Системи гарантуючого управління безперервними процесами формування сумішей сипучих матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ШЕЙДА ГОЛБАД КАМБІЗ

УДК 62.52:621.86.08

СИСТЕМИ ГАРАНТУЮЧОГО УПРАВЛІННЯ БЕЗПЕРЕРВНИМИ

ПРОЦЕСАМИ ФОРМУВАННЯ СУМІШЕЙ СИПУЧИХ МАТЕРІАЛІВ

05.13.07 - Автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2001

Дисертація є рукописом.

Робота виконана в Одеській державній академії харчових технологій Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Хобін Віктор Андрійович, Одеська державна академія харчових технологій, доцент кафедри автоматизації виробничих процесів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України, академік МАКНС Богаєнко Іван Миколайович, зам. генерального директора з наукової роботи НВК “Київський інститут автоматики” кандидат технічних наук, доцент Харабет Олександр Миколайович, доцент кафедри автоматизації теплоенергетичних процесів Одеського національного політехнічного університету

Ведуча організація: Український державний університет харчових технологій, кафедра автоматизації та комп'ютерно- інтегрованих технологій Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться “ 20 ” грудня 2001 р. у 1330 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету (м. Одеса, пр. Шевченка, 1).

Автореферат розісланий “ 19 ” листопада 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ямпольський Ю.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Формування сумішей сипучих матеріалів є складовою частиною технологічних процесів (ТП) багатьох галузей промисловості: металургійної, будівельних матеріалів, комбікормової та ін. Відповідність отриманої суміші заданому рецепту в істотній мірі визначає якість готової продукції, а продуктивність ТП - її собівартість.

Комплекси конвеєрних вагових дозаторів безперервної дії (КВДБД) знайшли в цих галузях досить широке поширення завдяки ряду переваг у порівнянні з дозаторами дискретної дії (порційними). Це, насамперед, істотно більш висока продуктивність, низькі енерговитрати, висока однорідність суміші при простій конструкції змішувача, малі габарити і маса, зручність компонування в технологічні лінії. Істотним недоліком КВДБД є, як правило, більш низька точність дозування компонентів суміші.

Підвищення конкурентоздатності безперервних технологій сумішеприготування в умовах підвищення вимог до якості суміші та ускладнення їхньої рецептури (підвищення кількості компонентів), можливо тільки при підвищенні якості формованої ними суміші. Перспективним та економічним напрямком рішення цієї проблеми є вдосконалення систем автоматичного управління (САУ) комплексами КВДБД. Останнє вимагає наукомістких досліджень для виявлення прихованих закономірностей, що знижують точність дозування, розробки алгоритмів, що враховують ці закономірності та використовують сучасні досягнення теорії управління. При цьому сучасні мікропроцесорні засоби управління знімають практично всі обмеження на складність (інтелектуальний рівень) реалізованих алгоритмів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до основних наукових напрямків № 3 Одеської державної академії харчових технологій: “Створення та розробка нового високоефективного обладнання, теорії, методів його розрахунків і проектування; автоматизація виробничих процесів харчових і зернопереробних виробництв” та з держбюджетною темою № 7/2000-П “Розробити основи теорії та алгоритми управління, що гарантують стійкість ресурсозберігаючих харчових технологій”, номер державної реєстрації 0100U004571 у рамках координаційного плану Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження

Мета дослідження - підвищити якість і знизити собівартість сумішей сипучих матеріалів, що формуються комплексами КВДБД за рахунок вдосконалення систем автоматичного управління ними.

Задачі, рішення яких повинне забезпечити досягнення мети:

- провести аналіз існуючих математичних моделей КВДБД як об'єктів управління, моделей їх вхідних дій та оцінки якості їх функціонування, при необхідності - доробити, реалізувати моделі в середовищі MATLAB;

- провести аналіз існуючих САР продуктивності дозаторів, виявити та реалізувати резерви підвищення їх точності в перехідних і сталих режимах роботи;

- розробити, дослідити альтернативні варіанти і вибрати ефективні алгоритми корекції продуктивності комплексу дозаторів, що забезпечують підвищення його продуктивності при гарантованому дотриманні обмежень на швидкості стрічок;

- розробити алгоритми корекції базового рецепту формованої суміші в полі його допусків для: а) мінімізації імовірності порушення допусків; б) мінімізації вартості суміші при гарантованому дотриманні допусків.

