Файл: Живоглядов, В. П. Адаптация в автоматизированных системах управления технологическими процессами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 69
Скачиваний: 0
Непосредственное управление объектом по выходному по казателю (тонкости помола) затруднительно особенно сред ствами аналоговой техники из-за большого запаздывания по ка налу «и—до», а также из-за отсутствия приборов автоматиче ского непрерывного контроля тонкости и измерения тонкости при дискретном отборе проб. Поэтому в практике автоматиза ции цементных мельниц получил распространение такой под ход, при котором регулирование загрузки мельницы осущест вляют по сигналам косвенных показателей, имеющих лишь статистическую связь с выходом. До настоящего времени на заводах применяются электроакустические регуляторы типа РЗМО различных модификаций, разработанные еще в 1953— 1955 гг. Сигналом косвенного показателя в них служит час тота шума мельницы, улавливаемая микрофоном, установлен ным в начале первой камеры мельницы. Однако из-за слабой связи сигнала с выходом работа схемы РЗМО недостаточно эффективна, что неоднократно отмечали и сами разработчики схемы [3. 1, 4. 4].
Учитывая распределенный характер процесса измельчения в мельнице, качество управления можно повысить путем при менения распределенного контроля косвенных показателей, который позволяет учесть дополнительную информацию о про текании процесса помола по длине аппарата [4. 1—4. 3]. В си стеме регулирования, разработанной в Институте автоматики АН Киргизской ССР, распределенный контроль реализован на индукционных датчиках. Для оценки тесноты связи сигна лов датчиков, тонкости помола цемента и производительности шаровых мельниц было проведено несколько экспериментов на двух заводах. Датчики устанавливались в различных топ ках по длине мельницы: в начале и конце первой камеры, в начале второй камеры и в конце мельницы.
По полученным данным были вычислены оценки автокор
реляционных функций: |
|
|
(начало пер |
|
K q \ ( x ) |
— сигнала ql= q(xl) первого датчика |
|||
вой камеры); |
|
второго датчика |
(конец пер |
|
K q z ( x ) |
— сигнала q3 — q (f'2) |
|||
вой камеры; |
q3= q (x 3) |
третьего датчика (начало |
||
Kq3{x) |
— сигнала |
|||
второй камеры); |
|
|
|
|
Кп(т) |
— производительности мельницы П; |
|
||
Kw(x) |
— тонкости помола цемента до. |
|
||
Оценки взаимных |
корреляционных функций между сиг |
|||
налами: |
|
I |
s ':' |
|
qi и w; qs и ее); qa и w;
qi и Я; q2 и Я; q3 и се);
q, и q2; q1 и qs; q2 и q3; П и w.
обозначены соответственно K WCjl{i), K wq^ ) tK wqi ('). K„qi (x и т. д.
Некоторые результаты расчетов оценок, нормированных кор реляционных функций представлены на рис. 4. 3.
jK(ZV I
Рис. 4.3
4. 2. 2. Локальная система регулирования загрузки с распределенным контролем
Разработанная локальная система учитывает распределен ность процессов в пространстве. Управление загрузкой в ней осуществляется по сигналу Q распределенного контроля.
196
Остановимся подробнее на выборе структуры и параметров регулятора. Воспользуемся при этом результатами, приведен ными в разделе 1 по дуальному управлению объектами с чистым запаздыванием. На рис. 4. 4 приведена эксперимен тальная кривая разгона по каналу «расход клинкера по по ложению ножа тарельчатого питателя и — сигнал дискрет ного (три датчика) распределенного контроля». Для идеаль ной распределенной модели первого порядка суммарный сиг нал трех датчиков, расположенных в различных точках х /, должен нарастать трижды скачкообразно, например, как по казано на рис. 4. 4 штрих-пунктирной линией (кривая 1). Ре альную кривую разгона для упрощения выкладок аппрокси мируем экспонентой с запаздыванием (кривая 2). Переда точная функция имеет вид (3. 34).
