автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей систем управления параметрами котлоагрегата на основе математического аппарата теории нечетких множеств

На правах рукописи

Владыко Андрей Геннадьевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ КОТЛОЛГРЕГЛТА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АППАРАТА ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Комсомольск-на-Амуре

2000

Работа выполнена ил кафедре "Электропривод и автоматизация промышленных установок" Комсомольском-на-Амуре государственного технического университета.

■.Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор Соловьев В.А

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чье Ен Ун кандидат технических наук, доцент Кочегаров Г.С.

Ведущая организация:

АО "Хабаровскэнерго" ОП "Энергоналадка"

Защита диссертации состоится "1 "му.у^ 2000 г. в аудитории в ЛО часов на заседании диссертационного совета К 064.70.04 в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр.Ленина, 27.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 681013, г. Комсомольск-па-Амуре, пр. Ленина, 27, Ученому секретарю Совета К 064.70.04 Комсомольского-па-Амуре государственного технического университета.

С диссертацией можно отакомиться я библиотеке Комсомольского на-Ачуре государственного технического унинерентета.

Автореферат разослан сеуН^рЕ. 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета К 064.70.04

кандидат технических наук. . ^

доцент "'1'.г: С ___ Логинов В Н.

] 361-05Г,0

I. ОИЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность: Система управления (СУ) котлоагрегата современной теплоэлектростанции представляет собой сложный взаимосвязанный объект, от эффективности функционирования которого зависит экономичность, безаварийность и надежность работы энергоблока п целом.

Особенностью котлоагрегата, как объекта управления, является ограниченность возможностей проведения на нем экспериментальных исследований, поэтому задача совершенствования характеристик СУ котлоагрегата переносится в область разработки и исследования моделей.

Современным системам управления котлоагрегата постоянно . уделяется широкое внимание, как с точки зрения уточнения математического описания (Плетнев Г.П., Клюев A.C.), так v с использованием новых подходов к построению СУ (Куртис И.В, Москаленко A.A.).

Используемые методы анализа и синтеза СУ параметрами котлоагрегата обеспечивают улучшения лишь отдельных характеристик объекта управления. Кроме того, традиционный подход к построению систем автоматического регулирования (САР) теряет свою эффективность в сложных взаимосвязанных СУ, которые являются базовыми для котлоагрегата.

Неполнота математического описания котла как объекта управления, обусловленная линеаризацией и аппроксимацией характеристик его элементов, не позволяет в полной мере использовать принцип модального управления.

Поэтому задача улучшения характеристик СУ котлоагрегата должна решаться комплексно с использованием новых принципов построения СУ, новых методов анализа и синтеза, нового аппаратного решения. Такой комплексный подход позволит раздвинуть рамки имеющихся ограничений н обеспечить улучшение характеристик параметров котлоагрегам.

В 1965 году профессор Калифорнийского университета Лотфи Заде сформулировал новый математический подход, опубликовав работу "Fuzzy Sets" в журнале Information and Control, Данная работа заложила основы моделирования интеллектуальной деятельности человека и явилась начальным толчком к развитию новой математической теории. Дальнейшие работы Л.Заде и его последователей заложили прочный фундамент новой теории и создали предпосылки для внедрения ее методов нечеткого управления при реализации СУ в различных областях науки и техники. Наиболее известные решения таких СУ, реализованных по данному подходу, получили распространение в экономических и экспертных системах.

Таким образом, представляется актуальным проведение комплексных исследований для определения возможности построения моделей СУ параметрами котлоагрегата на основе математического аппарата нечеткой логики.

Полученные результаты должны привести к более широкому использованию разрабатываемого класса моделей соответствующие их потенциальным возможностям.

Целыо работы является разработка и исследование моделей систем управления параметрами котлоагрегата барабанного типа теплоэлектростанции с использованием вычислительного интеллекта на основе разработанных алгоритмов нечеткого вывода.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработка методики проектирования моделей нечетких СУ параметрами котлоагрегата.

2. Создание математического описания моделей СУ параметрами парогенератора с учетом функционально необходимых нечетких логических регуляторов (НЛР).

3. Разработка и научное обоснование принципов построения ИЛР для моделей систем управления рассматриваемого объекта.

4. Создание программно-аналитических средств проектирования моделей систем управления с HJTP.

5. Исследование статических и динамических характеристик разработанных моделей СУ.

