. Уровень самоорганизации предполагает изменение стратегии обучения.

Решение задачи на указанных двух уровнях достигается, как правило, изменением структурных или конструктивных параметров объектов.

Однако существует предел улучшения выполнения основной функции локального управления. Дальнейшее совершенствование системы достигается переходом к ее новой организации с новым уровнем сложности, путем увеличения количества функциональных связей в более развитой структуре. Несколько однотипных локальных подсистем, образующих новую структуру, должны быть организованы в соответствии с принципом функциональной иерархии. Способ действия на уровне выбора видоизменяется и сводится к изменению уставок локальных подсистем. Функция оценки, фиксируя качество технологической цепочки из нескольких локальных подсистем со своими критериальными функциями, меняет в сравнении с ними свое содержание. Изменением уставок отдельных подсистем сужает область неопределенности случайных изменений неуправляемых переменных, а значение функции оценки приближается к оптимальному.

Алгоритмизация процесса оптимизации расширяет возможности самоорганизации системы за счет перебора алгоритмов и отыскания из них наилучшего.

Процесс усложнения управляемой системы может быть продолжен и ограничивается только числом объектов управления нижнего уровня. Управляющая система носит иерархический характер с все более усложняющимися на каждом уровне алгоритмами управления и функциями оценки, представляя собой непрерывный ряд, вложенных как бы друг в друга, иерархических структур со своими критериальными функциями.

При синтезе иерархической структуры, полученные с помощью вертикальной декомпозиции взаимосвязанные задачи, образуют взаимодействующие на различных уровнях элементы управления.

Можно выделить несколько типов иерархических структур.

Наиболее простыми являются одноуровневые одноцелевые системы (рис.1.1.а), когда цель определяется для всей системы, а переменные выбираются так, чтобы обеспечить ее достижение. Подчеркнем еще раз концептуальную простоту таких систем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1.а. Одноуровневая одноцелевая система.

Более сложными являются одноуровневые многоцелевые системы (рис.1.1.б), в которых каждая локальная подсистема функционирует на основе своего критерия (критерии могут быть и одного вида). Однако существует уровень согласования отдельных целей между собой на основе заданного правила или алгоритма.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1.1.б. Одноуровневая многоцелевая система.

Самый сложный тип управления реализуется многоуровневой многоцелевой системой (рис.1.1.в), в которой элемент верхнего уровня получает информацию от отдельных локальных подсистем, изменяя значения локальных критериев в соответствии с глобальным критерием всей системы.

Рис. 1.1.в. Многоуровневая многоцелевая система

Таким образом перспективным направлением повышения качества строительных смесей является связное дозирование, когда акцент с точности отдельного дозатора переносится на определение качественных характеристик всей системы в целом. Появляется возможность учесть ошибки дозирования и, не стремясь к их полному уничтожению, взаимокомпенсировать их влияние на отклонение глобального критерия.

Использованные источники

1. А.В. Илюхин, В.И. Марсов, Ю.Э. Васильев. Автоматизированные технологии в приготовлении бетонной смеси - М.: МАДИ. 2012. -120 с.

2. Васильев, Ю.Э. Шляфер В.Л., Е.И. Бокарев Принципы связного многокомпонентного дозирования // Сборник научных трудов кафедры АСУ. - М.: Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет. 2011.

3. Марсов В.И., Славуцкий В.А. Автоматическое управление технологическими процессами на предприятиях строительной индустрии. - Л.: Стройиздат, 1975. - 287 с.

Размещено на Allbest.ru