8.5. Структура адаптивной системы управления тп
Резюмируя содержание предыдущих разделов курса, рассмотрим схему многоуровневой АСУТП, обращая внимание на применение принципов оптимального и адаптивного управления. В соответствии со схемой на рис. 8.7 контролируемые выходы ТП формируется под действием управляемых входов, а также – контролируемых и неконтролируемых возмущений. Для непрерывных ТП управляемыми входами служат расходы исходных материалов и энергии (электричество, тепло, сжатый воздух). В качестве возмущений выступают изменяющиеся во времени характеристики исходных материалов и энергетических агентов.
Задача системы автоматизированного централизованного контроля ТП состоит в получении данных о контролируемых показателях и фильтрации их от измерительных помех.
В режиме нормальной эксплуатации управление ТП осуществляется с помощью двухуровневой схемы. Верхний уровень оптимизирует режим ТП, а нижний – поддерживает этот режим в окрестности заданных значений, осуществляю компенсацию возмущающих воздействий.
Оптимизация режима осуществляется по тому или иному технико-экономическому критерию с учётом ряда ограничений, например: максимизация прибыли при ограничениях на производительность, расходы материалов и энергии или максимизация производительности при ограничениях на расходы материалов и энергии, или минимизация удельного расхода энергии при ограничениях на производительность, расходы материалов и энергии и т.д. Для решения задачи необходимы статические модели ТП. Они определяют статические зависимости выходных показателей ТП (например, качество и количество продукции) от управляющих воздействий и контролируемых возмущений. Поскольку такие зависимости могут постепенно меняться (старение катализаторов в химических реакторах, износ шаров в мельницах, изменение толщины слоя обмазки в печах и т.д.), то речь идёт о квазистатических моделях и соответственно о квазистатической оптимизации ТП. Оптимальный режим ТП нуждается в периодическом пересчёте не только из-за дрейфа параметров моделей, но также от необходимости изменения страховых запасов при формировании ограничений вследствие изменения СКО выходных и управляющих переменных. Корректировка режима необходима и при изменениях текущих средних значений контролируемых возмущений (например, пересчёт рецептуры сырьевых смесей при изменении характеристик компонентов).
Для решения задач стабилизации на нижнем уровне управления необходим критерий, согласованный с технико-экономическим критерием верхнего уровня управления, а также система динамических моделей ТП. Эти модели связывают между собой те же показатели, но они учитывают динамику изменения переменных во времени. Чаще всего такие модели адекватно описывают поведение ТП в достаточно узкой окрестности режима. При использовании типовых законов регулирования динамические модели служат для правильной настройки параметров типовых регуляторов. Если применяются более сложные способы управления с прогнозирующими моделями, то динамические модели используются непосредственно при расчёте управляющих воздействий, причём они могут работать как в реальном, так и в ускоренном времени.
Если параметры статических и динамических моделей существенно изменяются во времени, необходимо производить обновление моделей, т.е. осуществлять их идентификацию в режиме эксплуатации ТП. Для этого служит «надстройка» в виде блока идентификации. Принимая и определённым образом обрабатывая данные системы контроля о контролируемых сигналах (управления, контролируемые возмущения и выходные переменные), блок идентификации непрерывно или периодически пересчитывает параметры моделей и «спускает» их на верхний и нижний уровни управления.
В ходе идентификации могут применяться специальные идентифицирующие воздействия на объект. Как и управляющие воздействия, они передаются по каналам управляемых входов.
В целом, рассмотренная система реализует адаптивное управление ТП, т.е. управление, приспосабливающееся к изменениям в объекте управления и характере действующих на него возмущений.
Заметим, что схема на рис. 8.7 носит перспективный характер и в действующих АСУТП могут быть реализованы ее отдельные фрагменты.