Об'єкт дослідження - технологічний процес формування суміші сипучих матеріалів, що реалізується автоматизованим комплексом КВДБД.

Предмет дослідження - алгоритми систем автоматичного управління комплексом.

Методи дослідження - методи імітаційного моделювання, теорії випадкових процесів, статистики, оптимізації - при розробці моделей, проведенні та обробці результатів машинних експериментів з моделями; - методи теорії автоматичного управління, зокрема - систем гарантуючого управління, теорії викидів випадкових процесів - при розробці алгоритмів систем управління.

Наукова новизна отриманих результатів:

- удосконалено імітаційну модель переміщення дозованого матеріалу стрічкою конвеєра з перемінною швидкістю;

- удосконалено алгоритми відновлення невимірюваного значення фактичної продуктивності дозаторів у точці скидання матеріалу зі стрічки за вимірюваними значеннями маси матеріалу на ваговимірювальній ділянці та швидкості стрічки;

- удосконалено алгоритми регулювання продуктивності дозаторів у сталих та пускових режимах роботи;

- вперше розроблено варіанти структури і алгоритми управління для системи координації зі зміною заданого значення продуктивності комплексу дозаторів, що забезпечує максимізацію її фактичного значення при гарантованому дотриманні обмежень на швидкості стрічок;

- уперше розроблено два альтернативних варіанти структури та алгоритми управління для системи координації зі зміною в межах допусків базового рецепту, що забезпечує максимізацію імовірності дотримання цих допусків чи мінімізацію собівартості суміші при заданій імовірності дотримання допусків.

Практичне значення отриманих результатів. Застосування в системах автоматичного управління комплексами конвеєрних вагових дозаторів безперервної дії удосконалених і вперше розроблених алгоритмів регулювання та координації дозволить:

- підвищити точність відповідності формованої суміші заданому рецепту та однорідність її складу, запобігти появі браку;

- знизити собівартість суміші за рахунок скорочення часу на її формування і економії компонентів, що дорого коштують;

- підвищити конкурентоздатність та розширити область застосування безперервних технологій дозування з використанням КВДБД.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародній конференції з управління “Автоматика-2000” (м. Львів, 2000 р.), на наукових конференціях Одеської державної академії харчових технологій (Одеса, 1999 - 2001 р.р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано в чотирьох статтях.

Особистий внесок здобувача. У роботі [1] здобувач запропонував варіанти оцінки погрішностей для комплексів безперервного дозування і критерії оптимізації їх роботи. У роботах [2, 3] здобувачем запропоновано варіанти структур систем гарантуючого управління.

Структура дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів з висновками, загальних висновків, списку використаних джерел з 101 найменування. Робота викладена на 146 сторінках, містить у собі 49 рисунків та 2 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі, насамперед на основі аналізу літературних джерел, розглядається комплекс взаємопов'язаних питань, що обумовлюють актуальність задачі, що ставиться, шляхи та методи її рішення. Вони містять в собі: технологію та техніку формування сумішей сипучих матеріалів, показники її якості, моделі процесу дозування з використанням стрічкових дозаторів безперервної дії, варіанти використовуваних структур систем автоматичного регулювання, критерії їх оптимізації, класифікацію та суть алгоритмів координації дозаторів при роботі в комплексах, альтернативні варіанти методів аналізу систем управління. Формулюються мета і задачі досліджень, вибирається ефективний, з точки зору здобувача, шлях досягнення мети та методи рішення приватних задач.

У другому розділі в середовищі MATLAB 5.2 розроблюється інструмент для проведення досліджень, основу якого складає імітаційна модель конвеєрних вагових дозаторів безперервної дії і комплексу на їхній основі з оцінкою ефективності дозування.