6. Разработка комплекса программ для реализации ИЛР.

Основные положения, вылосимме на чащ ту:

!. Методики проектирования моделей СУ параметрами котлоагрегата на базе математического аппарата теории нечетких множеств, обеспечивающие анализ и синтез СУ по условиям воспроизведения требуемых динамических характеристик.

2. Математические модели CAP параметрами котлоагрегата, позволяющие адекватно отражать свойства СУ с учетом их специфики.

3. Программно-аналитическое обеспечение, позволяющее автоматизировать проектирование и исследование систем управления с НЛР.

4. Программно-аппаратный модуль сопряжения Для локальной СУ котлоагрегата.

5. Разработанное и запатентованное техническое решение по модели, структуре и принципу управления температурой пара котлоагрегата с использованием аппарата нечеткой логики.

Методы исследований базируются на теории дифференциальных >равненнй, операторном меюде, математическом аппарате теории нечетких множеств, методах теории автоматического управления, с1руктурном моделировании и программировании.

Научная новизна полученных результатов заключается в том, что впервые сформулирована и решена задача построения модели системы управления котлоагрегатом на базе математическою аппарата нечеткой

логики, которая позволяет получить новый подход к построению рассматриваемой СУ.

В частности:

1. Разработано математическое описание и аппарат проектирования НЛР для структурно-различных моделей СУ котлоагрггата.

2. Разработано математическое описание элементов нечеткого логического вывода для различных подходов структурной реализации СУ параметрами котла с учетом специфических свойств данных систем.

3. Теоретически обоснован и запатентован принцип построения модели САР температуры перегретого пара котлоагрегата.

4. На основании аналитических численных исследований статических и динамических характеристик выявлены основные закономерности процессов в предложенных моделях СУ.

Практическая значимость полученных результатов и выводов связана с достигнутым улучшением статических и динамических характеристик моделей СУ и созданием средств, достаточных для реализации теоретических положений:

- созданы методики проектирования моделей нечетких СУ котлоагрегатом барабанного типа;

- разработаны функционально необходимые модели НЛР, обеспечивающие реализацию различных принципов нечеткого управления для данного класса объектов;

- обеспечено повышение точности регулирования, расширение функциональных возможностей моделей СУ;

- разработаны методики и программное обеспечение НЛР обеспечивающие повышение производительности труда при проектировании и исследовании моделей СУ;

- запатентовано техническое решение на устройство и реализацию нечеткой СДР температуры пара котлоагрегата.

Реализация результатов работы. Основные результаты получены и внедрены при выполнении госбюджетной НИР, выполняемой по ЕЗН Программное обеспечение н методика проектирования НЛР для систем управления параметрами котлоагрегата внедрены на Комсомольской ТЭЦЗ. Результаты диссертационной работы, касающиеся исследования математических моделей нечетких СУ и принципов построения программного обеспечения внедрены в учебный процесс кафедры "Электропривод и автоматизация промышленных установок" КнАГТУ для специальности 21.01.00.

На все виды реализации имеются акты внедрения. Апробаиия работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на:

- 2-ой Всероссийской НТК "Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике", Чебоксары, 1998;

- Международной НТК "Нелинейные науки на рубеже тысячелетии", Санкт-Петербург, 1999;

- 3-ей международной ГПК "Методы и средства управления технологическими процессами", Саранск, 1999;

- Международном {-[ПС "Научное и научно-техническое обеспечение экономического и социального развития Дальневосточного региона", Комсомольск-на-Амуре, 1999

Материалы исследований также докладывались и обсуждались на ежегодных НТК аспирантов и молодых ученых КнАГТУ (1997-1999).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, имеется патент на изобретение устройства для регулирования температуры пара котлоагрегата.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на М/^страницах машинописного текста,

£

иллюстрированных рисунками и таблицами, списка

использоианных источников из наименований и приложений, в

которых представлены два акта о внедрение результатов диссертации и описание структуры разработанного программного обеспечения.

2. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, цель и задачи исследований. Показана научная новизна диссертации, дается ее краткая характеристика и приведены основные научные результаты, которые выносятся на защиту.

В нерпой главе дается обзор существующих подходов к построению моделей СУ параметрами котлоагрегатов барабанного типа. Проанализирована возможность построения моделей нечетких СУ для данного класса объектов.

