Идентификация технологических процессов при производстве техники

Крылов Е.Н. Московский государственный строительный университет.

Вопросы идентификации технологических процессов.

В настоящее время, непосредственно на производстве, существует масса проблем, связанных с настройкой систем автоматического управления (САУ, СУ). Эти проблемы возникают как при установке самой системы, так и при эксплуатации. В итоге это приводит к удорожанию инсталляции и эксплуатации системы, повышению конечной стоимости производимой продукции: строительной техники, машин и оборудования.

СУ, даже оборудованная относительно несложным регулятором, требует настройки после установки. Длительность процесса настройки зависит от многих причин. Остановимся на основных.

Первый фактор - сложность технологического процесса. Чем больше факторов влияет на параметры процесса, тем более сложную задачу предстоит решать наладчику. Существует масса алгоритмов настройки регуляторов, но ни один из них не даёт возможности однозначно и сразу определить параметры регулятора. Кроме того, полученные в результате настройки регулятора параметры необходимо откорректировать в начале эксплуатации и через некоторое время. Настройка параметров регулятора требует затрат времени квалифицированного специалиста, что увеличивает стоимость производства работ.

Второй фактор - качество выполнения монтажа технологического оборудования, а также уровень технической культуры, поддерживаемый на производстве. Распространены случаи, когда работы по монтажу различных частей оборудования проводятся субподрядчиками, являющимися в то же время частью более крупной компании. Кроме того, результаты работ проверяют и принимают представители третьей организации, входящей в тот же холдинг; в таких условиях естественным образом создаются предпосылки для нарушений правил установки и эксплуатации оборудования. Свойства системы отличаются от заданных параметров, что очень затрудняет работу наладчика.

Третий фактор - требование добиться максимальной энергетической эффективности производственного процесса. Задачи оптимизации работы СУ выделены в отдельный класс задач.

В связи с вышеуказанным, перед разработчиками системы автоматического управления ставится задача идентификации объекта управления (ОУ), то есть определение параметров ОУ с тем, чтобы сформировать в дальнейшем закон управления, позволяющий осуществить управление объектом, удовлетворяющее заданным требованиям.

Параметры технологического процесса могут сильно меняться с течением времени, причём величина этих изменений может быть настолько велика, что проектировщик будет иметь дело с, фактически, несколькими объектами управления. Учесть все факторы, влияющие на ход технологического процесса практически невозможно, некоторые факторы носят стохастический характер или вообще не поддаются анализу. К тому же, как показывает практика, строить столь сложную СУ вовсе не обязательно, достаточно построить систему, выполняющую поставленные требования. А для этого вполне подходят, например, методы робастного управления.

Для управления процессом с очень быстро или очень сильно меняющимися параметрами, СУ должна обладать следующим качеством - САУ должна идентифицировать ОУ по изменению его параметров на очень небольшом отрезке времени относительно текущего момента. Поэтому задачу идентификации ОУ делят на два этапа.

Первый этап предполагает определить статические и динамические характеристики объекта управления - для того, чтобы составить математическую модель ОУ, сформировать закон управления, а также сформулировать задачу оптимального управления, если это требуется.

Второй этап предполагает оперативную идентификацию параметров ОУ непосредственно в ходе технологического процесса. Согласно принципу дуальности управления (работы Фельдбуам А.А.), процесс управления, а в особенности оптимального управления ОУ, следует разделить на две основные функции: сбор информации об объекте (первая часть цикла) и формирование управляющего воздействия на ОУ (вторая часть цикла). Оперативность заключается в том, что время сбора данных о параметрах процесса должно быть меньше, чем скорость изменения самих параметров ОУ. Мы исходим из того, что параметры объекта меняются очень сильно, в том числе, может заметно уменьшится постоянная времени. Таким образом, задача оперативной идентификации должна решаться с заведомо намного большей скоростью, чем скорость изменения характеристик процесса, то есть в реальном времени.

Необходимо отметить, что процесс идентификации должен в большей степени опираться на оценки изменений основных параметров процесса, а не на математическую модель объекта. Математическая модель объекта управления может присутствовать в системе в качестве памяти, содержащей банк данных об изменениях параметров ОУ, оказанном управляющем воздействии и реакции объекта на воздействие.