автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка обучающейся системы управления типовых процессов гидрирования

Ленинградский ордена Октябрьской Революции я ордена Трудового Красного Знамени технологический институт имаки Ленсовета.

На правах рукописи

КАРАНК.ЕВЙЧ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙСЯ СНСТЕМЦ УПРАВЛЕНИЯ типовым ПРОЦЕССОР ГИДРИРОВАНИЯ

>

05. 13.07 - Двгокатазация технологических процессов а производств (прокышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой -¡твпени кандидата технических наук

Ленинград - 1991

Работа выполнена на кафедре систем автоматизированного !ф'1вктпровамш и управления (САПРиУ) ЛГИ им. Ленсовета

НяучнчЯ руководитегь - кандидат технических наук, доцент

Рукин Владимир Львович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор . - Олейников Виктор Алексеевич

Рздумая организация - Государственный институт

прикладной химии (ПИН) г. Ленинград

часов на заседании специализированного совета К 06Я.25.08 в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте им. Ленсовета по адресу: 198013, г.'Ленинград, Загородный проспект, д. .49.

• С диссертацией можно ознакомив -ся в библиотеке института. Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные иечатьв, просим направлять по адресу: 198013, Р. ЛчЬЖРр&Д, Л-13, Московский пр., д. 26, ЛГИ им. • Ленсовета, Ученый Совет.

Автореферат разослан ^^^ 199] г.

- кандидат технических наук Лавров Вячеслав Алексеевич

г. в

Ученый секретарь специализированного соеета

- э -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Соврененный этап развития экономнкистраны характеризуется переходом к рыночный отношениях с цельюинтенсификации народного хозяйства. В связи с зтин важныки задачами являеюся повышение эффективности производства и -расширение номенклатуры продукции, выпускаемо! химической промышленностью. Одним из путей решения этих задач является создание высокоэффективных блотно-нодульных технологических схем.

В химической промышленности для ряда физико-химических процессов существуют устоявшиеся аппаратурно-технологические решения, называемые также типовыми технологическими процессами. Использование этих типовых процессов в качестве блоков' .технологических систем позволяет ускорить разработку и внедрение производств новых химических продуктов. Кроме того, имеется возможность ' строить гибкие производственные схемы, н на одном типовом технологическом оборудовании получать несколько различных продуктов. Сдерживающин фактором при создании некоторых важных типовых процессов является невозможность разработки традиционным* -методами такой системы управления, которая была бы способна обеспечивать требуемое качество управления при производстве различных продуктов на одном технологическом оборудовании. Одним из таких процессов является типовой процесс гидрирования, разработанный в соответствии с приоритетным направлении «Создание научных принципов конструирования высокоэффективной химической аппаратуры, блочно-нод«льных и гибких перестраиваемых технологических схем», постановление ЦК КПСС а СЛ СССР номер 1022 от 4.09.198/ и гасударственноЙ научно-технической программой «Ресурсосберегающие и экологически частые процессы металлургии .. химии», направление «Иалотоннажные химические продукты», Постановление СМ СССР номер 1474 от 30.12.88.

Процесс гидрирования подвержен действию монотонного нестационарного возмущения, связанного с падением актив-

в

ностк используемого катализатора. Катализатор постепенно стареет, что приводят к необходимое!» периодически останавливать процесс и регенерировать катализатор. Систека управления типовым процессок гидрирован*); должна изменять значения управляющих воздействий таким образом, чтобы частично компенсировать падение активности катализатора. Представляет большой практический интерес разработка системы управления, способной самостоятельно находить в режнне эксплуатации процесса гидрирования закон нзненеиия управляющих воздействий, компенсирующих падение активности катализатора.

Цель работы. Цепью работы является разработка системы управления * типовым процессом гидрирования, обеспечивающей отыскание закона нзненеиия значений управляют:я воздействий, компенсирующего падение активности катализатора.

Научная новизна.

Разработан метод построения системы управления типовым процессом гидрирования на ,базе обучающейся систены. Разработанный метод может использоваться для построения систем управле:ня процессами со свойствами, аналогичными свойствам процесса гидрирования, а именно : цикличность, действие монотонно изменяющихся нестационарных возмущений.

