Введение в проблему.

Управление технологическими системами.

В самом общем случае под управлением понимают организацию какого-либо пр-са, обеспечивающего достижения поставленной цели.

Для управления технологическими пр-ми, начиная со времени этой области техники и до начала 60гг 20 столетия применялись в основном простейшие механические, пневматические (гидравлические) и электрические регуляторы, расчет которых основывался на простейших местных моделях. Отсутствие более сложных сис-м регулирования объяснялось рядом факторов и в частности ограниченными возможностями технических средств, методов, темпов развития необходимой теоретической базы.

Тем не менее, даже эти простейшие конструкции хорошо себя зарекомендовали на тех объектах управления, для которых хар-но большее постоянство времени переходных пр-сов, высокая устойчивость в разомкнутом состоянии и при возможности использования буферных емкостей, т.е почти до 80% технических объектов того времени. Для оставшихся 20% исполнение простейших контуров регулирования, было малоэффективной или вовсе не допустимо, что объяснялось местными ограничениями по качеству продукции, охране о.с. Использование, начиная с 60гг 20 столетия, в пром-ти получает дальнейшее развитие непрерывные технологические пр-сы большой мощ-ти со сложными комплексами энергетических и материальных потоков.

Более жесткие требования предъявляют к качеству продукции и безопасности персонала, сохранности оборудования и воздействию на о.с. Для таких произв-в снижение качества продукции, останов пр-са из-за аварий и значительные выбросы в о.с. вредных в-в могут приводить к катастрофическим последствиям не только для самого предприятия, но и целого региона и всей экономики страны. Отсюда возникла потребность в создании сложных автоматизированных сис-м управления технологическими пр-ми (АСУТП).

С другой стороны параллельно начали развиваться теоретические основы современных сис-м управления, что в первую очередь потребовали военные технологии, а так же развитие атомной энергетики.

Основными моментами, которые позволяли достичь развития прогресса в развитии автоматизированных сис-м управления явл-ся, во-первых, появление ЭВМ, их постоянной тенденции, повышение производительности, надежности и минимизации конструктива.

Развитие современной теории управления. Современные пром. компьютеры позволяют создать сис-мы, работающие в режиме реального времени, при этом только до 5% машинного времени уходит на ввод и вывод инф-ции, остальные 95% - используются непосредственно в сложных алгоритмах управления, программирование которых может вестись на машинных языках высокого уровня, что в свою очередь повышает произв-ть работы программы и сокращает сроки конкретных сис-м управления. В отличие от аналогичной теории управления, объектом изучения которой явл-ся одномерные сис-мы (1 вход и 1 выход), и которые математически описываются линейными ДУ с постоянными коэф. Современная теория позволяет решать задачи для разных классов общих многомерных сис-м, которые описываются линейными ДУ с переменными коэф., не линейными ДУ, диф. разностными у-ниями, у-ниями с частыми производными и интегральными уравнениями.

Современная теория управления включает в себя раздел теории оптимального управления, которая предназначена для построения сис-м, при функционировании которых минимизируется или максимизируется выбранный критерий эффективности. Кроме того, она включает в себя методы идентификации и оценки состояния пр-са. Методы идентификации предназначены для определения стр-ры и состава моделей объекта управления. Данные методы позволяют кроме синтеза обычных сис-м управления, синтез адаптивных сис-м. К последнему относят сис-мы, которые могут приспосабливаться к изменениям происходящим, как в самом пр-се, так и в о.с.

Методы и оценки состояния сис-м предназначены для определения тех пар-ров, управляемого пр-са, которые не м.б. изменены в принципе, или м.б. изменены с большой погрешностью, или для измерения которых требуется дорогостоящее оборудование.

Выше указанные методы позволяют создавать сис-му управления, которую наз-ют сис-ой прямого цифрового управления.

Простейшая схема сис-мы прямого сетевого системного управления м.б. представлена следующим уровнем:

Измерительная сис-ма состоит из различного рода датчиков, как аналоговых с унифицированным сигналом, так и интеллектуальные, которые подключаются по интерфейсу.

Сигнал от измерительной сис-мы поступает в сис-му автоматизированного управления, в которой на 1 стадии все аналоговые сигналы преобразуются в цифровые. Эта цифровая инф-ция по заданному алгоритму преобразовывается в исполнительные сигналы, которые в свою очередь преобразуются в аналоговые сигналы и далее поступают на исполнительные механизмы регулирующих органов технологического пр-са. Стр-ра современной АСУТП м.б. представлена следующим образом:

УОСП – устройство оценки состояния пр-са.

СНПУОПС – сис-ма наладки пар-ров устройства оценки состояния пр-са.

СНПСАУ – сис-ма пар-ров настройки сис-м автоматического управления.

СИУП – сис-ма идентификации управляемого пр-са.

СОР – сис-ма оптимизации режима.

Технологический пр-сс определяется следующими входящими и выходящими потоками инф-ции: вектор управляющих воздействий (U), вектор контролируемых возмущений (d1), вектор вспомогательных входных воздействий (d2), выходы выходных сигналов (х).

Измерительная сис-ма позволяет контролировать определенный ряд переменных состояния пр-са и их комбинаций в условиях помех (иш – измерительные шумы), () – истинное состояние пр-са, () – измеренные величины.

Сис-ма оценивания состояния, которых позволяет по замеренным пар-рам, наблюдениями за ними и по модели пр-са строят наилучшую в определенном смысле оценку состояния пр-са, т.е вектор . В эту сис-му входят вектор Р, который рассчитывается заранее, либо параллельно с оценкой состояния. В это же устройство поступает вектор α, от сис-мы идентификации управляемого пр-са. Вектор пар-ров оценки состояния подается в управляющее устройство сис-мы автоматического управления.

При этом сис-ма воспринимает вектор пар-ра к от своей сис-мы настройки, пар-ры этого вектора м.б. определены заранее и режимные установки , которые вырабатываются сис-ой оптимизации режима. Сис-ма идентификации управляемого пр-са по вектору измеренных пар-ров и по управляющим воздействиям вырабатывает вектор пар-ров моделей α. При этом может оказаться необходимым подавать на вход управляемого пр-са вспомогательные входные пр-сы d2.