Загальна імітаційна КВДБД містить в себе модель конвеєрного ваговимірювача (моделі: - витікання дозованого матеріалу на стрічку конвеєрного ваговимірювача із наддозаторного бункеру; - переміщення матеріалу стрічкою конвеєра; - накопичення матеріалу на ваговимірювальній ділянці і вимірювання продуктивності; - електроприводу) і модель регулюючого пристрою.

До моделей витікання матеріалу пред'являлися наступні вимоги: - модельований процес повинен мати властивості тестового процесу для проведення порівняльних досліджень, тому він повинен ідентично відтворюватися в кожному експерименті; - властивості модельованих процесів витікання повинні бути досить складними для управління, широкими за спектральним складом, щоб виключити “сприятливі збіги обставин”; - моделі процесів витікання, що входять до комплексу, повинні бути некорельованими.

У роботі модель процесу витікання матеріалу G0(t) прийнята у виді суми п'яти складових:

, (1)

де , Gг(t), Gс1…с3(t) - відповідно постійна, гармонійна і випадкові складові моделі.

Оцінки спектральних щільностей моделі G0(t) та її складових для одного з дозаторів приведено на рис. 1.

Основу моделей переміщення матеріалу стрічкою конвеєра і нагромадження матеріалу на ваговимірювальній ділянці складає процедура обчислення часу перебування матеріалу на характерних ділянках стрічки: ваговимірювальному, скидання. Зазвичай при імітаційному моделюванні час ti(t) перебування матеріалу на ділянці стрічки довжиною Li при швидкості її руху v(t) розраховувалось з виразу:

ti(t) = Li / v(t), (2)

що є некоректним і може застосовуватися тільки для випадків, коли за час ti зміни Dvi(t + Dti) мали. Для моделювання систем регулювання продуктивності з істотно нерівномірним розподілом матеріалу по довжині стрічки використовувати (2) неприпустимо.

У роботі для розрахунку ti розроблена наступна процедура:

. (3)

Ілюстрація застосування (2) і (3) для v(t) =0,8 + 0,2 sinwt, w1 = 1 рад/с, w2 = 0,5 рад/с, L = 1 м приведена на рис. 2.

Модель електроприводу була прийнята лінійною з передатною функцією за каналом vзд - v:

Wеп(p) = 1 / ((0,1p + 1)2 (0,05p + 1)2) (4)

з “верхнім” обмеженням vгр+ = 1 м/с і нижнім - vгр- = 0,1 м/с. Необхідність завдання vгр- була обумовлена працездатністю моделей ланок перемінного запізнювання.

Структурну схему імітаційної моделі конвеєрного ваговимірювача приведено на рис. 3.

Імітаційну модель регулюючого пристрою вибрано у відповідності з поставленою метою роботи, розглянутими у першому розділі варіантами структурних схем регулюючих пристроїв, результатами попередніх досліджень. Її структурну схема приведено на рис. 4.

Модель комплексу КВДБД складається з трьох дозаторів, координація яких здійснюється за принципом “груповий задатчик”. У цьому випадку задане значення за продуктивністю кожному дозаторові розраховується за заданою продуктивністю суміші і заданій частці компонентів у суміші:

. (5)

Оцінка ефективності дозування, не враховуючи імовірнісних характеристик ri(t), зводилася до розрахунку нормованого значення усередненої середньоквадратичної похибки відхилення від заданого рецепту Rзд = , , при формуванні суміші заданої маси Мзд:

, (6)

де Тсм - час формування суміші заданої маси, що визначається в ході моделювання.

У третьому розділі приводяться дослідження і розробка ефективних алгоритмів регулювання продуктивності для автономних КВДБД в сталих та пускових режимах роботи дозаторів. Необхідність виконання цих робіт обумовлена виявленою некоректністю широко використовуваної при моделюванні процедури визначення часу перебування матеріалу на стрічці (2) і переході до розробленої (3).

Насамперед було досліджено ступінь відповідності вимірюваного (qвим) і фактичного (qфакт) значень продуктивності дозатора. Очевидно, що такі дослідження доступні тільки на моделях, тому що qфакт недоступне для вимірювання. Для досліджень використовувалась модель замкнутої САР найпростішої структури з ПІ регулятором, що стабілізує qвим на рівні qзд. Параметри kp і Тіз регулятора було прооптимізовано в області додатних значень за двома критеріями:

а) - варіант 1.1;

б) - варіант 1.2.

