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

Ленинградский ордена Октябрьской Революции к ордена Трудового Красного Знананя технологический институт ннени Ленсовета.

На правах рукописи '

ЮАРАШСЕВИЧ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙСЯ. СНСТЕИЬ| УПРАВЛЕНИЯ ТИПОВЫМ ПРОЦЕССОМ ГИДРИРОВАНИЯ

*

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов з производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

днссортацяп на соискание учено! -¡тепеня кандядата техннческпх наук

Ленангра« 1991

Работа выполнена на кафедре систем автоматизированного проектирования и управления (САПРиУ) ЛТА им. Ленсовета

Няучнчй руководитель - кандидат технических наук, доцент

Рукин Владимир Львович

Официальные оппоненты - доктор технических каук, профессор

Олейников Виктор Алексеевич

- кандидат технических наук Лавров Вячеслав Алексеевич

Вздутая организация - Государственный институт

прикладной химии (ГИПХ) г. Ленинград

Защита состоится ¿¿¿¿Р^1991 г, в

чайов на заседании специализированного совета К 063.25.08 в Ленинградском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте им. Ленсовета по адресу: 198013, г1. Ле-¡{инград. Загородный проспект, д. .49.

• С диссертацией мъжно ознакомив ,ся в библиотеке института. Отзывы и замечания в одном экземпляре, заворошив печатью", просим направлять по адресу: 199013, г. Ленинград, Л-13, Московский Пр., Д. 26, ЛТИ им. » Ленсовета, Ученый Совет.

Автореферат разослан ¿/¿¿-¿2^ 1991, г.

Ученый^секретаръ специализированного совета

д.т.н., доцент Л.А.Русинов

ОБЩ Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Современный этап развития экономикистраны характеризуется переходом к рыночный отношениям с цельюинтенсификации народного хозяйства. В связи с этим важными задачами являеюся повышение эффективности производства и расширение номенклатуры продукции, выпускаемой химической промышленностью. Одним из путей решения этих задач является создание высокоэффективных блочно-модульных технологических схем.

В химической промышленности для ряда физико-химических процессов существуют устоявшиеся аппаратурно-технологаческие решения, называемые также типовыми технологическими процессами. Использование этих типовых процессов в качестве блоков' .технологических систем позволяет ускорить разработку и внедрение производств новых химических продуктов. Кроне того, имеется возможность • строить гибкие производственные схемы, и на одном типовом технологическом оборудовании получать несколько различных продуктов. Сдерживающим фактором при создании некоторых важных типовых процессов является невозможность разработки традиционными 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-мод»льных н гибких перестраиваемых технологических схем», постановление ЦК КПСС и СЛ СССР номер 1022 от 4.09.198/ и г^ударственной научно-технической программой «Ресурсосберегающие я экологически^ чистые процессы металлургия .. химии», направление «Малотоннажные химические продукты», Постановление СМ СССР номер 1474 от 30.12.88.

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

ности используемого катализатора. Катализатор постепенно стареет, что приводит к необходимости периодически останавливать процесс и регенерировать катализатор. Система управления типовым процессом гидрировании должна изменять значения управляющих воздействий таким образом, чтобы частично компенсировать падение активности катализатора. Представляет большой практический интерес разработка системы управления, способной самостоятельно находить- в режиме эксплуатации процесса гидрирования закон изменения управляющих воздействий, компенсирующих падение активности катализатора.

Цель работы. Целью работы является разработка системы управления типовым процессом гидрирования, обеспечивающей отыскание закона изменения значений управляют: с воздействий, компенсирующего падение активности катализатора.

Научная новизна.

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

Разработана математическая модель п, .щвсса 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 «памяти» объекта управления.

Разработан алгоритм обучения логического правила, обладающий меньшей трудоемкостью по сравнению с известными, позволяющий вест« обучение рекурренгно и оказывать «протекцию» управляющим переменным.

Практическая значимость.

Разработана система управления типовым процессом

гидрирования, позволяющая отыскивать в режиме активного или пассивного обучения закон изменения управляющих воздействий, обеспечивающий компенсацию падания активности катализатора.

Разработан программный конплекс, реализующий обучающуюся систему управления типовым процессом гидрирова-ная, способный настраиваться на конкретный объект управления, что позволяет использовать разработанный комплекс для управления различ"ынн технологическими процессами.