Параметры — время запаздывания %и, постоянная времени Ти и коэффициент усиления К и — зависят от состояния мель ницы, места расположения и способа установки датчиков, от настроечных коэффициентов аппаратуры усиления, преобра зования, сглаживания, суммирования сигналов. Оценку авто
197
корреляционной функции эквивалентного возмущения ц, при
веденного к выходу объекта, аппроксимируем |
выражением |
|||
о'"р ехр{—a x|v|}. Включив в канал |
передачи |
управляющего |
||
воздействия |
оператор |
Фобр(р) = 0 |
+ Тир)/Ки, приходим к ис |
|
следованной |
в разделе |
1 задаче управления марковским объ |
||
ектом с запаздыванием. Воспользовавшись результатами под раздела 1. 4, выбрав постоянную фильтра Тф = Ти и релейный закон управления двигателем исполнительного механизма, устанавливаем, что регулирующее устройство состоит из ре
лейного |
элемента (релейного усилителя), |
охваченного |
инер |
||
ционной |
отрицательной |
обратной связью |
с передаточной |
||
функцией |
о.(1 + ТнзР ) - \ |
интегрирующего |
исполнительного |
||
механизма |
(обычная схема большинства промышленных ПИ- |
||||
регуляторов) и дополнительной жесткой отрицательной |
об |
||||
ратной связи с коэффициентом Кос, охватывающей исполни тельный механизм и регулятор. Настроечные параметры оп ределяются формулами
|
^ 3 = 4 ^ 1 + 7ф). |
|
(4- 7) |
|||
|
|
ек, |
|
|
(4. |
8) |
|
|
Ts |
’ |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
К |
—1—р |
|
(4. |
9) |
|
где |
АОС 1 |
*1 |
|
|||
|
|
|
|
3 |
|
|
Ki = 2—2 ( 1------- ^ |
------) ехр |
|
|
|||
-ц+ 3 'ц |
|
|||||
V |
^ + 2Г Ф / |
|
||||
|
|
|
||||
■=---- коэффициент усиления |
испо тигельного |
механизма, |
|
|||
* о |
—«1 |
|
|
|
|
|
|
-=1ии |
|
(4- |
10) |
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент ?х вычисляется по формуле (1. 140). Управляющее устройство легко может быть реализовано
на базе серийных регуляторов РПИК, РПИБ и др. Сигнал жесткой отрицательной обратной связи дает индуктивный датчик положения исполнительного механизма.
Настроечными параметрами в локальной системе являют ся также весовые коэффициенты распределенного контроля
и задание .регулятору. В случае применения контура адапта ции он непрерывно корректируется УВМ.
4. 2. 3. Адаптивный распределенный контроль процесса помола
Как уже отмечалось в разделах 1 и 3, качество управ ления и прогноза выходного показателя w (тонкости помола, производительности) можно повысить, применяя распреде ленный контроль состояния мельницы путем установки вдоль барабана мельницы ряда индукционных датчиков. Прогноз выхода ay[s] на время т в АСУ осуществляется по формуле
(4. 11)
л
рде w— оценка переменной да.
Дрейф характеристик объекта, изменение режимов ра боты мельницы приводят к тому, что с течением времени точ ность прогноза при постоянных, однажды выбранных коэф фициентах а/ падает. Это обусловливает необходимость введения адаптации, подстройки коэффициентов. Были при менены следующие алгоритмы адаптации:
Теория адаптивного распределенного контроля и сравни тельный анализ на экспериментальном материале различных алгоритмов настройки приведены в разделе 3. Промышлен ные испытания системы адаптивного распределенного контро ля были выполнены с УВМ типа «Днепр-1».
Удовлетворительные результаты получены уже при исполь зовании трех и даже двух датчиков, установленных в первой и второй камерах. Динамика по каналу «сигнал t'-ro датчика— выход» в соответствии с моделью (4. 1) аппроксимирована чистым запаздыванием.
19Э
4. 2. 4. Алгоритмы коррекции задания локальной системы регулирования
Вследствие статистической связи косвенных показателей q с выходом w стабилизация сигнала Q устройства распре деленного контроля, особенно в условиях изменяющихся про изводственных ситуаций и колебания размалываемости клин кера, не гарантирует высокой точности поддержания ш на за данном уровне w*. Повышение эффективности работы систе мы может быть достигнуто при использовании текущей ин формации о w и коррекции с помощью УВМ задания Q* и па раметров а / локальной САР. Для коррекции задания можно применить метод стохастической аппроксимации:
Q*[s] = Q*[s— 1]—тЫ(-даЫ—ш*).
Алгоритм гарантирует асимптотическую сходимость w к иу* при неизвестной динамике объекта, если объект устойчив и возмущение — случайная величина. Скорость сходимости невелика и существенно зависит от выбора коэффициента f. Применим для синтеза алгоритма коррекции задания теорию дуального управления. Поскольку реализация алгоритма предполагается на цифровой управляющей вычислительной машине, все переменные будем рассматривать- в дискретном времени. Заметим, что и контроль тонкости помола цемента возможен в настоящее время лишь в дискретные моменты.
Динамику мельницы по каналу «Задание Q* регулятору загрузки клинкера — тонкость помола ш» приближенно опи шем уравнениями:
о;Ы= вЫ + н-Ы, |
(4. 12) |
|
0 Ы= (1 —d)0 [s— 1 ]+ Q[s—т] Kd, |
||
где |
|
|
A t |
|
|
d-- |
&- |
’ |
T06 |
||
Тоб, тн К — постоянная времени, чистое запаздывание и ко эффициент усиления. Корреляционную функцию эквивалент ного возмущения ц аппроксимируем экспонентой (3. 36). По грешности измерения тонкости помола считаем центрирован ными, независимыми, гауссовыми. Функция потерь квад ратичная.
Введем в управляющее устройство оператор, компенси рующий влияние инерционности объекта:
©*[s]= |
-U [s] - m[s- |
1] ( -i- —1 |
,(4. 13) |
|
d |
\ d |
|
При одинаковых |
начальных условиях 0 и и имеем |
©Ы — |
|
/(«[s—т]. То же |
справедливо в стационарном режиме (s —>оо) |
||
при любых начальных условиях. Закон оптимального управ
ления получен в разделе 1 и определяется формулой |
(1. 131). |
Перепишем ее в обозначениях данного раздела: |
|
и[s]= (ш*[s+ т]—bs-\W* [s+ 1 — 11+&s- i и[s—1:])— |
|
y[s— 1 ] |
(4- 14) |
— w [ s — т — 1 ]) |
|
К |
|
Совместное использование (4. 13) и (4. 14) дает искомый алгоритм управления заданием 0* с накоплением информа ции. Переменные коэффициенты bs, ds определяются выраже ниями (1. 132), (1. 133). Они могут быть заранее вычислены и введены в память УВМ, либо заранее выполняется только часть расчетов по формулам (1. 132) и (1. 133).
Для хранения в памяти машины текущих значений и и у
требуется (-д-^+З) ячейки оперативного запоминающего уст
ройства. |
bs и й5при s-s-'oo.. |
Вычислим стационарные значения |
|
На основании изложенного в разделе 1 |
имеем |
|
Д- - U r n |
r |
- 2lAl |
|
|
где |
СО |
/—»СО |
Pjl |
|
|
|
|
|
|
|
|
3i= (l + А х+Р2 A ОхНЛ 1+ AH-PsAi f - 4р2 Ах2, |
|||||
limps _ Х_ 1Л |
1 4~ А1 |
г -2р A j |
.2 1 + Ал |
2р2 Aj2 |
|
S—>со |
2°л2 |
|
К |
2оу |
|
6= |
|
г |
2р Ах |
*'(4. 15) |
|
lim bs= |
|
й ’ |
|||
|
5—>оо |
■'оо |
|
°1 |
|
|
|
|
|
|
2Ш |