Разработана математическая модель п, .щесса обучения по результатам управления, позволяющая получить компактное логическое правило управления при обучении в активном или пассивном режиме. ,

Разработаны алгоритмы отбора' информативных переменных, позволяющие оценить в процессе обучения глубину «памят«> обьекта управления.

Разработан алгоритм обучения логического правила, обладающий меньшей трудоемкостью по сравнению с известными, позволяющие веста обучение рекуррентно н оказывать «протекцию» управляющим переменным.

Практическая значимость.

Разработана система управления типовым процессом

гидрирования, позволяющая отыскивать а режиме активного али пассивного обучения закон изменения управляющих воздействий. обеспечивавший компенсацию. падания активности катализатора.

Разработан программный комплекс, реализующий обучающуюся систему управления типовым процессок гидрирования, способный настраиваться на конкретный объект управления, что позволяет использовать разработанный комплекс для управления различен» технологическими процессами.

На основании результатов исследований процессов обучения предложена кодификация ' алгоритмов выработки управляющих воздействий, позволяющая ускорить процесс обучения прл управлении типовым процессом гидрирования.

Разработанное программное обеспечение передано для внедрения в 1Ш0 ГНПХ. Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной системы на одном объекте средней информационной мощности типа процесса гидрирования ацетона составит на менее 13,5 тыс. руб.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научно-техническом семинаре "АСУ7П в программа "Интенсафккацня-ЭО", проведенного секцией автоматизация хвмаческих производств при Ленинградской областном правлении ВХО им. Менделеева а период 25-26 кая 1988 г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано три статьи.

Структура а объен работы.

Диссертация состоит аз введения, четырех глав, заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содержат 33 рисунка, список литературы аз 7В

тзкеиоьаниЗ, приложений.

Краткое содержание глаз.

Во введении дана общая характеристика раб гы, обоснована ев актуальность, сформулирована цель исследован« 3, изложены основные научные полонения, выдвигаемые автором на эашкту а приведено краткое•содержание глав.

В первой главе произзелена разработка структуры я"

выбор негода построения скстены управления типовым процессом гидрирования. Технологическая схема процесса гидрирования совместно с системой стабилизации приведена на рис. 1. Процесс гидрирования протекает в каталитическом реакторе I. После выхода из реактора скесь, - содержащая целевой продукт, поступает в сборник 2. откуда часть ее отбирается в контур рецикла. Имеется пять контуров регулирования : расхода сырья Qc, давления Р, температуры смеси на входе tBX, расхода рецикла Орец. уровня в сборнике л. Также измеряемым параметром является температура смеси на выходе t Качество

»Ыл

ведения процесса гидрирования оцениваете» по значению степени конверсии

С8ЫХ{Г)

*(*) -1-е fr\ } *(*) 6 (0. 95,1.0) (1) вх^ '

где свых~ концентрация исходного продукта в смеси на выходе из реактора, с - концентрация исходного продукта в смеси на входе в реактор. Цель управления процессом гидрирования формализуется следующим образом : г

I X <t) dt -» max (2)

о

при ограничениях :

Р a const О » const h В cortst t a tmax с . В их вых

Qmin a Q- s Omar tmin 5 t s X™X <3)

"рец ирец ирец вх вх вх

Возмущения, действующие на процесс гидрирования, условно можно разбить на два класса. Jt первому классу относятся случайные помехи, среднее значение которых равно нулю. Ко второму классу относится возмущение в виде падения активности катализатора, среднее значение которого монотонно уменьшается. В связи с этим предложено исшзльзс.зать двухуровневую систему управления типовым процессом гидрирования (рис. 2). В качестве подсистемы первого уровня используется система стабилизации, ее задача - компенсация случайных помех

f(*). Подсястеной второго уровня является подсистема компенсации падения активности катализатора, ее задача -выработка в процессе функционирования закона изменении управляющих переменных (Орец и гвх), компенсирующего падение активности катализатора a(rj. значении Ооац я t передаются подсистеме компенсации случайных "помех как задания регуляторам.