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

Разработанное программное, обеспечение передано для внедрения в НПО ГИПХ. Ожидаемый экономический, эффект от использования разработанной системы на одной объекте сродней информационной мощности " типа процесса гядрнрования ацетона составит не менее 13,3 тыс. руб.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на научно-техническом семинаре "АСУТП в программе "Интенсифакация-90", проведенного секцией автоматизации химических производств при Ленинградской областном правлении ВХО им. Менделеева в период 25-26 мая 1988 г.

Публикации.. По теме диссертационной работы опубликовано три статьи.

Структура а объем работы.

Диссертация состоит аз введения, четырех глав, заключения, изложенных на 148 страницах машинописного текста, содерият 33 рисунка, список литературы из 76 начиеноьаииЗ, прилоиеняй.

Краткое содержание глаз.

Во введении дана общая характеристика раб гы, обоснована оз актуальность, сформулирована цель асследо-ванзЗ, изложены основные научные положения, выдвигаемые автором на защиту а приведено краткое содоркание глав.

В первой глава произведена разработка структуры п

выбор метода построения системы управления типовым процессом гидрирования. Технологическая схема процесса гидрирования совместно с системой стабилизации приведена на рис, 1. Процесс гидрирования протекает в каталитическом реакторе 1. После выхода из реактора смесь, содержащая целевой продукт, поступает в сборник 2, откуда часть ее отбирается в контур рецикла. Имеется пять контуров регулирования -. расхода сырья Ос, давления Р, температуры смеси на входе расхода рецикла 0ре^. уровня в сборнике />. Также измеряемым параметром является температура смеси на выходе *ВЬ1Х- Качество ведения процесса гидрирования оценивается по значение степени конверсии М*)

свых(г)

« 1- -Г—т^у , Х(Г) « (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 следующий образом : т

| X (х) с!Х шах (2)

о

.при ограничениях :

(3)

Р a const Q » const h = cortst t at

C . Bi-.X ВЫХ

Qmin a Q » Qmax tmin a t a tma*

рец *рец "рец вх вх вх

Возмущения, Действующие на процесс гидрирования, условно можно разбить на два класса. JC 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 использмать двухуровневую систему управления типовым процессом гидрирования (рис. 2). В качестве подсистемы первого уровня используется система стабилизации, ее задача - компенсация случайных помех

f(x). Подсистомой второго уровня является подсистема компенсации падения активности катализатора, ее задача -выработка в процессе функционирования закона изменения управляющих переменных CQno„ и компенсирующего

U t> Д ол

падение активности катализатора а(т). значения Q, и

pGZJ

t передаются подсистеме компенсации случайных помех как зздания регуляторам.

Показано, что существующие методы построения систем управления не могут быть использованы для построении подсистемы компенсации падения активности катализатора системы управлрния типовым процессом гидрирования ввиду отсутствия единий . математической модели ' процессов гидрирования, разного характера действующих возмущений и нестацнонарностн' 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 и нестационарности процесса старения катализатора процесс поиска необходимо повторять при каждом "цикле гидрирования. С целью устранения необходимости проведения поиска на каждом цзкле гидрирования предложено использовать в качестве подсистемы компенсации падения активности катализатора поисковую систему с обучением. Целью обучения является запоминание а обобщение результатов поисковых движений с тек, чтобы исключать поисковые движения, не приводящие к компенсации падения активности катал..затора. В качестве множества управлений (действий) предложено использовать множество аозкожных поисковых движений, а в качестве ситуаций рассматривать множества состояний объекта управления, а которых применение конкретного поискового движении приводит :< компенсации падения активности катализатора. Таким образом, злд: чей подсистемы обучения является построение описаний ситуаций, соответствующих используемым поисковым движениям.

Использование ситуационного управления по принципу «ситуация-действие» означает, что управление будет иметь дискретный характер, вследствие чего требование (2) не кохет быть точно выполнено. Поэтому цель правления (1) переформулируется следующим образом необходино

отыскать такие законы изменения Ор0ц(т). что^ы

г

" " [ Х[ °рец(т}' 4»х(т)]Л < с (4)

при ограничениях (3), где V - максимальное значение функционала качества <2). Показано, что поисковая система с обучением способна отыскать закон изменения управляющих воздействий, обеспечивающий решение задачи (4) с ограничен,.яки (3) в силу того, что процесс гидрирования удовлетворяет требованиям гипотезы конпактиостк.