Парогенератор, рассматриваемый в качестве объекта управления, представляет собой сложную динамическую систему с нескольким/; взаимосвязанными входными и выходными величинами. В системе существует явно выраженная направленность участков регулировании парогенератора по основным каналам регулирующих воздействий, таким как расход питательной воды - уровень, расход воды на впрыск - перегрев, расход топлива — давление и др., которые позволяют осуществлять стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых одноконтурных систем, связанных лишь через объект регулирования. При этом регулирующее воздействие того или иного участка принимается за основное, а другие воздействия являются по отношению к этому участку внутренними или внешними возмущениями.

Существующая на данный момент СУ барабанного парогенератора состоит из ряда локальных систем, каждая из которых регулирует

У

собственный параметр и зависит от ряда неконтролируемых пли слабо контролируемых факторов, таких, например, как структура или состав топлива, состояние поверхностей нагрева пароперегревателей и т.д. Отсутствие надлежащего контроля над данными факторами приводит к уменьшению эффективное™ работы локальных СЛР, уменьшает коэффициент полезного действия коглоагрегага н снижает экономичность его работы.

В результате анализа публикаций связанных с оптимизацией работы СУ котлоагрегата были выявлены следующие направления в этой области. Одно из направлений предусматривает существенное упрощение модели котлоагрегата до представления его в виде передаточной функции, связывающей изменение давления пара с изменением положения регулирующих клапанов котла и турбины. Такое упрощение предопределено тем, что изменение выдаваемой агрегатом fi энергосистему мощности определяется в конечном итоге только изменением давлении пара на выходе котла. Но при этом, данный подход не учитывает целый ряд взаимосвязанных параметров влияющих на изменение давления пара (расход топлива, воды, воздуха, температуры и т.д.), что сказывается на качестве моделирования данной системы

Другое направление связано с оптимизацией локальных СУ с целью повышения динамической точности системы при возмущении нагрузкой, путем введения динамической коррекции, обеспечивающей более высокую чувствительность системы к ошибке и к характеру ее изменения. Однако, как показали проведенные исследования, такой подход к построению модели СЛР не обеспечит в должной мере эффективную работу устройства при динамических перегрузках, а при действии недетерминированных' возмущений основные характеристики ухудшаются, а СУ заметно усложняется.

Проведенный анализ позволил сформулировать следующее:

- существующие научно-инженерные подходы направлены в основном на улучшение динамических свойств локальных СУ коглоагрегаюм посредством введения дополнительных узлов и усложнения системы регулирования;

-< .учет взаимосвязей непосредственно не производится, а учитывается лишь косвенно;

- следует применять методы моделирования для анализа и синтеза CAI' котлоагрегата, так как рассматриваемый объект относится к классу систем с ограниченными возможностями для проведения экспериментальных исследований.

В тоже время, гибкость и эффективность нечеткого управления ноэполяет применить его принципы к энергетическим объектам. Нечеткое управление позволяет избежать ручной подстройки, так как но определению, нечеткая логика моделирует процесс ассоииагишюго мышления человека, а в данном случае оператора, осуществляющего ручное управление. Кроме этого, основанное на мягких вычислениях управление косвенным образом учитывает неточности и допущения в математическом описании модели объекта управления, которые неизбежны при проектировании классической СУ.

Представленные особенности • нечеткого управления позвотяют создавать робастные и более эффективные СУ для рассматриваемого класса объектов управления.

В первой главе определены задачи синтеза моделей нечетких САР котлоагрегата, которые рассматриваются в рамках диссертационной работы следующим образом. По структурному признаку:

- разработка модели нечеткой САР параметрами котлоагрегата с непосредственным управлением па основному каналу управления;

- разработка модели нечеткой САГ параметрами котлоагрегата v управлением по дополнительному каналу управления;

- разработка- модели нечеткой СУ параметрами котлоагрегата с использонакием комбинированного управления.

По методу нечеткого вывода:

- разработка модели НЛР для САР котлоагрегата по алгоритму Мамданн;

- разработка модели НЛР для САР котлоагрегата но алгортму Сугеио;

- разработка модели НЛР дня САР котлоагрегата по гибридному алгоритму.

Но второй главе решается поставленная задача синтеза моделей локальных СДР параметрами котлоагрегата с применением нечеткого регулирования по различным алгоритмам нечеткого в и вода, на основе ранее сформулированных структурно-различных подходов.