Показано, что существующие методы построения систем управления не могут быть использованы для построения подсистемы компенсации падения активности катализатора системы управления типовым процессом гидрирования ввиду отсутствия единий математической модели ' процессов гидрирования, разного характера действующих возмущений и иестацаонарностя' процесса старения катализатора. Для построения" подсистемы компенсации падения активности катализатора предложено использовать ситуационное управление по принципу «ситуация-действие».

В качестве подсистемы компенсации падения активности катализатора можно использовать поисковую систему. Однако в силу цикличности а нэстационарностн процесса старения катализатора процесс поиска необходимо повторять при каждой цикле гидрирования. С цель» устранения необходимости проведения поиска на "аждон цикле гидрирования предложено использовать в качестве подсистемы компенсации падения активности катализатора поисковую систему с обучением. Целью обучения является запоминание а обобщение результатов поисковых движений с тем, чтобы исключать поисковые движения, не приводящие к компенсации падения активности катализатора. В качестве множества управления (действий) предпожено использовать множество возможных поисковых движения, а в качестве ситуаций рассматривать множества состояний объекта управления, а которых применение конкретного поискового движения приводит к компенсации падения активности катализатора. Танам образом, зад; чей подсистемы обучения является построение описаний ситуаций, соответствующих используемый поисковым движениям.

Использование ситуационного управления по принципу «ситуация-действие» означает, что управление будет плеть дискретный характер, вследствие чого требование (2) не может быть точно выполнено. Поэтому цель правления (1) переформулируется следующим образок : необходимо отыскать такие законы изменения Орец(т), чтобы

О

при ограничениях (3). где V - максимальное значение функционала качества 12). Показано, что поясковая система с обучением способна отыскать закон кзненешш управляющих воздействий, обеспечввабций реиешт задачи (4) с ограничениями (3) в силу того, что процесс гидрирования удовлетворяет требованиям гипотезы компактности.

Обосновано использование в подсистене обучения методов построения логических описаний систем, сформулированы требован«« к алгоритмам обучения: оказание протекции управляиаик переменных, рекуррентность. Сформулированы задачи, решение котирых необходимо для построения подсистемы компексацяя падоная активности катал..затора. { Вторая глава посвяаана разработке алгоритмического обеспечения подсвстеки компенсации падения активности катализатора, Разработка свстокы управленкп ведется е предположен», что объект управлекг« функционирует в дискретном времени по закону ав*а :

где К, - вектор выходок перамекшх объекта управления в

момент времена 0, - вемтор управддоасх переменных в

момент времени т|( - «акгор воз ну ее ни I, девствующих в момент времена ■ - количество временных кнтервалов за арена одного цикла процесса, гидрирования. Моменты времена к отстоят /фуг от друга на величину лт. Через антервапы времена А* производится опрос состояния

г

(4)

О,. *,■].

объекта управления и сиона значений управляющих воздействий. Задачей обучения является отыскания закона управления зада

Л1 ■ F1[xl.Ü,_l,*l<*i'üI_,)] * Falxt.» Fa(i,). (3)

обеспечивающего при заданно« начальной состоянии объекта

упраллання s0 построения послэдовательностя управлений ,

(ut, й2, ... 0¡,j >, обеспечавасдуп реавняо задачи (4).

Здзсь 0, — доктор пзиеняокых задапай подсистеме компенсация случайны» покоя на i - тон саго, состоящий

яз Q л tE-¿¡" " .вектор гыходиын пораненных, ч^ -

лектор воз кусана й. })актор 5, - опасцвас? состояние объекта управления а состоят пэ-слэдуечин компонент: : ■■

I, --(X,, К,, .... Хв. Ü,, и,, ... üa ) i 8)

3 соотвестстадз с- запои ■ закона упраслвняя (3) пространство..управления- сзс?о~? "хз вахтеров язноняаных

задана:"! подсастсио "коппвнсгл'Г'ч случаЗшх помох и. Пространство состоянаЛ S состой? п ввктсроо зада (6). В соответствия с npaiimaoa сзтуацношюго управления «сатуацяя . - дзЗстояо« пэсЗгшдзко . произвести дяскрвтазашю прострз::стгз ус^зйаосзЗ , получав чнозаство оозашимз- упразлйгкз гоэг".1стаяй .U. Затон каадоиу у, « U пзо?:тяапя ссггмтпгзть йпояостзо. SJ с 3 состояааЗ, э aotcpya ¡рсггяспзя Ц,' '• приводят к юапсисацяа яздопза -аятпагосга пйтзлпзатпра. Опясашгя сатуацаЗ S1 нопшэ постргугь, з' -'.'Г.о праитврастичвскаа ñyinaiali з S. яспояьзуя помял сбуюяяи.