Обосновано использование в подсистеме обучения методов построения логических описаний систем, сформулированы требования к алгоритмам обучения: оказание протекция управляющим переменным, рекуррентность. Сформулированы задачи, резание которых необходимо для построения подсистемы компенсации падения активности катализатора. . ( Вторая глава посвяяена разработке алгоритмического обеспечения подсистемы компенсации падения активности катализатора. Разработка система управления ведется в предположении, что объект управления. функционирует' в дискретном времени по закону айда :

*..» ' [*..' 0,. ]. ««О.«

где X, - вектор выходшх перенайма объекта управления в

момент времени 0, - вектор упрамямих переменим в

момент времени*,, - вектор возиуяеми!, действующих в момент времени *,,■ ■ - количество временна интервалов за время одного цикла процесса гидрирования. Моменты времени и отстоят друг от друга на величину Через интервалы времени ¿г производится опрос состояния

обьокта управления н смена значен«й управляющих воздействий. Задачей обучения является отыскания закона управления вида

•и, - Г.^.и,.,,*,«..".-.*] = ^(х^и,.,) - Г2С^> 13)

обеспечивающего при заданном начальной состояния объекта

управления построения послодовательности управлений

(5,. и2, ... и^ ), обоспечнвакхцуп решонио задачи (4).

Здесь и, -- вектор пзненяакых заданий подсистеме компенсации случайных понох на 1 - тон паго. состоядив

113 ^роц я " а0КТ0Р выходных переменных, -

вектор возмущений. Йектор 5, • описывает состояние объекта управления я состоит зз слэдукцих компонент!

3, - (X,. х2, .... Х„; й3. ... 0, ) (5)

В соотвестстааи с впдои канона управления (3) пространство управлоняЗ состоит кз вшетороз изменяемых

заданий подсастеио 1<о«поиса«?:п случ'аШак понох и. Пространство состояний. Б состозт докторов вида (6). В соответствии с принципом сатуециоииого управления «ситуация - дзЗсиае« пэеЗгод^яо произвести дискретизации пространства уграедохггЭ , - получив зшоааство эоэкоаздз- упрзгл.^гз пззсзЗстввВ .и. Зато« иаадону и} « 11 июбяолп-э ссгсзтггг.гь п^мастао 51 с 3 состояний, а котерлл приводит к

коипансацая падокза аатезжзегз пзтоггззтора.' Описания езтуацпй Б3 полка яоетргтть э е™гэ ^^аатерастичосках ЛуикциЭ а Б, используя Г.1ТО~Л с^упгпа..

Необходимость сбзсггэтпть тсппзсть управления приводит и чрезмерно Оояьнгн? иоатсству различных в и, у, соотэотстпсппз, содь^сЬу пггпестпу ситуаций, что требует значительного иолтсстгэ сЗучг^цэго материала а пычислптелькьа ресурсоз. Позтояу для . обеспечения компактности закон управления (Е.) * предлояено строить в заде характеристической функции, описывающей отношение меяду мнолоством состояний Б и множеством управлений и,

при этой ситуация, соответствующие отдельным Uj « U, не выделяются. В силу такого представления обучающий пример для алгоритма построения характеристической функции, описывашей закон управления (5), имеет вг.:

- - — _i -i -i -1-1 -1-1 z,= <s,, и, > =(х,, X...... х„. и, , иа . ...

и. , и,. иг. ... и.) (7)

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

В общем случае информации только о текущей состоянии объекта "ожег оказаться недостаточно для определения значений управляющих воздействий, и может оказаться необходимой икфориацк.. о состояниях предыстории объекта управления. В этом случае закон управления будет инеть вид

ú, - F, (i,.,.. s,.Ln..... s.) (8)

При этом обучающий пример, соответственно, имеет вид

г, " <s.-f s,^,,...,. 5,.,, !,,{],> (9)

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

s. = ^i-f ..... Vr s> ' (Ю)

Лля выполнения обучения необходимо разбить обучающие примеры на два класса: положительных R* и отрицательных R" примеров. Критерий разбиения обучающих примеров должен соответствовать задаче управлений (4). В общем случае определение того, к какону классу относится обучающий пример, выполняется на основании анализа последствий реализации управлений и, в состоянии s,, т. е. при сравнении состояний s, я s,,,, в которое объект переходит после ;1еал"зации и, в s,. Поэтому для построения множеств R* и R" предложено формализовать цель управления в виде предиката G(s,. s,.,). имеющего смысл «состояние s,.. лучше (или не хуже) состояния st».