Рассматривается синтез и исследование следующих моделей нечетких локальных САР:

- модель нечеткой САР темперагуры пара котлоагрегата с использованием 1Ü1P в качестве корректирующего элемента, настроенного но алгоритму Мамданн;

- модель нечеткой САР расхода общего воздуха (РОВ) с использованием НЛР в прямом канале управления, настроенного rio алгоритму Сугеио;

- модель нечеткой САР расхода топлива с использованием HJIP, настроенного по двухуровневому гибридному алгоритму. В качестве верхнего уровня выступает нейронная сеть, которая в результате обучения определяет заполнение нижнего уровня - базы знаний НЛР, настроенного по алгоритму Сугеио.

Нечеткое управление есть логическое управление, при котором управляющее воздействие является результатом логического вывода. В специализированной нечеткой логике используется минимаксный

алгоритм, реализующий лошчеекий выпид в вине расширенного Мосйгч

Ропст по следующей схеме:

Посыпка 1: Если Л есть /I. То У есть Н

Посылка 2: Если X есть Л'

Следствие: Уесть В\

где В'"Л'* (А-+В), • - знак композиции.

При синтезе моделей НЛР, для входных сигналов регуляторов вводятся лингвисшческие переменные, определяемые набором <р, Т, X, С, М>, где:

Р - наименование лингвистической неременной;

Т - множество ее значений, представляющих собой наименования нечетких переменных, областью определения каждой из которых является множество X (терм-множество);

С - синтаксическая процедура, описывающая процесс образования из множества Т новых, осмысленных значений лингвистической переменной; М -- семантическая процедура, позволяющая приписать каждому попону значению, образуемому процедурой С, некоторую семантику путем формирования соответствующего нечеткого множества, т.е. отобразить новое значение в нечеткую неременную.

В соответствие с" отмеченным, для входных сигналов итеративным методом задаются нормальные непустые подмножества на универсальном множестве {'¡.

Результатом этапа фаззификации становятся значения лингвистических переменных:

которые поступаю! на вход блока нечеткого вывода.

Содержательным компонентом блока нечеткого вывода является база знаний НЛР. Для заполнения базы знаний определяются цели управления в зависимости от той модели САН, для которой синтезируется НЛР.

Базу зияний НЛР формируется в виде продукций (дли двух входных перемеиких):

ЕСЛИ р, есть АII {!„, есть Аг' ТО г.

- для алгоритма Мамдани г есть й', где:

<г, Тз, Х3, Сз, Мз> - - выходная лингвистическая переменная, В1 - нечеткое множество;

- для алгоритма Сугено г = р (]| + 7 р(+( +/■, где:

/), с/, г - константы, которые определяются в соответствие с целями управления.

Основной задачей блока нечеткого логического вывода является получение множества значений функций принадлежности для термов выходного сигнала (линейной зависимости для метода Сугено), исходя из имеющегося множества значений функций принадлежности для термов входного сигнала. С помощью правил преобразования дизъюнктивной и конъюнктивной формы описание системы можно привести к импликативпому виду Х->У, где X и У - универсальные множества входных и выходных переменных. Совокупность импликаций отражает функциональную взаимосвязь входных и выходных переменных и является основой для построения нечеткого отношения 11:(Х--»\*), заданного на произведение (X хУ).

Если на множестве X задано нечеткое множество А, то композиционное правило вывода В=А*К определяет на У нечеткое множество В с функцией принадлежности:

/'«00и Ь'л (■*)Л мЛх,у)).

а

Таким образом, композиционное правило вывода в этом случаи задает закон функционирования нечеткой системы.

Так для модели нечеткой САР температуры пара, управляющие правила приводя 101 к виду ЕСЛИ (А|' х А,') ТО В1, где (А/ х А2') -

декартово произведение нечетких множеств А| и А2, заданных на шкалах

Г.| и К2 с функцией принадлежности:

^ ) = ^ ^ ) А ^

определенной на Е1ХЕ1.

Для каздого из правил вида ЕСЛИ (А/ х А^) ТО IV, где (А,' х А;')-входное нечеткое множество, а 15' - соответствующее выходное нечеткое множество, определяется нечеткое отношение к А2')х В1, с

функцией принадлежности:

/V (Й, ¿2 \ г) =^) А цА{ (¿'2 )]л Цв, (г).