Лгсбходашзсть• сОзсззчлгь тстпасть управления ираводзт и чрэзиорно бсльсеп? исшпсству различных Uj а U. а, соотзотстпоппп, Золь.голу кс^яоетпу сатуациЗ, что трвбуот значительного катесгсз сЗучгг^зго материала а гычаслатольшх ресурсов. Поэтому для . обеспечения компактности закон упразленял (Е.)а предложено строить а зядо' нараэтпрястаческой функция, опасыващей отношений яеяду нвоавстяон состояний S я нно,..зствок управлений U,

при атом сктуации, соответствующие отдельным Uj « U, lis выделяются. В силу таиого представления обучающий пример для алгоритма построения характеристической функция, описывающей закон управления (5), имеет вн.:

— — - . -i -i -i-i -1-1 z,= <s,, и, > =(Х,, X ..... xn, Uj , иг , ...

¡Г . Ü;, D;. ... Di) (?)

соответствующий описанию «в состоянии s, а момент времени т, были реализованы управления и,».

В общем случае информация только о текущем состоянии объекта может оказаться недостаточно для определения значений- управляющих воздействий, и может оказаться необходимой информацк,. о состояниях предыстории объекта управления. В этой случае закон управления будет иметь вид

ü, - F3 s,.Ltl..... s,.,. s,) (8)

При этом обучающий пример, соответственно, имеет вид

z, " <s,-L- ..... se_t. ?,.!),> (9)

Параметр L описывает глубину памяти объекта управления. Учет состояний предыстории не изменяет алгоритмов обучения я определения значений управляющих воздействий, поэтому ниже под состоянием объекта понимается обобщенное состояние

s. " «W Vu...... 11М, 1,> • { 10}

Для выполнения обучения необходимо разбить обучающие примеры на два класса: положительных R* и отрицательных R" примеров. Критерий разбиения обучающих примеров должен соответствовать задаче управления (4). В общем случае определение того, к какому классу относится обучающий пример, выполняется на основании анализа последствий реализации управлений и, в состоянии s,, т. е. при сравнении состояний s, и slM, в которое объект переходит после реал'-зздии и, в s,. Поэтому для построения множеств R* и R" предложено формализовать цель управления в виде предиката Gis,, s,.,). имевшего смысл «состояние лучше (или нэ хуже) состояния s,».

Тогда, если G(s,, SM2), то обучающий пример z, является положительным, а в противном случае отрицательным.

В силу того, что для построения в процессе обучения описания закона управления были выбраны методы построения логических описаний систем, каждая непрерывная переменная объекта управления должна кодироваться двоичным кодом. Поскольку распределения вероятностей переменных на диапазонах их изменений априорно неизвестны, кодирование переменных в подсистема кокпенсацги падения активности катализатора предложено производить путей разбиения диапазонов изменений переменных на равные подынтервалы и сопоставления значениям переменных, попадающих в один интервал, двоичного кода, предстан-ллюкего номер этого интервала. Коданя управлений, состояний и обучающих примеров являются булевы вектора, полученные соединением кодов их потонет: ■

и * (и,,иг.....О.) • ÍBj.Ba.....Вр) • ^ . ' :

s = (s,,s2.....sn) а,(а,,вг...„вч) • • (И)

Z *' . ' (S,.sg.....