- u -

Тогда, ослк G(s(, su2), го обучающий принер z, является положительны«, 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 подсистеме компенсации падения активности катализатора предложено производить путем разбиения диапазонов изменений переменных на равные подинтервалы и сопоставления значениям переменных, попадающих в один интервал, двоичного кода, представляющего нонер этого интервала. Кодами управлений, состояний и обучающих примеров являются булевы вектспа, полученные соединением кодов их конпоиент: ■

и = (и,,и2,....и„) = (в,,вг,...,вр)

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

;Z = (s,,s2.....s„ ,G, .G2;....G,)=«

Логическое правило имеет, вид ДНФ

• 1 1 - i -1

Г = v К: = v A i & А, 2 & ... & А,

i-i .1-1 ' í , г <т

(12)

i

Литера вида а,« принимает значение 1 в том-случае, ;есла в, = о",. ' Согласно способу.. формирования обучающего материала правило (12) прннинает значение 1 на • кодах положительных • обучающих 'примеров, и . Й н* ^кодах отрицательных обучающих примеров. ;

В соответствии . с видом вектора кода обучающего примера каждый конъюнкт К, правила. . (.9) ' 'предложено рассматривать как конъюнкцию двух нонышктоь-. К, » V/, & У,, где

W = а.'1 & A,Ja & ' 1 ' 2

<Т (Г

V = аЛ & A, Js &

<т

&A.V

& А.\ к

1 * J. 3

Q+1 3 J, s

3 'к а Q

(i3i

л \ * Q+P

Конъюнкт W, описывает множество кодов состояний, а конъюнкт Y, описывает множество кодов управлений. В. соответствии с интерпретацией правила управления (12) реализация любого управления, код которого принадлежит Y, в состоянии, крд которого принадлежит W, додано приводить к улучшению состояния объекта управления в смысле отношения G.

Для определения множества Значений управляющих

воздействий, допустимых в состоянии S,, предложен следующий алгоритм. Код текущего состояния s, сопоставляется со всеми конъюнктами К, правила (¿2). Если код ç, содержатся в в К,, то конъюнкт Y, добавляется к множеству D, описывающему инояеетво кодов управлений, допуствких с точки зрения правила ( 12) в текущем состоянии.

Множество 0 содержат ла едвистиенный код управлений. С целью . выбора наиболее обоснованных 4 значений управляющих воздействий вз D цпя рраякзацвЕ'.на объекте

предложено строить'подмножество D с D, содержаще такие коды управлений и,,'..-что, вероятность .того/ что правило

(12) примет значение' i lia . векторе <5,,û4> максимальна ■

среди управлений .• ид . D. . Для построения • множества В конъюнктам Y, ; с Q сопоставляются . оценки указанной вероятности, и'ищется систака коиъюпктов из D таких, что их пересечение на •равно о,- 'в . суммарная оценка' вероятности . этой • системы конъюнктов максимальна.

Пересечение найденной системы конъюнктов дает 0.

Множествоч управлений, описываемое D, на всегда содержит только .один код'управляющего воздействия."- Любое

управление из б равноценно, поэтому при выборе

управлений из D предложено использовать априорную стратегию управления.

Задача определения значений управляющих воздействий ножет не иметь решения в тон случае, если код текущего

состояния но входит ни в одну часть ДО, конъюнктов правила (12). При исследования разработанной системы управления типовым процессом гидрирования автором было экспериментально обнаружено, что построение и использование двух правил управления гарантирует существование решения задачи определения значений • управляющих воздействий. Одно правило описывает закон (5) и управлония, определенные по этону правилу, улучпают состояние объекта управления - это правило Т*. Второе правило опнсываот закон управления аналогичного .вида, но управления, определенные по этому правилу, ухудшают состояние обьекта управления - это правило р". Для построения правила Г* не требуется дополнительного обучающего матервала, т. к. полояательные примеры для Г* являются отрицательными примерами для Г я наоборот.

Для построение правил управлзияя были разработаны два алгоритма, обеспочивакцкх ронурроитпоэ обучение я. протекцию управляющим первиенкын.' Апгорнтн.А* .осуществляет коррекцию,правила управлзнзя пра появлении положительного обучающего примерз.' Он лпладтся нодафя'кациоЯ алгоритма прстроонял . 814, оскосапногр га1 нахожденпп кратчайвего покрытая таблицу ЬтличпЙ иопого полоаятель-ного примера от получвшпа рапЗа стрздаталькых гтрвка-. ров. Для обаспзчанзп сротогсцпа угфзглс=ззн йеронвнпъш первым в покрыт па Еуаа/дзтея&сэ отбгрзггтсл . столбец;:.. соотввтстпусщаН ко^а.устзггзхгЗ а сЗугсгрзп. прпперо.

