Об актуальности исследования вопросов моделирования нелинейных характеристик средств управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

9

Об актуальности исследования вопросов моделирования нелинейных характеристик средств управления

Россия, г. Орёл,

Обсуждается актуальность проблемы оценки качества функционирования технических средств в АСУТП

The article outlines the topical problem of quality rating of control facilities operation

Качество функционирования технологических процессов и оборудования обуславливается многими прогнозируемыми и непредвиденными обстоятельствами, которые могут существенно повлиять на эффективность АСУТП. В таких условиях важная роль отводится превентивным мероприятиям по повышению готовности технических средств, по обеспечению их нормального функционирования. Среди этих мероприятий важная функция отводится ремонтно-профилактической работе, в частности, предварительному анализу результатов деятельности подсистем текущего контроля качества функционирования технических средств. Вопросы оценки качества функционирования представляются по разному. Исследование процессов управления в технических системах позволило выделить две стадии технологий управления и соответственно подходов к оценке качества функционирования.

Первой стадии [1-4] характерна конкретизация объекта управления и его элементов. Объект управления относится к «малым» (или сугубо ограниченным в своих проявлениях) системам, допускает формальное описание в его локально организованной среде с формально представимыми границами воздействия на объект [5-7]. В таких условиях ограничивая или даже изолируя воздействия (локально-организованной) среды на объект управления [8], оказывается практически возможным использование приборов и оборудования в границах их ТУ (технических условий, ГОСТ, ОСТ). Это предопределяет процедуры контроля качества функционирования любого технического средства: его параметры и функционирование должно соответствовать нормативным показателям и режимам.

Вторая стадия развития «технологий» управления начинается с организации процессов управления в так называемых больших системах (управление сложными объектами) [9-11]. Объект управления не допускает формального описания. Среда объекта управления не прогнозируема в своих проявлениях. Необходимо наделение средств управления возможностями организации целесообразного поведения, необходимо наделение средств управления «интеллектуальными» способностями [12-16] для функционирования, практически, в неконтролируемых средах. Более того, объект управления не только не допускает формального описания, он сам по себе становится, в известной мере, относительным, без определенных структурных и функциональных границ.

В процессе эксплуатации (такой сложной системы) «элементы» объекта управления, отдельные части и «фрагменты» его структуры охватываются дополнительными контурами управления. Система управления «разрушает» (изначальную) целостность объекта управления, АСУТП «прорастает» в объект управления, порождая контуры управления на других контурах управления. Система управления «разрушает» и изначальные отношения объекта управления и его среды, поскольку возникают контуры управления параметрами локально -организованных сред «вокруг» объекта управления и контуры из взаимодействия с остальной структурой АСУТП.

АСУТП сама по себе становится носителем признаков большой системы. Поэтому «традиционная» роль объекта управления переходит к различным структурам отдельных фрагментов АСУТП. При этом, нельзя исключать два важных фактора. Во-первых, фактор того, что в такой системе технические средства могут функционировать не в соответствии со своими ТУ, а система будет успешно отрабатывать свою целевую функцию. Во-вторых, то, что эта роль может носить ситуационный, временной, субстанционный, энергетический или иной характер «конкретных обстоятельств».

Новая функциональная роль структур отдельных фрагментов АСУТП делает актуальными задачи разработки средств контроля качества их функционирования как объектов управления «конкретных обстоятельств».

Исходя из принципа полноты описания большой системы средствами естественного (этнического) языка [9,17-19], считают, что оценка качества функционирования затруднительна без участия человека в этом процессе. То есть процесс оценки качества - это интерактивная процедура.

Естественно полагают, что количество структур, исполняющих роль объекта управления, ограничено (конечно), а множество входов и выходов обозримо. Тогда каждая структурная композиция структурно характеризуется законами изменения (функциями) выходных параметров от входных по соответствующим выходам и входам структуры. Для определенности эти законы будем называть переходными характеристиками.