Фрагменти процесів qвим і qфакт і оцінки ступеню їх відповідності для варіанту системи 1.1 (взаємо-кореляційна функція, поля кореляції) наведено на рис. 5.

Як випливає з рис. 5, САР забезпечує досить високу якість стабілізації qвим, тобто добру відповідність qвим і qзд. Однак при цьому qфакт відповідає qзд тільки за своїм середнім значенням. Динамічні відхилення qфакт від qзд дуже високі і досить низькочастотні. У відхиленнях від qзд між qвим і qфакт кореляція від'ємна! Це свідчить про крайню неефективність САР продуктивності, що використовують у якості регульованих змінних qвим. При цьому перехід до варіанту 1.2 лише незначно поліпшив ситуацію за рахунок того, що параметри kp і 1/Тіз у результаті оптимізації виявилися значно меншими, що знизило “активність” регулятора. Зняття традиційної вимоги додатності настроювальних параметрів для варіанту 1.2 привело в результаті оптимізації до їх від'ємних значень (варіант 1.3). Це погоджується з від'ємним коефіцієнтом кореляції між qвим і qфакт. За величиною середньоквадратичної помилки регулювання його якість зросла в 2 рази в порівнянні з варіантом 1.2, однак це не поліпшило ситуацію настільки, щоб якість стабілізації qфакт можна було б вважати прийнятною.

Радикально підвищити якість стабілізації qфакт можливо використовуючи “відновники” qвід ” qфакт із Gвим і v. Змінна qвід формувалася двома способами: а) без компенсації осереднення qвим на ваговимірювальній ділянці - відновник нульового порядку; б) з компенсацією (частковою) осереднення qвим на ваговимірювальній ділянці - відновник першого порядку. Структурні схеми відновників представлено на рис. 4. Позначені на них змінні ТАU..., розраховуються по (3). Відновник першого порядку реалізуємо лише принципово приблизно. Дослідження показали, що його застосування дало гірші результати в порівнянні з більш простим альтернативним варіантом. Тому в даному авторефераті результати дослідження системи з його використанням не розглядаються.

Рис. 6 ілюструє тісноту зв'язку між qфакт та qвід, що отримана за допомогою відновника нульового порядку при роботі системи варіанту 1.2.

САР продуктивності дозатора, що використовують у якості регульованої змінної qвід пройшли порівняльне тестування для двох варіантів алгоритмів регулювання - з астатизмом першого і другого порядків (варіанти 2.2 і 2.1 відповідно). За середньоквадратичною помилкою регулювання його якість зросла в порівнянні з варіантом 1.3 відповідно в 1,5 і 2 рази. Одночасно, у САР з другим порядком астатизму (варіант 2.2) постійна складова за помилкою регулювання практично дорівнює нулю.

В пускових режимах роботи дозаторів, незважаючи на відносно малий час, що вони займають у загальному часі роботи, також важливо, щоб якість формованої суміші була високою. Дослідження систем показали, що в таких режимах САР по qвід виявляє себе значно гірше, ніж класичні САР по qвим.

Для усунення цього недоліку розроблена система з комутацією структури, що забезпечує безударне переключення регуляторів пускового і сталого режимів, що мають свої раціональні для цих режимів структури і оптимальні настройки.

В сталих режимах навіть самі досконалі системи управління не гарантують з імовірністю 1 виходу швидкостей стрічок на обмеження (подія Sv). При цьому фактично САР продуктивності (її зворотний зв'язок) розмикається з очевидними несприятливими наслідками. При “сході” з обмеження зворотний зв'язок знову замикається. При цьому, якщо не прийняти спеціальних заходів, замикання не буде “безударним” і в САР виникнуть перехідні процеси, що збільшують зниження точності стабілізації продуктивності. У роботі розроблено алгоритм комутації структури регулятора сталого режиму для забезпечення безударності замикання, що найбільш актуально для регуляторів з другим порядком астатизму.