Алгоратп 4", рв^бвтег±Э сзгсрся, ' бсуазотиляат коррокцЕЭ краввгз ус^гге^зз сегглпгз каэсго'отря-цатолыгого првкграГ сз'сегг^гз сэ 'рззсз^ггзя 1согп=эпкт6в правила (12) о стл сязгяаяэтгвэ! . се^звяоЬхх' конъюнктов, не сгеттэ 'сс^гамслсзгв пргпера, я расавряоию коскжяеэ, с^г^зет-сг^Э втрецательный пряиср. Эатвя кэас^! сггг^уег^Э ссггг^гггз ¡гзсггрлэтся по очерова пссяа сзгсс^гэ с^гг^ага ьпда а* так, чтобы г.гхуччгзгя ргсг^ЯЕЗ еэ с-г~г-гзла роэого отрсиатвдьмпэ г^сг^а О гзтя бы одян обучаазпЗ грспер.

В третьей главе приведено описание программного комплекса, реализующего разработанные алгоритмы обучения -и определения значений 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 в свою очередь могут быть двух типов в зависимости от режима их использования. В режиме абсолютных значений правило управления определяет новое значение управляющей переменной, в в режиме приращений правило управления определяет разность между значениями управляющих воздействий на .предыдущем и текущем шаге ■ управления. Информация о" кодировании состоит из диапазон? изменения переменной в виде ■■нижнего и верхнего значения .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 момент времени 0.

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

Пусть в состоянии в, „). < 130°С, и в этой

Был •

состоянии реализованы управления и. В состоянии 51(1, в которое перейдет объект после реализации управлений и, возможны'следующие сочетания значений и ('вых)|., :

1. (4ВЫХ>|,, < 130-С, £ а(, в этом случае в,., лучше б,.

2. < 130 С, < В этом случав б,,, хуже з,-

3. Е 130 С. В этом случае э,,, хуже э,.

В случае, когда в состоянии э, (*,,,). * 130°С, в

* вых *

состоянии 52 следует рассмотреть следующие варианты: 4' ('внх}««| г (*выА 0чев1,Дно- чт° З.м хУже V

5' (ьвых}»*« < (1вых}«- В этон слУчае лучше 81-

Приведенный критерий сравнения состояний учитывает, что процесс гидрирования ацетона может находиться в двух . режимах. Наличие двух режммов обусловлено тел, что при температуре в реакторе, большей 130°С, ускоряются побочные реакции (3). В нормальном режиме (1ВЫХ * 130°С) хорошими считаются управления, не уменьшающие степень конверсии А и не выводящие процесс из нормального режима. При выходе из нормального режима хорошими считаются управления, приближающие процесс к нормальному режиму.

Для настройки комплекса на 'управление, конкретный процессом необходимо задать-ряд параметров. Необходимо определить величину интервала времени между опросами состояния объекта управления и снену^ управлений »А*. Обучение может проводиться в активном и- пассивной режимах. Имеется возможность выбора: использовать только правило . Р* или оба правила: Г* и Р". Т&кае имеется возможность запретить корректировку правила управления,; если оно считается обученным. ,

..Четвертая глава посвящена проведению исследований процессов обучения и определения значений управляющих воздействий, исследования ' проводились на' имитационной модели процесса гидрирования ацетона. Цель® исследований являлась проверка работоспособности разработанной системы управления, исследование процессов обучения при

различных алгоритмах выбора управлений из множества 0.

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 Ах, т. е. количество обучающих примеров, получаемых системой за один цикл процесса. Длительность одного цикла определяется величиной скорости старения катализатора. Поэтому с целью определения наименьшего возможного числа обучающих приме; :>в 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 отсутствии априорной информации о стратегии управления процессом гидоирования разумно выбирать из

множества ¡5 управляющие воздействия, минимально отличающиеся от управлений на предыдущем шаге (ближайшие управления).- Исследования процессов обучения' в активном режиме при .вь1боре.• ближайших управлений показали, что разраоотанная система управления способна .вырабатывать правило управления, ^аннексирующее падение^ активности катализатора. .По сравнению с системой стабилизации достигнуто увеличение длительности цикла гидрирования на 49 7.,' при э^ом среднее значение степени конверсии, определенное с учетом вреиени на регенерацию катализатора, составило 0,924 при значении аналогичного показателя для ' системы стабилизации. 0.9. Обнаружено, у что результатом обучения при выборе ближайших управлений является' рост- от .• цгкла и циклу соотношения между временем использования катализатора обучающейся системой 8 системой стабилизации.

Вместе с том было обнаружено, что при использовании ближайших управлений разработанная система склонна к поддержанию в течение длительного времени постоянных значений управлявших воздействий Указанный недостаток особенно проявляется при выходе из нормальною режима

работы (1ВЬ1Х ь 130°С), когда система длительное время удерживает объект управления вне нормального режима. Поэтону для ускорения обучения и ускорения возврата в норнальный режим предложено в случае выхода из нормального режима использовать другой алгоритм

доопределения: из множества б выбирать управления, уменьшающие ъ0Х и увеличивающие 0рец- Для процесов гидрирования такое изменение управлений способствует скорейшему возврату в нормальный режим.

Для ускорения обучения и избежания поддержания постоянных значений управляющих воздействий предложено

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

Исследования показали, что при использовании указанной стратегии качественно меняется поведение снс-тены- управления. Исключаются неоправданное поддержание постоянных значений управляющих воздействий.', При выводе из нормального режима, производятся Е^зврат в,нормальный режим практически без набора обучающих примеров. .'Учет указанной стратегии приводит к тону, что система сразу достигает границы области нормальной работы, я совершает колебания по циклу: выход яз норкзльного режима -возврат в нормальный режим. Обучение приводят к. тому, что от цикла к циклу уменьшается амплятуда колгбаний, в конечном итоге выходы из .нормального режима, работы прекращаются. • ' '

После ,14 циклов обучения подсястэна коипзисацяя падения активности катализатора, яспользугщ^я апркорнуо стратегию при выборе значений управляющих воздействий из

О, обеспечивает увеличение длительности цикла гидрирования на 707.. В результате среднее значение степени конверсии (с учетом временя на регенерацию каталязатора) составило 0.93, что на 3.37. больпэ производительности

процесса прх 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 нормальное работы. Были проведены исследования при значениях параметра, 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 4 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 выводы.

1. На - основании анализа типового процесса гидрирования ■ как объекта, управления произведена декомпозиция задачи, построения системы управления и предложена- двухуровневая »структура системы управления, • состоящая из подсистемы компенсации случайкых помех и подсистемы ьонпэнсации ' ■ падения нестационарного возмущения, (активности катализатора).'

2* * Для для типового. процесса-гидрирования обосновано использование в качестве' подсистемы компенсации падения активности катализатора поисковой системы с обучёниек. ; ■

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

-

Рис1. Технологическая схема типового процесса гидрирования.

| Подсистема компенсации падения активности, катализатора |' ■

Коррекци« правидв ¡травления

Ж

а и

Класси$т1и.4и1 обучающи* примеров

Построение управлении воздейспий

И'), .1 ДМ

Г'

С

I

Формирование обучеюпда примерсэ

V-!

У'(т)

гЩ

регуляторы

Д(т)

объект управления

Та(т) ^ГМ

т

Р I

Подсистема компенсации случайных помех

Рис. 2. Двухуровневая система управления типовым процессом гидрирования. *

J

обоснованных значений управляющих воздействий на основании логического правила управления.

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

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 ГИШ. Ожидаемый экономический эффект от использования разработанной системы на одном объекте ' средней единичной мощности типа процесса гидрирования ацотона составит не менее 13,5 тис. руб.

Основное содержанке диссертации , изложено в следующих публикацвях:

1. Каранкевич А.И., Рукин В.Л; ¡¡от'од построения ДНФ нодог..;ределенной Логической, фупкции/Ленангр. технолог, ин-т им.. Ленсовета. -Л.», 1989.-6, а,-Деп.' в ' ВИНИТИ-28.03.89, яомер 188?- '88Й.'.' . . '' . '

2. Каранкевич. , А". II., . Рааковский • П.П., Рукин В. Л. Обучающаяся. система управления- 'ткповын процессом гидрирования/Ленингр* технолог, нн-т ли. Ленсовета.-Л. ,1989.-14 с.- - Деп. ; а 0Ш1ТЭХИМ £6.07.89, номер 698-ХП89Л 7

3. Каранкевич А.И., Рукин В.Л. Решение обратных задач распознавания-, . при логическом ■ описании объекта исследовайня/Ленингр. технолог, ин-т им. Ленсовета.-Л., 1989.-7 с,-Деп. в ВИНИТИ 30. П.88, номер 7143-В89.

' ' и

17.05.91 г. Зак.232-100. Бесплатно

РТП ЛТП км.Ленсовета,Московский. пр.,26