Способ управления технологическим процессом и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 05 В 11/О ц Р 21 Р 5 ва.в ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 01 КРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Ленинградский технологическийинститут целлюлозно-бумажной промьппленности и Ленинградский институтавиационного приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 465624, кл. П 21 Р 5/00.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ. управления технологическим процессом путем поддержаниявыходного параметра технологическогообъекта на заданном уровне с помощьюуправляющего воздействия и коррекции управляющего воздействия, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности управления,выбирают оптимальный показателькачества, формируют сигнал, пропорциональный выбранному показателюкачества. управления, задают пределыдопустимых значений вариации выбранного показателя качества, изменяютпараметр системы управления за время,не превышающее время переходного процесса технологического объекта, оставляя показатель качества в заданныхпределах, затем скачком изменяютпараметр системы управления до значения, дастаточного для перехода системы управления.в неустойчивое состоя"ние, и выдерживают. систему управленияв этом состоянии.в течение времени,обеспечивающего ее устойчивое; состояние, затем скачком возвращают пара 801110843 А метр системы управления к первоначальному значению, при этом осуществляют изменение параметра системы управления до тех пор, пока показатель качества управления технологическим процессом не достигнет экстремального значения, после чего запоминают и фиксируют найденное значение параметра системы управления, соответствующее экстремальному значению показателя качества, затем осуществляют слежение за изменением экстремального значения, а при выходе показателя качества за установленные пределы отклонения от экстремального значения корректируют параметр систеО мы управления. 2, Способ по и, 1,о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве показателя качества выбирают дисперсию отклонения выходного параметра техно- С логического объекта от заданного значения. 3. Устройство для осуществленияюг способа по пп, 1 и 2, содержащее регулятор выходного параметра техно- С логического объекта с управляющим и задающим входами, измерительный дат вЬ чик этого выходного параметра и последовательно соединенные блок аддитив ного параметрического центрирования и корректирующий блок подключенные к выходу измерительного датчика и управляющему входу регулятора выходного. параметра, о т л и ч а ю щ е е" с я тем, что оно имеет задатчик пределов изменения показателя качества и последовательно соединенные средство формирования показателя качества, оптимизатор и регулятор управляющего воздействия, причем1110843 первый вход средства формирования показателя качества соединен с выходом измерительного датчика, а второй - с задающим входом регулятора выходного параметра, задатчик пределов измерения показателя качества подсоединен к оптимизатору, а выход регулятора управляющего воздействия соединен с , управляющим входом корректирующего блока.4. Устройство по п, 3, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оптимизатор выполнен в виде экстремального регуля-. управляющего воздействия, выбираютоптимальный показатель качества,формируют сигнал, пропорциональныйвыбранному показателю качества управления, задают пределы допустимыхзначений вариации выбранного показателя качества, изменяют параметрсистемы управления за время, не превышающее время переходного процесса0 технологического объекта, оставляяпоказатель качества в заданныхпределах, затем скачком изменяютпараметр системы управления до значения, достаточного для переводасистемы в неустойчивое состояние, нвыдерживают систему управления вэтом состоянии в течении времени,обеспечивающего ее:устойчивое состояние, затем скачком возвращают пара 2 б метр системы управления к первоначальному значению, при этом осуществляют изменение параметра системыуправления до тех пор, пока показатель качества управления технологи 5 ческим процессом не достигнет экстремального значения, после чего запоминают и фиксируют .найденное значениепараметра системы управления, соответствующее экстремальному значениюпоказателя качества, затем осуществляют слежение за изменением экстремального значения, а при выходе показателя качества за установленныепределы отклонения от экстремального значения корректируют параметрЗ 5 системы управления,Кроме того, в качестве показателякачества выбирают дисперсию отклонеИзобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для управления непрерывными и непрерывно-дискретными процессами.Известен способ управления технологическим процессом путем поддержания выходного параметра на заданном уровне с помощью управляющего воздей ствия и коррекции управляющего воздействия.Известно также устройство, содержащее регулятор выходного параметра технологического объекта с управляющим и задающим выходами, измерительный датчик этого выхрдно о параметра и последовательно соединенные блок аддитивного параметрического центрирования и корректирующий блок, подключенные к выходу измерительного . датчика и управляющему входу регулятора выходного параметра 1 1.Однако в этом способе не учитывается то, что динамические параметры объекта управления изменяются во вре мени, возмущения обычно имеют нестационарный характер, в объекте присутствуют большие транспортные запаздывания, что снижает точность управления.Целью изобретения является повышение точности управления.- Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления технологическим процессом путем поддержания выходного параметра объекта на заданном уровне с помощью управляющего воздействия и коррекции тора с выходами сброса и реверса,формирующего устройства, двух ключейи сумматора, первый вход которогосоединен с основным выходом экстремального регулятора через последова,тельно соединенные формирующее средство и первый ключ, а второй-непосредственно, при этом выход формирующего средства подключен через второйключ к входу сброса экстремальногорегулятора, а выход реверса экстремального регулятора - к управляющимвходам обоих ключей.ния выходного параметра технологического объекта от заданного значения.Устройство.для реализации способа, содержащее регулятор выходного параметра технологического. объекта с управляющим и задающим входами, измерительный датчик этЬго выходного параметра и последовательна соединенные блок аддитивного параметри"еского центрирования и корректирующий-блок, подключенные. к выходу измерительного датчика ц управляющему входу регулятора выходного параметра, имеет задатчик пределов изменения показателя качества и по следовательно соединенные устройство формирования показателя качества, оптимизатор и регулятор управляющего воздействия, причем первый вход средства формирования показателя качества соединен с выходом измерительного датчика, а второй - с задающим входом регулятора выходного параметра, задатчик пределов изменения показателя качества подсоединен к оптимизатору, а выход регулятора управляющего воздействия соединен с управляющим входом корректирующего блока.Кроме того, оптимизатор выполнен в виде экстремального регулятора с выходами сбора и реверса, формирующег го устройства, двух ключей и сумматора, первый вход которого соединен с основным выходом экстремального регулятора через формирующее устройство и первый ключ, а второй - непосредственно при этом выход формирующего средства подключен через второй ключ к входу сброса экстремального регулятора, а выход реверса экстремального регулятора - к управляющим входам обоих ключей. Операции способа и режимы их выполнения позволяют непрерывно производить оптимизацию управления технологического объекта по выбранному показателю качества и тм самым повысить точность управления. Операции изменения величины параметра до значения, достаточного для перевода системы в неустойчивое состояние и выдерживания системыг в этом состоянии в течение времени, обеспечивающем устойчивое состояние системы, позволяют форсировать режим работы системы управления технологическим объектом и сделать его независимым от параметров технологического объекта.На ертеже изображена блок-схемапредлагаемого устройства,5 Устройство для реализации способауправления, технологическим процессом состоит из регулятора выходногопараметра технологического объектас управляющим и задающим входами 1,10 технологического объекта 2, устройства формирования показателя качествас двумя входами 3, измерительногодатчика 4, огтимизатора 5, состоящего из экстремального, регулятора 6,15 сумматора 7, формирующего устройства8, ключей 9,14, задатчика пределовизменения показателя качества 10,регулятора параметра системы 11 корректирующего блока 12 и блока адди 20 тивного параметрического центрирования .13.Регулятор выходного параметратехнологического объекта с управляющим и задающим входами 1, технологи 25 ческий объект 2 и измерительный датчик 4 образуют замкнутую системуавтоматического регулирования(САР)выбранного параметра технологического объекта и предназначены для подЗ 0 держания вйходного параметра объектана заданном уровне. В частности,при реализации способа для управления техническим процессом производства бумаги технологическим объектом2 является БДИ, в качестве регулятора 1 используют регулятор давления,формирующий, например, пропорционально-интегральный закон(Пи)регулирования, а в качестве измерительногодатчика 4 - типовой измеритель влажности,Корректирующий блок 12 и блокаддитивного параметрического центрирования 13 соединены последовательно, причем вход блока аддитивногопараметрического центрирования 13подключен к выходу измерительногодатчика 4, а выход корректирующегоблока - к управляющему входу регуля 50тора выходного параметра . Этиблоки составляют корректирующую цепь,предназначенную для коррекции управляющего воздействия с целью обеспечения инвариантности выходного параметра технологическьго объекта относительно помех.Устройство формирования показателя качества 3, оптимизатор 5 ирегулятор параметра. системы 11 соединены последовательно и составляютЦепь подстройки параметра системы,Устройство формирования показателякачества подключено к задающему входурегулятора выходного параметра 5технологического объектаи выходуизмерительного датчика 4. Выход регулятора параметра системы 11 соединен. с управляющим входом корректирующегоблока 12, 10Оптимизатор 5 выполнен в видеэкстремального регулятора 6, формирующего устройства 8, ключей 9,14,сумматора 7 и предназначен для поиска параметра системы, соответствующего оптимальному режиму работыСАР согласно выбранному показателюкачества. В предлагаемом оптимизаторе первый вход сумматора 7 непосредственно соединен с основным выходомэкстремального регулятора 6, а второй - через фбрмирующее устройство8 и первый ключ 9, причем выходформирующего устройства 8 подключенчерез второй ключ к входу сброса25экстремального регулятора 6, авыход реверса экстремальногорегулятора 6 - к управляющему входуключа 9. К экстремальному регулятору6 подключен также задатчик пределов30изменения показателя качества 10,который задает пределы изменения сигнала экстремального регулятора 6 взависимости от выбранных пределовизменения показателя качества.