Совокупности всех правил соответствует нечеткое отношение:

с функцией принадлежности:

N

При заданных значениях А Л Л2' входных переменных, значение В' выходной переменной определяется на основе композиционного правила вывода:

В1 = (Л,] х Аг>П

со степенью принадлежности:

и и ^ )Л ¿и ^^ ^5 £'2'.

После процедуры нечеткого вывода, осуществляется процедура дефаззификации - перевод нечеткого значения г в четкое значение г.

Существуют различные методы дефаззификации, наиболее популярными из которых являются такие, как метод центрирования, метод

центра тяжести, метод середины максимума. Использование метода центра тяжести является более предпочтительным при проектировании моделей нечетких САР, так как в этом случаи нечеткий алгоритм идентичен работе ИИ-регулятора.

Исходя из гипотезы о том, что G определяется на конечном множестве высказываний U={«i,...un} выходное значения по методу центра 1яжестн получаем но формуле:

и,хС{и,)

где / - номер правила вывода. Следовательно, получаем центр тяжести массива, принадлежащий множеству, обозначенному как G.

Для проверки базы знаний HJIP на оптимальность в данной работе оцениваются такие показатели, как полнота и непротиворечивость правил управления.

Требование полноты для системы продукций сводится к определению:

ы

где Supp А,- - носитель нечеткою множества Af. Это означает, что для каждого текущего состояния s процесса, существует- хотя бы одно управляющее правило, посылка которого имеет ненулевую степень принадлежности для х.

Непротиворечивость системы управляющих правил трактуется как отсутствие правил, имеющих сходные посылки и различные или взаимоисключающие следствия. Степень непротиворечивости j-ro и k-ro правил задается величиной:

Б результате исследований доказана полнота и абсолютная непротиворечивость базы знаний НЛР для различных моделей САР параметрами котлоагрегата.

Задача синтеза модели САР перегретого пара структурно решается посредством ввода НЛР с алгоритмом Мамданн в качестве корректирующего элемента (рис. 1.). На данную модель САР автором получен патент.

Рис.1.

В ходе проведенных исследований, было доказано, что НЛР с алгоритмом Мамдани реализует лишь аналог пропорционального закона управления. Следовательно, НЛР с данным алгоритмом не может быть применен в прямом канале управления без ввода дополнительных динамических звеньев. Результаты моделирования при отработке 10 % возмущения подтверждают правомерность выбранного решения. На рис.2 график 1 - система с ПИ-ре1улятором, график 2 - система с НЛР. •

Исходя из представленных результатов моделирования можно судить об адекватности рассматриваемой модели САР, устойчивость которой доказана с применением метода Ляпунова.

554,64 °С

415.98

277.32

е

130,БЕ О

О 500 1С08 1БП0 с 201)0 I -«■

Рис.2.

Для модели САР РОВ решенче синтеза Ш1Р проведено но алгоритму Сугено, который, как доказано в работе, позволяет использовать нечеткий регулятор в прямом канале управления и эффективно эмулирует классические законы регулирования.

С помощью алгоритма Сугено можно задать желаемый закон регулирования в правой части продукционного правила. Так, для модели САР РОВ выходная величина регулятора построенного на нечетком логическом выводе типа Сугено первого порядка имеет значение:

г = р-х + д-у + г,

где х - лингвистическая переменная "ошибка управления", у -лингвистическая переменная "интеграл ошибки", р, q, и г -константы, задающие вид закона регулирования и его параметры. Приняв значения р=к, 1]=к/Г, г=0 - получим нечетки!! аналог пропорционально-интегрального закона управления, а обеспечив желаемые значения коэффициента усиления к и постоянной г,р?ме,.п; Т

получим качественное улучшение основных характеристик модели САР РОВ при сохранение ее устойчивости и адекватности.

Для модели САР расхода топлива впервые был применен гибридный подход с использованием адаптивно-нейронной нечеткой структуры, позволяющий перевести задачу синтеза моделей СУ ' параметрами котлоагрегата в область исследования синергетических систем. Искусственная нейронная сеть была обучена на основе вектора входных и выходных данных, обеспечивающих оптимальные показатели работы модели САР. По результатам обучения, нейронная сеть сформировала основные настройки ШГР. Данный подход позволил автоматизировать процесс синтеза НЛР с сохранением основных качественных показателей модели СУ.

Таким образом, в результате проведенных исследований можно представить следующие выводы:

1. Разработан математический аппарат описания НЛР для рассматриваемого класса моделей систем управления.

2. Разработаны различные структуры моделей НЛР в зависимости от сложности и типа локальных СУ.

3. Доказана полнота и не противоречивость математического описания базы знаний нечетких регуляторов для вышеуказанных моделей систем управления.

4. Разработаны методики настройки баз знаний НЛР для различных моделей СУ, позволяющих оптимизировать как процесс настройки, так и базу знаний.

В третьей главе решается задача разработки модели нечеткого логического контроллера (НЛК) для взаимосвязанной системы управления параметрами узла горения парогенератора на примере двух локальных систем: расхода топлива и РОВ.

Исследуемые модели локальных САР в совокупности обеспечивают экономичный режим горения топлива, который реализуется при подаче в топку воздуха в количестве, определяемым равенством:

Уу = аУт,

где:

а — коэффициент избытка воздуха;

Ут—теоретически необходимое количество воздуха.

Так, при моделировании системы, использовались данные о топливе, поступающем на Комсомольскую ТЭЦ-3. Дггя данного типа топлива теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1м5 газа составляет 9,54м3. При номинальном режиме работы теплоэлектростанции коэффициент избытка воздуха равен 1,06. Таким образом, количество воздуха для сжигания 1 м3 газа: УУ)мз = 1,06-9,54= 10,1124 м3/ м3.

Зная УУ|Мз и количество сжигаемого топлива можно получить общее количество воздуха Уу необходимое для процесса горения: Уу= V,,-УУ|мз = V,,- 10,1124 м3.

В результате исследований выявлена и обёспечена взаимосвязь двух локальных систем через объект управления путем ввода масштабированного сигнала с первичного преобразователя расхода топлива на модель САР РОВ. Поскольку эта связь односторонняя и в системе присутствуют запаздывания, обусловленные инерционностью топки, то существует возможность "опрокидывания" полученной модели, а это для объекта данного класса не допустимо.

В качестве устройства управления было предложено использовать НЛК, на который будут подаваться значения параметров контролируемых узлом горения. Зная текущую информацию об объекте можно вырабатывать сигнал управление, до того, когда сигнал с одной каскадной

системы поступит на вход другой. 11ЛК корректирует сигнал задания, идущий с модели САР расхода топлива па модель систему POD с опережением (рис. 3).

Рис.3.

Нечеткий контроллер содержит четыре входа, два выхода и работает по'алгоритму С.угено. На два входа контроллера подаются сигналы отклонения регулируемой величины от установленного значения. На другие два входа подаются проинтегрированные сигналы отклонения. Выходные сигналы ШЖ осуществляют параллельную коррекцию двух систем, при возникновении возмущений на любой из них.

Адекватность полученных результатов моделирования данной системы показали возможность использования централизованного управления посредством 11Л1С двумя локальными САР.

Таким образом, при синтезе модели взаимосвязанной СУ, былп осуществлением развязка каналом при сохранении быстродействия и показана универсал ыюсп> настройки модели НЛК.

Четвертак глава содержит вариант аппаратно-программной реализации НЖ.

Система, реализующая нечеткое регулирование аппаратно состоит из ПЭВМ на базе PENTIUM 11-300 с 32Mb оперативной памяти под управлением Windows'?* и программируемого логического контроллера (ПЛК) MODICON 984 серии, соединенного с ПЭВМ через совместимый последовательный интерфейс RS-232C. Управляющие функции полностью возложены на ПЭВМ, в то время как ПЛК осуществляет функции устройства связи с объектом управления. Для организации связи между сигналами промышленного оборудования и RS-232C используется протокол ModBus (рис.4.).

Рис.4.

Процесс нечеткого регулирования реализовался следующим образом. Посредством моделирования в системе "Fii2zyLogic Toolbox for MatLab" генерируется исходный файл, содержащий всю информацию о процедуре нечеткого вывода. Затем штатными средствами этой же системы получаем самостоятельную программу, реализующую нечеткий вывод и работающую с устройствами стандартного ввода-вывода.

Поскольку сгенерированная программа принимает входные данные из файла и выдаст результат на устройство вывода, имеется возможность стандартными средствами операционной системы перенаправить вывод в файл. Таким образом, был построен пакетный модуль, в котором циклически вызывается программа расчета, а также программа, которая считывает результаты вычислений, отправляет их на контроллер и формирует из полученных с контроллера данных новый входной файл. Для обеспечения сопряжения с контроллером, посредством системы Borland Delphi 4 был создан модуль MODICON.PAS. Интерфейсная часть модуля содержит шаблон пакета протокола Modbus, имя коммуникационного порта и подпрограммы передачи и получения пакетов. Передача пакетов осуществляется с помощью стандартных функций WIN32 API.

Таким образом, в данной глазе представлен разработанный и реализованный программный модуль сопряжения для локальной системы управления котлоагрегата, позволяющий эффективно применять нечеткое управление на стандартной аппаратной базе.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Применен принцип нечеткого управления параметрами котлоагрегата, обеспечивающий более эффективную работу СУ и котлоагрегата в целом.

2. Разработаны методики, позволяющие проектировать модели СУ параметрами котлоагрегата на базе аппарата теории нечетких множеств, обеспечивающие анализ и синтез СУ по условиям воспроизведения требуемых динамических характеристик.

3. Разработаны математические модели систем управления параметрами котлоагрегата адекватно отражающие свойства СУ с учетом их специфики.

4. Создано программно-аналитическое обеспечение, позволяющее автоматизировать проектирование и исследование систем управления с HJTP.

5. Научно доказана и обоснована возможность использования для моделей СУ котлоагрегата различных подходов реализации регуляторов по нечеткому принципу, в зависимости от структуры систем управления, обеспечивающих улучшенные статических и динамических характеристики систем управления.

6. Разработан и реализован программный модуль сопряжения для модели локальный СУ котлоагрегата, позволяющий эффективно применять нечеткое управление на стандартной аппаратной базе.

7. Разработано и запатентовано техническое решение по модели, структуре и принципу управления температурой пара котлоагрегата с использованием аппарата нечеткой логики.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Солопьев В.А., Владыко А.Г. Оперативное диспетчерское упраиление при нечеткой исходной информации // Проектирование технологических комплексов: сб. науч. тр. ПИ И КТ. - Хабаровск: ХГТУ, 1998, с.78-87.

2. Соловьев В.А., Владыко А.Г. Робастный подход к синтезу системы автоматического регулирования паровых котлов барабанного типа // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: Материалы II всерос. науч.-техн. конф. - Чебоксары, МГУ, 1998, с.74-77.

3. Соловьев В.А., Владыко А.Г. Применение мягких вычислений к построению моделей нелинейных систем К Нелинейные науки на рубеже тысячелетий: Материалы междунар. науч. конф. - С.-Петербург, 1999, с.67.

4. Cojiobi.ch В.А., Легенкин B.C., Владыко А.Г. Разработка каскадной цифровой системы регулирования температуры перегретого пара в условиях неполноты информации // Научное и научно-техническое

обеспечение экономической» и социального развития Дальневосточного реиюна: Материалы междунар. науч.-иракт. симпозиума, 4.1. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 1999, с.57 - 58.

5. Соловьев В.А., Владыко А.Г., Легенкин B.C. Применение нечеткой логики в устройствах регулирования энергетическими объектами // Электроэнергетика и энергосберегающие технологии: Межвуз. сб. науч. v. гр. - Владивосток: ДВГТУ, 1998, с. 125-133.

6. Соловьев В.Д., Владыко А.Г. Использование адаптивно-нейронных нечетких структур при синтезе систем управления сложными технологическими объектами Н Методы и средства управления технологическими процессами: Сб. тр. Ill междунар. науч. конф. - Саранск: МГУ, 1999, с.290 - 294.

7. Владыко А.Г'., Легенкин B.C. Принципы построения нечетких регуляторов (аналитический обзор) // Материалы науч.-техн. коиф. аспирантов и студентов, ч.1, - Комсомолск-на-Амуре: КнАГТУ, 1998, с. 122-126.

8. Владыко А.Г., Хандошко К.В. Синтез гзаимосвязанной системы узла горения на основе мягких вычислений // Научно-техническое творчество аспирантов и студентов: Материалы 29-й науч.-техи. конф. аспирантов н студентов, ч.1, - Комсомолск-на-Амуре: КнАГТУ, 1999, с.36-37.

9. Пат. 2151342 РФ, Устройство для регулирования температуры и при котлоа! регата. Соловьев 13.А., Владыко А.Г., Легенкин B.C.

КнАГТУ,тир. ГСЛ.зак. 14945.