При багатокомпонентному дозуванні точність стабілізації продуктивності дозаторів не є самоціллю. Вона покликана забезпечити формування однорідної суміші, відповідно до заданого рецепту і можливість роботи комплексу дозаторів на максимальній продуктивності. Тому, було проведено тестові дослідження роботи комплексу з трьох дозаторів з оцінкою якості дозування за R при дозуванні партії суміші з Rзд = {0,5; 0,3; 0,2} і Мзд = 8,33 т для сталого режиму роботи.

У якості тестованих було обрано САР продуктивності (див. рис. 4):

а) з регулюванням qвим:

- 1.1 - kр = 0,280 (м/с)/(т/год.), Тіз = 0,1863 с,

- 1.2 - kр = 0,0094 (м/с)/(т/год.), Тіз = 0,5477 с,

- 1.3 - kр = - 0,0049 (м/с)/(т/год.), Тіз = - 0,5411 с.

б) з регулюванням qвосст:

- 2.1 - kр = 0,0068 (м/с)/(т/год.), Тіз = 0,0758 с, Ті = 0,609 с

- 2.2 - kр = 0,014 (м/с)/(т/год.), Тіз = 0,15 с.

в) з регулюванням qвід, з перерахунком kр

- 3.1 - kр = 0,0068(м/с)/(т/год.), Тіз = 0,0758 с, Ті = 0,609 с

- 3.2 - kр = 0,014(м/с)/(т/год.), Тіз = 0,15 с.

=, Тоср = 5 с.

г) з регулюванням qвід, з перерахунком kр, з каналом, що забезпечує інваріантість регульованої змінної відносно Gвід.

- 4.1 - kр = 0,004 (м/с)/(т/год.), Тіз = 4 с, Ті = 8 с.

- 4.2 - kр = 0,003 (м/с)/(т/год.), Тіз = 0,397 с.

Результати тестування показують, що всі системи, що використовують для формування управляючих дій відновлені значення продуктивності та маси, мають вельми істотні переваги в порівнянні з традиційними системами. Ці переваги виявляються як в якості дозування окремих компонентів - середньоквадратичне значення “розкиду” концентрації компонентів у суміші скорочується в 3 - 6 разів, а середньоквадратичний період її коливань зменшується в 3 - 5 разів, так і суміші в цілому. Нормоване значення похибки дозування знижується в 4 - 5 разів, розмах її коливань у процесі дозування і середньоквадратичний період коливань в 3 - 4 рази.

Слід зазначити, що зменшення середньоквадратичного періоду коливань концентрації ri означає, що навіть при однакових розмахах їх коливань, для однакової якості перемішування компонентів досить мати проточний змішувач з меншим часом ефективного перемішування приблизно в стільки ж разів, у скільки менше середньоквадратичний період коливань ri. На практиці це може означати, що при отриманій якості регулювання змішувач у багатьох випадках може взагалі не знадобитися.

Цікавим фактом є також те, що, принаймні, для обраних умов моделювання, удосконалення алгоритмів моделювання підвищує якість дозування дуже незначно.

У четвертому розділі розробляються системи гарантуючого управління (СГУ) формуванням сумішей сипучих матеріалів у складі комплексів КВДБД.

Це відносно новий клас САУ. Одна з цілей управління в таких САУ зводиться до запобігання, з наперед заданою імовірністю, виходу змінних системи за встановлені регламентом допуски. Другою метою може бути досягнення екстремуму якого-небудь критерію ефективності або максимізація зазначеної імовірності. Алгоритми управління таких систем включають пряму чи непряму поточну оцінку цієї імовірності і корекцію режимів роботи системи.

Для технологічного процесу дозування, реалізованого комплексом КВДБД, накладено два види обмежень, порушення яких приводять до порушення заданої якості суміші.

Перший вид обмежень побічно впливає на якість суміші та пов'язаний з порушенням здатності дозаторів стабілізувати витрати матеріалу qi. Це порушення виникає, коли в процесі регулювання qi задане значення швидкості , при якому qi = стає більше значення “верхнього” обмеження швидкості стрічкового живильника, або менше її “нижнього” обмеження. Тобто для КВДБД існує область DV припустимих швидкостей vi(t) дозаторів, що задається граничними (гранично припустимими) значеннями цих швидкостей Vгр = , причому Vгр- = inf Dv, Vгр+ = sup Dv. Вихід за межі Dv назвемо подією SV.