Способ реализуется следующим обра эом.Прбиэводят поддержание выходногопараметра технологического объектана заданном уровне с помощью управ.- ляющего воздействия, В качестве , 40объекта регулирования могут бытьиспользованы объекты целлюлознобумажной промьппленности, химической,нефтеперерабатывающей и т.д. Вкачестве регулируемого выходного 45параметра в объектр, в частности,выбирается влажность бумажного полотна.САР влажности работает следующим образом,50Сигнал, соответствующий заданному значению влажности Х ,подают наамвход регулятора параметра 1, который в соответствии с выбранным законом регулирования, например пропорционально-,интегральным, осуществляет приближенную стабилизацию выходного параметравлажности)объекта 2 Х Влажность бумажного полотна измеряют с помощью измерительного датчика 4, Далее проводят коррекцию управляющего воздействия сигналом, зависимым от выходного параметра. Для этого с помощью блока аддитивного центрирования 13 йроизводят обработку выходного сигнала измерительного датчика 4, Выделенный сигнал подают на вход корректирующего блока 12, Выходной сигнал корректирующего блока служит для коррекции основного управляющего воздействия. Однако из-заналичия нестационарных помех в технологическом объекте для изменения его параметров требуется проведение оптимизации работы корректирующего блока согласно некоторому показателю качества работы САР.В качестве показателя качества работы САР.выбирают дисперсию отклонения регулируемого параметра Х ц, от заданного значения Х или дисперзаВ сию ошибки системы регулирования Ю Как показали эксперименты, эта функция обычно зависит от какого-либопараметра системы, например коэффициента усиления корректирующего блока 13, При нестационарных возмущениях,. действующих на объект, может иметь место дрейф-функции показателя качества 2=1 К),и искажение ее формы. Однако при этом унимодальный характер зависимости 24 К), сохраняет-,ся. Действие возмущений приводит котклонению показателя качества отоптимального(экстремальногозначения.Непрерывный поиск и поддержаниеоптимального режима работы объекта,обеспечивающего экстремум функциипоказателя качества, осуществляютпутем нахождения такого значенияпараметра системы Кпри которомоимеет место минимум дисперсии ошибкиминДля этого в устройстве управлениятехнологическим процессом на выходеустройства формирования показателя качества 3 формируют сигнал, пропорциональный выбранному показателюкачества, и с помощью задатчика пределов изменения показателя качества 10 задают пределы изменения этого параметра. Далее производят с помощью оптимизатора 5 и регулятора параметра системы 11,выбор оптимального значения параметра системы, в частности коэффициента усиления КО корректирующего блока 2, Для этогопредварительно вырабатывают последоватег.ность импульсных сигналов, каждый из котррых формируют таким образом, что с мчала сигнал изменяется в пределах допустимых вариаций 5 значений выбранного показателя качества, затем его скачком увеличивают до величины, достаточной для перевода системы управления в неустойчивое состояние, после чего по 10 истечении промежутка времени, в течение которого в силу своей инерционности система может еще находится в устойчивом состоянии, также скачком изменяют до первоначального значения, 15 Такой сигнал получают с помощью оптимизатора 5.Оптимизатор работа т следующим образом..Сигнал с выхода устройства форми рования.показателя качества 3 поступает на вход экстремального регулятора 6, на выходе которого вырабатывается непрерывный сигнал, поступающий одновременно на формирующее 25 устройство 8 и сумматор 7. Как только сигнал на входе формирующего устройства 8 достигает величины порога срабатывания; вырабатываются прямоугольные импульсы заданной амплитуды и длительности. Поскольку в первоначальном положении ключ 9 открыт, то выходной сигнал формирующего. устройства поступает на вход сумматора 7, где он суммируется с сигналом, вырабатывающимся .экстремальным регулятором 6. Одновременно с окончанием формирования прямоугольного импульса на вход сброса интегратора экстремального регулятора через нормально открытый ключ 14 подается сигнал на приведение выходного сигнала экстремального. регулятора 6 в исходное состояние По прохождении экстремума экстремальный регулятор 6 с выхода реверса формирует сигнал, закрывающий ключи 9 и 4, запоминает экстремальный уровень и осуществляет изменения сигнала около запомненногбэкстремального уровня.Таким образом, согласно предлагаемому способу изменяют параметр системы за время, не превышающее времени переходного процесса технологического объектаоставляя показатель качества в заданных пределах.Динамические свойства КДМ во время работы меняются во времени.Реально диапазон изменения постоянной времени объекта колеблется в пределах 100 - 20 с. Предлагаемый способ эффективен и при динамических изменениях параметров объекта. Запаздывание объекта составляет 100 с. Использование предлагаемого способа оптимального управления обеспечивает по сравнению с существующими возможность повышения точностиуправления технологическим процессом в условиях быстрого изменения динамических характеристик этих процессов и нестационарности возмущающих действий. Это позволяет повысить качество технологического процесса, уменьшить затраты производства.., д.4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4 Заказ 6277/23Тираж 3ВНИИПИ Государстве по делам изобрете113035, Москва, Ж-З 1 Подписноного комитета СССРий и открытийРаушская наб