Логическое правило виовт. вид-ЯНФ "/.',

.1 • ' » <г > ' с

F = V К; = V д J &'А. 2 & ... & А. {12).

t»1 I»» 3 i 13 Jkj

Литера вида приникает значение 1 в тон-случае, ;есла в, = с,. ' Согласно способу .. формяровакид обучающего материала правило-(12J принимает здачзназ 1 на.' корйх положительных • обучающих ' примеров , з о н* н<одах отрицательных обучающих прямерйв.

В соответствия . с видом эектёра кода обучающего примера каждый конъюнкт К, правила. (.9) 'предложено рассматривать как конъюнкции двух коиъвнкго^: К, я W, & Y,, где

W. = А. ' & А, г & ... & А.Ч 1 * J. * . . . * \ 3 О

г ' U3>

<т <Т <Г

v = а. 1 8, a.j2 & ... 8, а,5*, о+1 s j, * ... а j„ 5 q+p ' i 'г Ч

Конъюнкт УУ, описывает ииокствр кодов состояний, п конъюнкт V, описывает шгоксство йодов управлений. В соответствии с интерпретацией правила управления {12) реализация любого управления, код которого принадлежит У, в состояние, над которого ярвиадлогшу V/, долаашо приводить к 'улучшаиаэ состояния объекта управления в сныело огноаеняя С.

Для опродалышл шюязства йютонаЙ управляйся

воздействий, долустшак 5 состоянии, предпоксн

следующий алгоритм. Код текущего состояния сопоставляется со, в с вив конг-знитака - К, правила (£2). Если код -б, содержится " в и—К,, то конызпкт У1 добавляется « шдаеству 0, опвсыьасдзиу кпсаоство кодов управлении, допустили: с точку яркая правила {12) в текущая состоянии. '

Множество О содержат лв едзпствашьШ код управлений. С целью . выбора, кзпболао обоснованных значений .управляющих воздоСствий из 0 лпя реализации-.на объекте

. предложено; строя.ть' подивдкестйо .0 с 0, содержащее такса • коды управлений о,-; вероятность-: того/ что правило

{12) примет -здаченае '-'! ца .гектаре ■<51,и4> ичкбшшыгз

среди .управлений в? . 0.. Для постросига.. ниоаюстса -б Конъюнктам У,; е 0 сопостайляагся • оценки '.-.указеиноЁ вероятности,' и'ищется «¡стека ионъзпктов из'0-таких, что их ' пйресечеиве из' ранка . . сунларнак сценка' вероятности . этой • сисгеш коуъанктов ■ максимальна.

Пересечение иа'йдшшоГ: сцст.шш ио1ГЫЭ|кстов дает О.

Множество ч_управлений, опЕсьшаоноо В, .но есегда содержит только .-.один код'упраБИйкдего воздействия. Яабое

управление аз.' I) равноценно, поэтому лрл выборе

управлений из [3 предложено использовать априорную стратегию управдошш.

Задача опроделоння значений упраилпвцях еоздвёстпей может не иметь решения в тон случае, еелв код текущего

состояния нэ входят нл в одну часть IV, коиъюкктоо правила (12). При исследовании разработанной системы управления тяпоеыи процессом гидрирования автором было экспериментально обнаружено, что построение я использование двух правил управления гарантирует существование решения задачи определения значения управляющих воздэйстаяй. Одно правило описывает закон (3) и управления, определенные по этому правилу, улучпавт состояние объпкта управления - это правило. Р+. Второе правило описывает закон управления аналогичного . . внда, но управления, опрзявлошыо по этому правилу,' : ухудзают состояние объекта, управления - это правило Г", Для постровная правила Г" ко требуется дополнительного обучающего материала, г. к. попойитояыыэ примеры для Г* являются'отрлцвтелыыиа врииоргшя для я наоборот, ■••

Для построение призлл упраайсшип били разработаны два алгоритма, обаспсчпааглкх рекурроптггоа абучоняа я. протекции унравяяяяяи порвисшею.' /.лгорятн>А'*-.асущвст-' .вляат коррекции, правила. ¡гправлоняя-пр:: появлении полс~я-. тельного обучагсцэга пранора. .* Он ;;глгатся яодлфакацмзЯ алгоритма прстроаяяя £33, асиованаокр из' 'кайазденяя •кратчайшего' покрытий таблгЫ оглачаЗ йзеего положатель-, иого праяара от получойпг: рзк5э сгдеяатслбвда: '«рвкЬ-! • роя. Для обаспачокзя прс?г:азз' уфагляг^хя •'даракеикыя. персы» о .яскрагаа срз^дзтспгэ вг^пегтея , сгоМаа,г:.:., . соотввтстпупзаЭ кэпя. в прянеро. •• ■ '