В идеальных условиях переходные характеристики имеют соответствующие исходные функциональные представления (исходные функции). При функционировании приборов, оборудования и прочих технических средств в условиях сложно контролируемой среды происходит ухудшение параметров технических средств и как результат - текущее изменение переходных характеристик (текущие функции). Интерактивное сравнение исходных переходных характеристик (исходных функций) с текущими переходными характеристиками (текущими функциями) даёт основания эксперту-оператору делать квалифицированные заключения о качестве функционирования технических структур (средств).

Пусть - входной сигнал, - выходной сигнал некоторой структуры , тогда зависимость -закон изменения выходного параметра от входных воздействий или - переходная характеристика структуры .

Положим, что представление характеризует удовлетворительное исходное состояние структуры , то есть имеет высокую оценку качества функционирования. Будем считать, что выражение обозначает текущее представление переходной характеристики.

Пусть - критерий оценки качества. В простейшем случае критерий оценки выражается соотношением:

= , (1)

где - величина заданной погрешности для структуры . Назовём условно (1) интерполяционным критерием. Эта величина задаёт, по существу, полосу или апертуру, находясь в которой текущая переходная характеристика будет квалифицироваться как характеристика нормально функционирующей структуры .

В общем, критерий оценки качества может представляться в виде любой формальной модели (функционалом, функцией, дифференциальным уравнением и т.п.) произвольной «сложности». Вид формальной модели критерия оценки качества обуславливает соответствующую конкретную информационную технологию оценки.

В случае интерполяционного критерия (1) информационная технология оценки выражается интерактивной процедурой для каждой , играющей существенную роль в АСУТП, по фиксированию , автоматическому построению функции и визуальной или формальной проверки условия (1). При этом , иногда могут представляться массивами данных («точечно») и не описываться аналитически.

В общем случае представления критерия оценки качества можно сказать, что зависимости , должны быть формальными выражениями, в частности, в виде аналитически представленных функций.

Исходным материалом для построения аналитических выражений являются массивы данных (точек) , зафиксированных соответствующей аппаратурой аналого-цифрового преобразования (АЦП) конкретной структуры , массивы данных , полученных по исходным данным .

Таким образом, методологическую базу оценки качества функционирования и основу проблематики составляют задачи контроля совокупных параметров технических средств, которые в аспекте единой структуры АСУТП представляются, прежде всего, задачами контроля законов преобразования входной информации для всех технических средств. Контроль законов преобразования предполагает предварительное моделирование функциональных связей входных и выходных цепей контролируемых устройств и, в частности, решение вопросов построения аналитического описания нелинейных характеристик приборов и оборудования, определяющих закономерности преобразования входных сигналов.

Традиционные целей моделирования нелинейностей выражаются получением: а) языкового описания нелинейности, «полезного» при моделировании контуров управления АСУТП и при «конструировании» нелинейностей и автоматизации этих процессов; б) инструментария для воспроизведения изменений свойств нелинейностей при проведении превентивных оценок их влияния на другие элементы структуры АСУТП.

Традиционные задачи моделирования нелинейностей сводятся к языковому представлению нелинейной характеристики, порядку обработки нелинейностей или их характеристик, языковому представлению цели языкового описания и критериев качества.

Вопросы моделирования нелинейных характеристик представляются как задача аппроксимации (приближения): - приближения индивидуального элемента; приближения заданного множества фиксированным аппроксимирующим множеством; наилучшего приближения заданного множества классом аппроксимирующих множеств; приближения посредством фиксированного метода приближений; задача о наилучшем методе приближений.

Выделяются основные традиционные направления формального решения задач приближения:

- посредством построения отдельных аппроксимирующих полиномов (Лагранжа, Эрмита, Гончарова),

- посредством организации сходящихся процессов (Фейера, обобщение Гельфонда, полиномы Бернштейна),

-посредством «энергетических» метрик (степенные приближения, обобщенные полиномы Лежандра).

Построение сходящихся процессов основано на специальном выборе узлов аппроксимации:

- расположенных равномерно,

- расположенных в нулях полиномов Чебышева или расположенных в соответствии с другими специфичными закономерностям.