Другий вид обмеження безпосередньо визначає якість суміші, тому що встановлює допуски на зміну концентрації компонентів у її складі. При цьому припустима безліч значень концентрацій DR має такі границі: inf DR = R-, sup DR = R+. Вихід R за межі DR назвемо подією SR.

Події SV і SR повинні бути рідкими, тому що тільки в таких умовах ТП має сенс. Тоді можна прийняти:; SR =.

Види обмежень визначають варіанти побудови систем координації роботою КВДБД у комплексах дозування на основі СГУ.

Дотримання поля допусків DV. Розглянемо один з трьох, найбільш ефективних варіантів СГУ, що забезпечує максимально припустиме поточне значення продуктивності комплексу Qсм = при гарантованому, наперед заданому, значенні дотримання області Vгр+:

, , (7)

де - час формування всієї суміші масою Мзд.

Введемо припущення: - випадкові складові vi(t) некорельовані для різних i, тому що вони визиваються незалежними збуреннями; - практичний інтерес представляє тільки випадок, коли події SV є рідкими, а отже, що підпорядковуються закону Пуассона; - випадкові складові vi(t) можна вважати квазістаціонарними і нормально розподіленими на інтервалі часу Ткст << Тсм.

Тоді

, (8)

. (9)

Відповідно до алгоритмів управління СГУ:

(10)

ґ,

де - нормована (відносно ) оцінка припустимого значення математичного очікування швидкості i-того конвеєра при поточних значеннях оцінок: - середньоквадратичних відхилень vi та її похідної - , ; - маточікування .

Найбільш несприятлива ситуація з погляду виникнення SV, складається на дозаторі з номером

i = i* = argmin , . (11)

Стабілізуючи на рівні за рахунок зміни за допомогою регулятора , при = отримаємо = .

Структурну схему такої системи приведено на рис. 7, а деякі узагальнюючі результати порівняльного моделювання звичайних (“0”) і гарантуючих (“Г”) систем - на рис. 8 (описаний в авторефераті варіант СГБ - “Г2”, цифри наступні після “0” та “Г” відповідають варіанту САР продуктивності).

Дотримання поля допусків DR. У цьому випадку в залежності від обраної мети, , у порівнянні з номінальним (базовим) рецептом, повинен забезпечити або більш високу (максимальну) імовірність дотримання встановлених на рецепт обмежень , або, при заданій (гарантованій) імовірності дотримання , забезпечити мінімум концентрації в суміші дорогих компонентів:

, (12)

, (13)

де С = ci - ціни компонентів суміші;

Ссм - вартість компонентів у суміші масою Мзд.

У розглянутій задачі управляючим впливом координуючої системи є рецептура формованої суміші Rзд.

Допущення, що прийняті при розробці таких СГУ, аналогічні попереднім. Але є додаткові особливості: - на інтервалі Ткст ” const; - щільність розподілу р(ri) в цілому істотно відрізняється від нормативної через свою несиметричність - будемо вважати близькими до нормальних її “частини”, розділені середнім. Тоді перше допущення дозволяє істотно спростити розрахунок імовірності дотримання DR є Rгр±:

. (14)

Друге дозволяє скористатися (14), знаходячи необхідні оцінки, наприклад, використовуючи характеристики перетинів випадкового процесу зі своїм середнім (оцінкою середнього) - оцінки площ та часу перебування випадкового процесу над та під :

. (15)

Структурні схеми СГУ, що відповідають цілям (12) та (13) приведено на рис. 9.

Реалізація розроблених алгоритмів регулювання та координації можлива на сучасних, вільнопрограмованих контролерах, зокрема IBM-сумісних.

ВИСНОВКИ

У дисертації представлено нове рішення наукової задачі підвищення ефективності управління комплексами КВДБД, що формують суміші сипучих матеріалів. Основу рішення склали застосування в САУ принципів гарантуючого управління. Це дозволяє запобігти браку, підвищити якість та знизити собівартість вироблюваних сумішей, підвищити конкурентоспроможність та розширити область застосування безперервних технологій дозування з використанням КВДБД.

У ході роботи були отримані наступні найбільш важливі наукові та практичні результати:

1. У середовищі MATLAB розроблено комплекс імітаційних моделей, що є зручним і ефективним інструментом розробки, оптимізації і порівняльного тестування алгоритмів управління процесами дозування на базі КВДБД.

2. Розроблено алгоритм коректного відновлення невимірюваної фактичної продуктивності КВДБД у перетині скидання матеріалу зі стрічки і на його основі - системи автоматичного регулювання, що забезпечують високу статичну та динамічну точність стабілізації фактичної продуктивності дозаторів і за рахунок цього високу якість суміші.

3. Розроблено та досліджено три альтернативних варіанти систем гарантуючого управління, що забезпечують, при змінах у широких діапазонах характеру витікання дозованого матеріалу на стрічки КВДБД, гарантоване дотримання поля допусків на зміну швидкості цих стрічок при одночасному підвищенні продуктивності комплексу дозування та збереженні якості суміші.

4. Розроблено два альтернативних варіанти систем гарантуючого управління, що забезпечують за рахунок корекції базового рецепта суміші або максимізацію імовірності дотримання заданого поля допусків на фактичну концентрацію компонентів або мінімізацію вартості суміші за рахунок гранично- припустимого зниження відсотку введення компонентів, що дорого коштують при гарантуванні з наперед заданою імовірністю дотримання зазначеного поля допусків.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Хобин В.А., Шейда Голбад К. Формализация задачи эффективного гарантирующего управления формированием смесей // Удосконалення існуючих і розробка нових технологій для харч. та зерноперероб. пром-сті: Наук. пр. / Одес. держ. акад. харч. технологій. - Одеса, 1999. - Вип. 20. - С. 200 - 203.

2. Хобин В.А., Шейда Голбад К. Принципы гарантирующего управления качеством формирования смесей // Автоматизація вироб. процесів. - Київ, 1999. - № 2 (9). - С. 104 - 109.

3. Хобин В.А., Шейда Голбад К. Эффективное управление комплексами непрерывного весового дозирования в условиях неопределенностей // Пр. міжн. конф. з автоматичного управління “Автоматика-2000”. Т. 2. - Львів, 2000. - С. 229 - 233.

4. Шейда Голбад К. Цифровое имитационное моделирование конвейерных весовых дозаторов в среде MATLAB // Тр. Одес. политехн. ун-та. - Одесса, 2001. - Вып. 2 (14). - С. 115 - 120.

Шейда Голбад К. Системи гарантуючого управління безперервними процесами формування сумішей сипучих матеріалів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена розробці ефективних алгоритмів управління конвеєрними ваговими дозаторами безперервної дії (КВДБД) і комплексами на їх основі.

Для окремих КВДБД розроблено алгоритми управління, що забезпечують високу точність стабілізації фактичної (у перетині скидання матеріалу зі стрічки) продуктивності дозатора. Для комплексів КВДБД розроблено варіанти алгоритмів у класі систем гарантуючого управління. Вони дають можливість підвищити продуктивність комплексів при гарантованому дотриманні поля допусків на зміну швидкостей стрічок КВДБД і знизити вартість формованої суміші за рахунок зниження введення дорогих компонентів при гарантованому дотриманні поля допусків на концентрації компонентів у цій суміші.

Ключові слова: дозатор конвеєрний, комплекс, гарантування, обмеження, рецепт, вартість, управління.

Sheyda Golbad K. Systems of guaranteeing control for continues processes of pouring materials mixes formation. - Manuscript.

Thesis for application of scientific degree of candidate of technical sciences - speciality 05.13.07 - automation of technological processes - Odessa National Polytechnic University, Odessa, 2001.

Thesis is devoted to the development of effective control algorithms for conveyor weighting machines with continuous action (CWMCA) and complexes built on their basis.

For separate CWMCA control algorithms providing high accuracy of stabilization of actual (in section of material throw) weighting machine productivity are developed. For CWMCA complexes the variants of algorithms from guaranteeing control class are developed. They provide the possibility to increase the productivity of complexes with guaranteed keeping of admissions field for the velocity changes of CWMCA bands and to reduce the cost of the mix being produced by means of reducing the input of high-cost components with guaranteeing keeping of admissions field for components concentration in the mix.

Keywords: conveyor weighting machine, complex, guaranteeing, restrictions, receipt, cost, control.

Шейда Голбад К. Системы гарантирующего управления непрерывными процессами формирования смесей сыпучих материалов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2001.

Диссертация посвящена разработке эффективных алгоритмов управления конвейерными весовыми дозаторами непрерывного действия (КВДНД) и комплексами на их основе, формирующих смеси сыпучих компонентов различного назначения.

Для автономных КВДНД разработаны системы управления, обеспечивающие высокую динамическую точность стабилизации фактической (т.е. в сечении сброса материала с ленты) производительности дозатора. Алгоритмы этих систем включают в себя: а) корректное восстановление недоступной для измерения фактической производительности дозатора по измеренным значениям массы материала на его весоизмерительном участке и скорости ленты, и использования этой переменной в качестве регулируемой; б) коммутацию, т.е. использование различных структур САР производительности и различных регуляторов в пусковых и установившихся режимах работы; в) коммутацию структуры регулятора, отключение входов его интеграторов при выходе скорости ленты на ограничение.

Сравнительное тестирование систем с традиционными и разработанными алгоритмами показало повышение точности стабилизации производительности (среднеквадратического отклонения от заданного значения) не менее, чем в три раза.

Для комплексов КВДНД разработаны два варианта САУ, которые относятся к классу систем гарантирующего управления. Они могут использоваться независимо, но наибольший эффект может быть достигнут при их одновременном использовании.

Алгоритмы систем включают в себя: а) анализ оценок текущих значений интенсивностей выбросов основных регламентированных переменных процесса дозирования - скоростей лент дозаторов и концентраций компонентов в смеси - за их поля допусков на скользящих интервалах времени; б) перерасчет и коррекцию установленных режимов работы комплекса из условий гарантирования с наперед заданной вероятностью на выбранном скользящем интервале времени соблюдения этих допусков и, одновременно, достижения условного экстремума выбранного критерия оптимальности процесса дозирования.

В первой системе, по результатам анализа указанных оценок скоростей движения лент всех КВДНД, входящих в комплекс, корректируется текущее суммарное значение заданной производительности комплекса таким образом, чтобы максимизировать ее значение при гарантированной вероятности соблюдения поля допусков на скорости лент. Это дает возможность предотвратить грубые нарушения рецепта формируемой смеси из-за потери регулирующих свойств КВДНД при выходе их скоростей на ограничения и, одновременно, максимально сократить время формирования заданной смеси в конкретных условиях работы комплекса за счет работы дозаторов на предельно допустимых в этих условиях скоростях. Для этой САУ разработаны три альтернативных варианта ее структуры. Они прошли сравнительное тестирование по точности формирования смеси и производительности комплекса, что позволило рекомендовать к применению конкретный. Проведено также сравнительное тестирование различных вариантов САУ комплексами с традиционными и “гарантирующими” алгоритмами, которое подтвердило значительно более высокую эффективность последних. В проведенных экспериментах значения нормированной погрешности соответствия смеси рецепту в комплексе из трех дозаторов в САУ с разработанными алгоритмами снижались в 4 - 5 раз, производительность комплекса возрастала примерно на 20 - 25 %. Все тестирование проводилось имитационным моделированием процессов в среде MATLAB.

Во второй системе по результатам анализа указанных оценок концентраций компонентов в смеси корректируются текущие заданные значения этих концентраций (текущий рецепт смеси). Цель этой коррекции может иметь две альтернативы - либо максимизирована вероятность соблюдения заданного поля допусков на концентрации компонентов в смеси, либо, за счет сокращения заданных концентраций дорогих компонентов, максимально снижена себестоимость смеси при гарантированном соблюдении поля допусков на их фактические концентрации.

Ключевые слова: дозатор конвейерный, комплекс, гарантирование, ограничения, рецепт, стоимость, управление.

Размещено на Allbest.ru