Аягаратп д", ^гзрз^ггг'Д егггрса» йсуззатвяясЬ: иорракцга» ярзввлз уйрсггжгэ' £~гз' гзс^ггз совсгоготрв- . аатсяькэго пракгрз. Сз'^ггтз сз.'реэкгпгм; квпъзеитбв правела (12), кз £53 .ес£гййзз*с»1во^з^зоЬк'-'Коаь-онктоа, па. сосгугацла кстг» 'ес^ЕЗЗЗег^йго гр.:н-ра, и расааряояыа квеьвштеэ, ссх^^З сег^З отрезаталыый припер. Затея кааяиЗ раяв&г.ххй крггггг рзеегряатся по • оч вреда всока ааавеваяэ ежгтжет еггеззкя еада так, чтобы яовучаеэт {раезвфвггз ёз сагт^яа рового отрецатаяьнвго цримро в . евявретгэ гэга бы одни обучаем! првивр.

- К -

В третьей главе приведено описание программного комплекса, реализующего разработанные алгоритмы обучения в определения знзчений управляющих воздействий, используемые в подсистеме компенсации падения активности катализатора, Основное внимание уделенг описанию процедуры настройки- комплекса на объект управления, которая включает описание переменных объекта управления, описание предиката сравнения состояний С, задание значений управляющих параметров комплекса.

Описание переменной состоит из названия переменной, типа и информации о кодировании переменной. Имеется два типа переменных: управляющие переменные и переменные, описывающие состояние объекта (выходные). Управляющие переменные б своя очередь могут быть двух типов в зависимости от режима ах использования. В режиме абсолютных значений правило управления определяет новое значение управляющей перенекноп, а в режиме приращений правило управления определяет разность нежду значениями управляющих воздействий на .предыдущем и текущем шаге■ управления. Информация ; о кодировании состоит из диапазона изменения переменной в виде .нижнего «I верхнего ' значе°ик -и- .числа 'интервалов , разбиения "диапазона изменения. . Для управляющих переменных, используемых .в режиме 'приращений, дополнительно задается' диапазон возможных- приращений. Для всех управляющих переменных задается их значение в номент времени 0.

Описание -предиката . сравнений • состояний должно отражать 'цель управления _ объектом. При исследовании процессов обучения .при управлении процессом гидрирования ацетона. . использовался • предикат сравнения состояние следующего вида..

Пусть в состоянии б, < 130"С, и в этом

состоянии реализованы управления и. В состоянии з,,,, в которое перейдет объект после реализации управлений и, возможны следующие сочетания значений ц (*вых)1М ;

1. <1вых>т < 130-С, г л,. В этом случае б,,, лучше в,.

2- <ЬВЫХ>|М < 130 С, < В этом случае хуже з,. 3. 8 130 С. В этом случае э,,, хуже э,.

В случае, когда в состоянии <ьвых), * 130°С, в состоянии следует рассмотреть следующие варианты: 4" {Чых}|« * (Чых}г Очевидно, что з,., хуже <Г,.

5' (Ьвых}.>. < 8 Э10И случав 8»ч ЛУЧШ9

Приведенный критерий сравнения состояний учитывает, что процесс гидрирования ацетона может находиться в двух . режимах. Наличие двух режимов обусловлено тем, что при температуре в реакторе, большей 130°С, ускоряются побочные реакции (3). В нормальном режиме (ЬВЬ1Х * 130°С) хорошими считаются управления, не уменьшающие степень конверсии * я не выводящие процесс из нормального режима. При выходе из нормального режина хорошими считаются-управления, приближающие процесс к нормальному режиму.