Процесс использования так называемых «энергетических» метрик при организации степенных приближений имеет важную характеристику. Форма построенной функции может разительно отличаться от исходной функции

Рис. 1. Особенности степенных приближений.

наличием значительных «кратковременных всплесков», а «энергетическая» близость может не обеспечить совпадение или подобие формы [Рис. 1]:

Как известно, закономерности преобразования входных сигналов как предмет исследования имеют следующие особенности:

- ограниченное количество конкретных точек, ограниченность измеренных величин;

- отсутствуют бесконечные последовательности,

- форма как непрерывная функция неизвестного аналитического описания задаётся поточечно,

- «поточечность» не связана с определенным законом задания точек,

- последовательность значений произвольна в ограниченном объеме массива значений.

- измеренный массив не может быть увеличен - он таков, как есть для каждого процесса моделирования.

Указанные реальности накладывают существенные ограничения по использованию традиционной аппроксимации: применение традиционной методологии аппроксимации не гарантирует построение подходящей модели по причине возможности отсутствия требуемых узлов аппроксимации в исходном массиве реально зафиксированных значений нелинейности.

В связи с этим основываясь на реальных возможностях получения массивов данных об особенностях закономерностей преобразования, становятся актуальными исследования по разработке методики интерактивного описания нелинейных характеристик технических средств АСУТП. Задачи исследования определяются границами собственно предмета исследования и очевидно представляются в следующем виде:

- создание теоретических положений аналитического описания нелинейностей с требуемыми особенностями,

- разработка интерактивной системы моделирования нелинейностей,

- создание подходов к проведению процессов построения аналитического описания.

автоматизированная система управление технология производства

Литература

1.Бир С. Кибернетика и управление производством. - М.: Физматгаз, 1963.- 391 с.

2.Глушков В.М. Введение в АСУ. - 2-е изд. - К.,1974. - 436 с.

3.Справочник разработчика АСУ /Под ред. Н.П. Федоренко, В.В. Корибского. -2-е изд. - М.: Экономика, 1978.- 582 с.

4.Файоль А. Общее и промышленное управление. - Л.-М.: Книга, 1924. - 160 с.

5.Рэй У. Методы управления технологическими процессами. - М.: Мир, 1983.-368с.

6.Kompass E.J. A long perspective on integrated process control systems = Перспективы интегрированных систем управления технологическими процессами.// Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники: Экспресс-информация. /ВИНИТИ.- 1982. - №39. - С.10-18.

7.Изерман Р. Цифровые системы управления. - М.: Мир, 1984. - 541 с.

8.Лукичев А.В. Технологические среды // Электроника: энциклопедический словарь. - М.: Сов. энц., 1991. - С.547.

9.Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. - М.: Энергия, 1974.-136 с.

10.Саркисян С.А., Ахундов В.М., Минаев Э.С. Большие технические системы. - М.: Наука, 1977.-347с.

11.Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления .-М.: Машиностроение, 1996. - 446 с.

12.Интегральные роботы. - М.: Мир, 1973.- Вып. 1. - 421 с.

13.Интегральные роботы. - М.: Мир, 1975.- Вып. 2. - 528 с.

14.Нейрокомпьютеры и интеллектуальные роботы/ Под ред. Амосова Н.М. - Киев, 1991. - 272 с.

15.Ильичев А.В. Эффективность проектируемой техники. - М.: Машиностроение, 1991.- 336 с.

16.Беркович С.Я. Клеточные автоматы как модель реальности: поиск новых представлений физических и информационных процессов: Пер. с англ.- М.: МГУ, 1993.- 112 с.

17.Поспелов Д.А., Пушкин В.Н. Мышление и автоматы. - М.: Сов. радио, 1972.-142с.

18.Вопросы кибернетики. Ситуационное управление. Теория и практика. / Под ред. Поспелова Д.А., Клыкова Ю.И.- М.: Сов. радио, 1974.- Вып.13. - Ч.1. - 260 с.

19.Вопросы кибернетики. Ситуационное управление./Под ред. Поспелова Д.А., Ефимова Е.И. - М.: Сов. радио, 1975.- Вып. 14. - Ч.П. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru