Особенности структур непрерывных систем связного дозирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУР НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ СВЯЗНОГО ДОЗИРОВАНИЯ

Илюхин А.В., Марсов В.И.,

Марсова Е.В., Гематудинов Р.А.

Аннотация

Рассмотрены принципы построения систем управления связным дозированием, исходя из того, что сложность системы управления в соответствии с законом необходимого разнообразия соответствует сложности объекта, а системы управления дозированием, рассмотренные как элементы функциональной иерархии, образуют ряд моделей от одноуровневых до многоуровневых многоцелевых. Описан метод представления непрерывного процесса дозирования в виде последовательности условно-дискретных интервалов.

Ключевые слова: системы управления, связное дозирование, функциональная иерархия, модель, условно-дискретный интервал

Принципы построения и оптимизации систем управления связным дозированием сводятся к следующему:

· алгоритмы, реализуемые на основе выбранных критериев, строятся по принципу многоуровневых, отражая в своей структуре и способе функционирования их основные свойства;

· сложность системы управления в соответствии с законом необходимого разнообразия соответствует сложности объекта, представляющего собой нефиксированную технологическую сеть с переменной структурой;

· системы управления дозированием, рассмотренные как элементы функциональной иерархии, образуют ряд моделей от одноуровневых до многоуровневых многоцелевых. Причем последние обладают наиболее широкими потенциальными возможностями в части улучшения своих качественных характеристик;

· существует элемент верхнего уровня в виде глобального критерия, который является командным, определяющим по отношению к элементам нижнего уровня. Последние в свою очередь вырабатывают решения для элементов на еще более низком уровне;

· информация от нижележащих элементов поступает к вышестоящим и определяет степень их координирующих воздействий, периодичность поступления которых к элементам нижних уровней уменьшается при движении вверх по иерархии;

· критериальные функции меняют свое содержание на каждом уровне управления;

· необходимо констатировать более высокую степень управляемости многоуровневых многоцелевых систем в сравнении с одноуровневыми, что при ранжировании систем автоматического управления процессами дозирования компонентов смеси ставит их на самое высокое место.

Построение многоуровневой иерархической системы подчинено жесткой логической последовательности. На каждом шаге решается конкретная техническая задача по выбору и оптимизации элементов системы в соответствии с выбранными локальными или глобальным критериями всей системы. Содержание критериев управления меняется по мере движения к верхним уровням иерархии, что позволяет достигать оптимального значения глобального критерия всей системы взаимокомпенсацией отклонений в значениях критериев локальным подсистем.

Главный органический недостаток в осуществлении процесса управления дискретным дозированием - невозможность нанесения корректирующих воздействий в процессе дозирования, существенно сужает возможности дальнейшего улучшения их качественных характеристик.

Переход на непрерывное дозирование не только технологическая целесообразность, связанная с необходимостью приготовления больших объемов смеси с максимальной производительностью при минимуме затрат, но и способ улучшения характеристик смеси за счет повышения качества дозирования.

Степень управляемости, понимаемая как некое интегральное свойство системы дозирования в части увеличения ее потенциальных возможностей качественного совершенствования за счет богатства вариаций структурных элементов и типов управлений, повышается при движении по иерархии усложняющихся систем с различными возможностями достижения более интегрированных, чем точность дозирования критериев качества.

В этом смысле одноуровневые одноцелевые системы с оценкой качественных показателей по минимуму ошибки дозирования наименее совершенны.

Множество неопределенностей для этих структур является наиболее широким и включает в себя случайные характеристики истечения материала, динамическое воздействие столба материала на весовую систему накопительной емкости и динамического отклонения, вызванного "нежесткостью" ее подвески.

В одноуровневых многоцелевых системах отдельные дозаторы с качественными характеристиками, оптимизируемыми на первом уровне, объединяются в единую технологическую сеть на уровне алгоритмов управления, а взаимодействие между локальными подсистемами осуществляется по горизонтали на основе жесткого алгоритма компенсации ошибок процентных отношений дозируемых компонентов. Уровень выбора системы, как элемента функциональной иерархии, ограничен набором сигналов изменения задания отдельных дозаторов. Меняется канал приложения координирующих воздействий. То есть, вектор возможных управлений для каждой локальной подсистемы становится двумерным, а сама система многоконтурной. В иерархическом плане это частный случай многоцелевой системы с идентичными локальными целевыми функциями. Изменение стратегии на уровне обучения сводится к выбору из множества алгоритмов алгоритма наиболее соответствующего характеристикам дозируемых компонентов.

Улучшение свойств системы связного дозирования можно добиться на следующем уровне организации многоуровневой многоцелевой системы. В рассматриваемом случае это наиболее совершенный тип структуры, связанный с качественными показателями смеси. По окончании дозирования компонента (или компонентов) при наличии последовательно-параллельной схемы технологической сети информация поступает к решающему элементу системы управления верхнего уровня. От него, в свою очередь, к локальным подсистемам не дозированных компонентов следуют координирующие воздействия в виде изменения заданий.

В отличие от алгоритма горизонтальной координации в иерархической многоуровневой многоцелевой системе взаимодействие локальных подсистем, становясь менее жестким, происходит через координирующий элемент более высокого уровня и, что самое главное, позволяет достичь оптимального значения функции оценки не по множеству реализаций, а в процессе оперативного управления каждым законченным циклом дозирования многокомпонентной смеси.

Таким образом, должна существовать наиболее совершенная в указанном смысле связная система непрерывного многокомпонентного дозирования, построенная по принципу многоуровневой многоцелевой иерархии, отвечающая всем вышеперечисленным свойствам таких систем.

При синтезе такой системы необходимо учесть следующее.

При использовании дозаторов непрерывного действия все компоненты подаются на смешение параллельно, в результате чего мгновенные значения ошибок дозирования каждого компонента являются функциями времени и управляющих воздействий.

При циклических способах погрешность дозирования характеризуется величиной максимальных или усредненных отклонений, полученных по окончании технологического процесса по отношению к заданной порции (номиналу). В непрерывных процессах дозирования нет определенности в части номинала, по отношению к которому следует оценивать погрешность. Поэтому с технологической точки зрения для характеристик процессов непрерывно дозирования при приготовлении строительных смесей необходимо выбрать промежуток времени, за который величина отклонения от номинала по отношению к номиналу будет достаточно полно характеризовать качество дозирования. Величина этих отклонений по существу один из самых главных параметров при расчете и настройке дозирующих систем, рассматриваемых в качестве систем автоматического измерения расхода.

Можно воспользоваться следующими соображениями для оценке погрешности дозирования. Величина ошибки дозирования определяется интегралом за принятое время интегрирования, которое для циклических дозаторов равно времени цикла до приложения команды на окончание процесса.

Для дозаторов непрерывного действия таким отрезком должно быть время, в течение которого можно получить реальную информацию о процессе дозирования. Такой подход позволяет непрерывный процесс связного дозирования компонентов строительной смеси условно разбить на дискретных - с заданной периодичностью приложения корректирующих воздействий.

Можно оценить протяженность интервала разбиения через корреляционную функцию.

Для стационарного эргодического случайного процесса подачи компонентов среднее по совокупности равно среднему по времени интервала:

Достаточная информативность оценки достигается только при ширине интервала , границы которого определяются представительностью выборки случайных значений для получения корреляционной функции с заданной точностью.

Точность определения корреляционной функции зависит от величины интервала интегрирования и максимального . Под максимальным понимается такой интервал времени , начиная с которого будет выполняться неравенство

,

где - корреляционная функция центрированного случайного процесса

;

- случайный процесс; математическое ожидание .

Следующее неравенство служит для оценки:

,

где , - характеризуют быстроту затухания корреляционной функции и ее колебательные свойства.

Однако на практике могут возникнуть сложности с непосредственным определением корреляционной функции в процессе дозирования компонентов смеси и использованием полученной информации в оперативном управлении процессом. Можно предложить несколько иной подход при определении протяженности условно-постоянного интервала, используя практически неограниченное быстродействие современных микропроцессорных средств по накоплению и обработке управляющей информации о ходе технологического процесса, снимая тем самым вопрос о практическом использовании теоретических разработок.

Случайный входной сигнал дозатора в виде изменения производительности питателя может быть интерпретирован последовательностью импульсов различной длины. В этом случае ошибка дозирования представляет собой сумму интегралов от масс отдельных импульсов, полученных в процессе измерений. Результат зависит от такой интегральной характеристики как производительность питателя, отнесенной к отдельному импульсу. Это позволяет оценивать погрешность дозирования по выборке в виде последовательности импульсов длиной, достаточной для построения статистического ряда и подбора статистического распределения. Возникает задача выравнивания статистических рядов, в основе которой лежит оценка меры расхождения между теоретическим и статистическим распределениями в виде критерия согласия Пирсона . Т.е. необходимо определять время существования или длину представительной выборки из последовательности знакопеременного ряда импульсов так, чтобы вычисленный критерий в функции:

,

(где - число измеренных амплитудных значений импульсов в -ом разряде; - число измерений; - теоретическая вероятность), при увеличении объема выборки за счет, принял значение, при котором вероятность меры расхождения теоретического и статистического распределений будут не меньше заданного. Процесс обработки случайных значений может считаться законченным, а полученные статистические параметры, такие как математическое ожидание и дисперсия, будут целиком и полностью характеризовать случайную выборку за время . Далее происходит повторение процедуры вычисления и статистических характеристик за следующий интервал времени и т.д.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что процесс непрерывного дозирования может быть разбит на интервалы с повторяющимся периодом , в каждом из которых находится представительная выборка значения отклонений массы материала на ленте весового транспортера. Непрерывный процесс представляется совокупностью условно-дискретных интервалов с длительностью , в каждом из которых применяется описанный метод итерационного поиска параметров случайного процесса. Зная математическое ожидание ошибки дозирования за интервал , можно определить погрешность, вносимую динамическими свойствами весового транспортера и скорректировать в соответствии с этим окончательный результат.

Полученные выводы позволяют также сформулировать требования к управляющему элементу многоуровневой иерархии. Его координирующие воздействия, используя информацию о состоянии локальных подсистем дозирования нижнего уровня должны следовать с большей, чем у них периодичностью. дозирование управление иерархия интервал

Таким образом можно констатировать, что наиболее совершенный тип структуры, обеспечивающий наивысшую степень управляемости за счет богатства вариаций структурных элементов и типов управлений, соответствует связной системе непрерывного многокомпонентного дозирования, построенной по принципу многоуровневой многоцелевой иерархии, в которой непрерывный процесс дозирования представлен непрерывной последовательностью условно-дискретных интервалов, границы которых определяются представительностью выборки случайных значений для получения согласованности теоретического и реального законов распределения.

Использованные источники

1. Марсова Е.В., Воробьев В.А. Новое поколение дозирующих устройств непрерывного действия. Ж.: "Строительство" №1, Новосибирск, 1999.

2. Марсова Е.В., Клименко А.С. Системотехническое проектирование дозирующих устройств. Ж: "Строительство", Новосибирск №7, 1995.

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

Размещено на Allbest.ru