Для настройки комплекса на 'управление. конкретный процессом необходимо задать • ряд парам'етров. Необходимо определить величину интервала времени между опросами состояния офьекта управления и сменц. управлений »А*. Обучение может проводиться в активном и- пассивном режимах« Имеется возможность выбора: использовать только правило . Г* или оба правила: ?* % Р\ ■ Также имеется возможность запретить корректировку правила управления,; если оно считается обученным. '• • }

Четвертая глава посвящена проведению исследований процессов обучения я определения значений управляющих воздействий, исследования ' проводились ка: имитационной модели процесса гидрирования ацетона. Цель*) исследований являлась проверка работоспособности разработанной системы управления, исследование процессов обучения при

различных алгоритмах выбора управлений из ннояества Б.

Отмечено, что параметром, определяющим способность разработанной системы к обучению, является соотношение длительности использования катализатора в одном цикле гидрирования к длительности интервала времени между

опросами состояний ь*, т, е. количество обучающих примеров, получаемых системой за один цикл процесса. Длительность одного цикла определяется величиной скорости старения катализатора. Поотону с целью определения наименьшего возможного числа обучающих примера за цикл, при котором разработанная система сохраняет способность к выработке правила управления проводилось исследование процессов обучения при различных скоростях старения катализатора. Для ' моделирования падения активности катализатора осуществлялось принудительное увеличение энергии активации реакции по экспоненциальному закону. Различные скоростей старения катализатора обеспечивались за счет использования различных постоянных времени закона старения катализатора.

При отсутствия априорной информации о стратегии управления процессом гидоированяя разумно выбирать вз

множества 5 управляющие воздействия, иининально отличающиеся от управлений на предыдущем шаге . (ближайшие управления). Исследования процессов обучения' в активном режиме при .выборе ближайших управлений показали, что разрааотанная систеха управления способна .вырабатывать, правило управления, компенсирующее падение активности'"' катализатора. По сравнению с системой стабилизации достигнуто увеличение длительности цикла гидрирования на 49 X," при зт'ом среднее значение степени конверсии, опредеЬанное с' учетом времени на регенерацию катализатора, составило 0,324 при значении' аналогичного показателя для' системы стабилизации. 0. Э. Обнаружено, что результатом обучения при выборе ближайших управлений является рост-- от .• цгкла и циклу соотношения между временем использования катализатора обучающейся системой я системой стабилизации.

Вместе с тем было обнаружено, что при использовании ближайших управлений разработанная система склонна к поддержанию в течение длительного времени постоянных значений управляющих воздействий Указанный недостаток особенно проявляется при выходи ил нормального режима

работы (1ВЫХ к 130°С), когда система длительное время удерживает обьект управления вне нормального режима. Поэтому для ускорения обучения и ускорения возврата в нормальный режим предложено в случае выхода из нормального режима использовать другой алгоритн

доопределения: из множества О выбирать управления, уменьшающие и увеличивающие Ор0Ц- Для процесов

гидрирования такое изменение управлений способствует скорейшему возврату п нормальный режим.

Для ускорения обучения и избежания поддержания постоянных значений управляющих воздействий предложено

выбирать значения управляющих воздействий из б на основе априорной информации о стратегии изменения управляющих воздействий. Для процесса гидрирования эта стратегия заключается в том, что выбираются управлеыя, увеличивающие или не уменьшающие 1вх.

Исследования показали, что при использовании указанной стратегии качественно меняется поведение системы- управления. Исключаются неопрап^аиноо поддержание постоянных значений управляющих воздействий.. При выводе из нормального рехсика производятся возврат в. йорнальный режим практически без набора обучающих примеров. Учет указанной стратегия приводит к тому, что система сразу достигает границы области нормальной работы! я совериавт нолебания 'по циклу: выход яз нормального режима -возврат в нормальный режим. Обучение приводит к. тому, что от цикла к циклу уменьшается амплитуда колгбаняй, в конечном итоге выходы аз нормального режима работы прекращаются.

После ,14 циклов обучения подсиствт компенсация падения активности катализатора, используаэ^я априорную стратегию при выборе значений управлякцяя воздействий из

б, обеспечивает увеличение длительности цикла гидрирования на 707.. В результате среднее значение степени конверсии (с учетом времени на рвгенорацвп катализатора) составило 0. 93, что на 3. 37. боль во производительности

процесса при использовании системы стабилизации.

Исследования процессов обучения при различных скоростях старения катализатора показали, что увеличение скорости старения катализатора приводит к уменьшению скорости обучения, что выражается в увеличении количества циклов обучения, требуемого для выработки правила управления, не приводящего к выходу из режима нормальной работы. Были проведены исследования при значениях ларанетра, равного соотношению длительности цикла гидрирования к длительности интервала времени между опросами состояния, больших или равных 20. При всех исследованных скоростях старения система сохраняет способность к обучению. По результатам исследований был сделан вывод, что разработанная система управления сохраняет способность к выработке в процессе обучения правила управления в тех случаях, когда значение указанного параметра не меньше, чем 20.

Основные результаты и выведи.

1. Па - основании анализа типового процесса гидрирования ■ как . . объекта. управления произведена декомпозиция : задачи, построения системы управления и предложена; двухуровневая "структура системы управления, состоящая из подсистемы компенсации случайЬых помех .и подсистемы - компенсации падения . нестационарного возмущения, (акгивности катализатора).'

2\ ' Для для типового процесса гидрирования обосновано использование в качестве' подсистемы компенсации падения Активности катализатора поисковой системы с обучёниен. : ■,.:.<

3.. ^Предложена компактная форма представления правила .'управления в . виде логической функции, описывающей отношение между множеством возможных состояний и множеством допустимых управлений.

,4. Разработана методика отбора информативных переменных, позволяющая оценивать глубину памяти объекта управления.

5, Разработаны алгоритмы определения наиболее

Рис.1. Технологическая схема типового процесса гидрирования

' | Подсистема компенсации падеяиа активности катализатора |'

Коррекци» правица управления

Ж

а и

Иласск|и!1..ая> обучающнг примеров

К

Построение управляющих воздействий

Н - -' ДМ

С

т

Г'

-1/

2

' Фсрш-роэгние обучающих примеров IV-

У '(г)

ё(г)

регуляторы

ДМ

объект управления

Та(г) <>Г(т)

Подсистема компенсации случайных помех

Рис 2. Двухуровнева» система управления типовым процессом гидрирования.

!

¡4)1

Р I

J

обоснованных значений управляющих воздействий на основании логического правила управления.

6. Разработаны алгоритмы построения логического правила управления, реализующих рекуррентное обучение и оказывающие «протекцию» управляющим пероменнгм.

7. Обоснована необходимость учена априорной информации о стратегии управления процессом гидри-нрования, разработана методика ее учета. Сформулирована априорная информация, позволяющая ускорить обучение правила управления процессом гидрирования.

8. Разработана программная реализация предложенных методов.

9. Разработанное программное обеспечение передано для внедрения в НПО ГИПХ. Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной системы на одном объекте средней единичкой мощности типа процесса гидрирования ацетона составит не менее 13,5 тис. руб.

Основное содержание диссертации , изложено в следующих публикациях:

1. Каранкевич А.И., Рукин В.Л; Метод построения ДНФ недоп/.ределенной логической: .фунилик/Ленингр. технолог. ' ин-т Им.' Ленсовета.-Я.», 1989.-а с,-Деп.' "в ' ВННЙТН* 28. 03.89, номер 19853" 589. ' ^ .

2. Каранкевич. , А'. И., . Рашковский- П. В., Рукин В.Л. Общающаяся. "¿вегеиа управления- 'типовым процессом гидрированияДенингр* технолог, вн-т им. Ленсовета.--Л. ,1989.-14 е.- Деп. ; а ОНИИТЭХИИ 26.07.89, номер 698-ХП89-

3. Каранкевич А.И., Рукнн В.Л. 'Решение обратных задач распознавания . , при логическом описании объекта исследовайия/Ленингр. технолог, вн-т им. Ленсовета.-Л. , 1989. -7' с. -Дйп. в ВИНИТИ 30.11.89, номер 7149-В89.

17.05.91 г. Зак.232-100. Бесплатно РГП ЛТИ иг.Ленсовета.Москорск!пр.,26