1.2. Особенности современных технологических процессов

При изучении этой темы необходимо обратить внимание на то, что в современных технологических процессах значительно возросло число функций управления, реализация которых воз­можна лишь при создании совершенных систем управления. Общность теории управления дает возможность создавать системы управления для объектов различной природы по еди­ным принципам, учитывая конкретные особенности этих объ­ектов только при разработке способов получения информации с объекта и ввода управляющих воздействий на объект.

В общем случае, современный технологический процесс представляется в виде многомерного объекта со многими вхо­дами и выходами. Такое представление технологического процесса дает возможность рассматривать его формально как объект управления и применять известные методы математиче­ского описания. Выбор математической модели технологиче­ского процесса в основном определяется решаемой задачей. Это может быть система обыкновенных дифференциальных уравнений, система уравнений в частных производных, инте­гральные или интегродифференциальные уравнения, уравне­ния условных плотностей или функций распределения и т.д. Существенной особенностью модели сложного технологиче­ского процесса является ее большая размерность, характери­зующаяся сотнями, а иногда и тысячами переменных.

1.3. Управление производством однородной продукции (непрерывные процессы)

Технологические процессы непрерывного производства однородной продукции имеют ряд особенностей, позволяющих выделить их в особый класс объектов управления. Это, прежде всего, большая мощность и высокая производительность, значительная стоимость строительства и длительные сроки эксплуатации. При построении систем управления ТП, в основном, определяются динамическими свойствами процесса и режимами его работы. Если интервал времени между двумя последовательными возмущениями много больше длительности переходного процесса в объекте, то принято считать, что такой технологический процесс работает в статическом режиме. Если эти времена соизмеримы, то основным является динамический режим работы процесса.

При оптимизации статического режима работы ТП целесообразно ис­пользовать схему, представленную на рис.1.5, где

ОУ - объект управления;

- вектор управляющих воздействий;

- вектор контролируемых возмущений;

- вектор неконтролируемых возмущений;

- вектор выходных переменных объекта;

КО - критерий оптимальности, определяющий целевую функцию J(Y).

Рис.1.5. Оптимизация статического режима работы ТП

В задачах статической оптимизации чаще всего в качестве критерия оптимальности используются либо технологические критерии (например, максимальный объём продукции с единицы объёма аппарата), либо один из экономи­ческих критериев (производительность, объём капитальных вложений, коэффициент полезного действия, себестоимость продукции и т.п.). При известном КО качество функционирования ТП определяется значе­нием целевой функции J(•). В зависимости от априорных сведений об объекте и условиях внешней среды (характера возмущающих воздействий и возможностях их измерения) задача статической оптимизации для рассматриваемой схемы может решаться разными способами.

Если процесс плохо определён (априорные сведения отсутствуют), то задача оптимизации решается путём организации поиска на самом процессе (рис.1.6). В этом случае в качестве модели объекта высту­пает сам процесс, на который подаются расчётные значения вектора управления U. На основе возникающей реакции объекта J(Y) режим оптимизируемого процесса последовательно улучшается.

Рис. 1.6. Оптимизация статического режима ТП без модели

При таком способе решения задачи оптимизация осуществляется с помощью итерационной процедуры, в которой переменные параметры управления корректируются таким образом, чтобы в итоге был достиг­нут оптимум КО (целевой функции J(Y)).

Процедура состоит из четырёх этапов:

1. на первом этапе с учё­том ограничений вычисляются изменения переменных параметров управ­ления, приближающих целевую функцию к оптимуму,

2. на втором этапе выполняется корректировка переменных управления,

3. на третьем - ана­лизируются результаты предыдущего шага,

4. на четвёртом - определя­ется, достигнут ли оптимум целевой функции. Если она ещё не при­няла оптимального значения, процедура повторяется.

Данный метод используется, когда составление модели невозможно по техническим причинам или невыгодно из экономических соображений, если модель не приспособлена для внесения в неё различных усовершенствований, или неточна (ненадёжна) при предполагаемых условиях работы.

Однако применение оптимального управления ТП, использующе­го поиск на самом объекте, в настоящее время ограничено, так как многие ТП по условиям эксплуатации часто не допускают подачи на их вход какого-либо пробного сигнала из-за возможности воз­никновения нежелательных технологических условий и аварийных состояний. Кроме того, при значительной инерционности объекта и большом числе управляющих воздействий время поиска оказывается недопустимо большим.

В связи с этим статическая оптимизация технологических процессов чаще всего осуществляется с помощью моделей объектов.