Способ измерения режимной координаты и устройство для его осуществления

. Хат орде овДружский 71) ы н инст (53) (56) во СССР975,ельс СССР8.СССР 2. Авторское св 975925, кл.,Е 02 3. Авторское св9 866076, кл, Е 02 идетельствР 9/20, 1детельствоР 9/20, 1 ЕНИЯ РЕЖИМНОЙ КООРВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) 1. Способ измерения режимнойкоординаты технологического процесса, основанный на измерении технологических параметров и определении по ним оценки режимной координаты с помощью регрессионной модели,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измере -ния и расширения области использования, дополнительно определяют оценки режимной координаты по числурежимов технологии, измеряют и сравЯОИ 27953 А нивают между собой дисперсии полученных для каждого режима технологии оценок режимной координаты и о текущем ее значении судят по величине оценки того режима технологии, в котором дисперсия оценки режимной координаты в данный момент времени минимальна,2. Устройство для измерения режимной координаты технологического процесса, содержащее датчики технологических параметров и блок определения оценки режимной координаты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено дисперсиометрамиЭ Фкомпараторами и дополнительными бло- Е ками определения оценки режимной координаты по числу режимов технологии и управляемым коммутатором, причем выходы датчиков технологических параметров подключены к входам соответствующего блока определения оценки режимной координаты выходыУ авиЬ каждого из которых соединены непосредственно с информационными входами управляемого коммутатора и через последовательно соединенныедисперсиометры и компараторы с уп- Ю равляющими входами управляемого М коммутатора, выход которого является выходом устройства.1 11279Изобретение относится к контролю и автоматизации технологических процессов (ТП), в частности к способам измерения таких физических величин, которые не поддаются непосредственному измерению, и может быть использовано в АСУ ТП и в локальных системах автоматизации при контроле и управлении технологическими процессами, преимущественно в горной промьппленности для контроля режимов экскавации и качества подготовки забоя.Известны способы косвенного контроля и измерения режимной координа 15 ты, не поддающейся прямому измере- нию, например способ измерения веса материала, выгружаемого из ковша экскаватора, при котором сигнал разности умножают на сигнал, равный20 разности между постоянным сигналом, пропорциональным весу порожнего ковша с рукоятью, и сигналом, пропорциональным частному от деления половины произведения длины рукояти на длину выдвинутой части рукояти 1 1Однако для повышения точности таких способов контроля приходится полнее считывать всю совокупность влияющих факторов, из-за чего быстро растет сложность функциональной30 зависимости, лежащей в основе измерения, и ее аппаратурной,реализации, а это вызывает объективное ограничение практически достижимой точности. Кроме того, многие влияющие фак торы часто, в свою очередь, не поддаются измерению. Если же ограничиться кругом измеряемых первичных переменных, то остальные факторы - помехи никак не учитываются.Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения режимной координаты, технологического процесса, основанный на измерении технологических параметров и вычислении 45 по ним оценки режимной координаты с помощью регрессионной модели. В нем по сигналам датчиков натяжения подъемного каната, его длины и вылета рукояти косвенно измеряемую , 50 загрузку ковша определяют с помощью одной регрессионной модели, используемой в качестве расчетной формулы. Точность контроля достигается выбором рационального момента изме рения. Область вариации первичных, независимых переменных (факторов) узка в момент открывания днища ков 532ша при его разгрузке. Благодаряэтому найденное по данным наблюдений в этой области уравнение регрессии остается адекватным, а измерение загрузки ковша достаточно точ-,ным во всех дальнейших циклах экскавации 2.Опнако при известном способе измеряемая величина не стохастическаянепрерывная, переменная, а постоянная величина в течение всего периодаповоротного движения экскаватора,Именно поэтому достаточно выбратьодин наиболее благоприятный моментизмерения, чтобы обеспечитьхорошуюточность определения загрузки ковша.Способ не решает общей задачи косвенного измерения, так как при широкой области вариации факторов и/илинестационарности ТП, он не дает точных результатов.Устройство для измерения режимной координаты технологического процесса, содержащее датчики технологических параметров и блок определе, ния оценки режимной координаты,построено . на одной регрессионной модели и разпознавателе моментавзвешивания содержимого ковша, благодаря выбору которого достигаетсяповышение точности, с которой откликмодели отражает действительную загрузку ковша. В этот момент распознаватель открывает ключ и пропускаетсигнал измеряемой загрузки, на индикатор, причем разпознавание кондиционного момента цикла экскавациипроисходит либо.по нажатию машинистом кнопки открывания днища ков,ша, либо по наступлению определенного соотношения факторов ГЗ 3,Однако общая задача измерениянепрерывной стохастической координаты ТП не решаема с помощью одномодельной измерительной схемы. Вней выбором момента отбора информации уже нельзя достичь повыпенияточности измерения.Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение области использования.Поставленная цель достигаетсятем, что при способе измерения режимной координаты технологическогопроцесса, основанном на измерениитехнологических параметров и вычислении по ним оценки режимной координаты с помощью регрессионной модели, дополнительно определяют оцен,Достоверность этого решения сле-дует из известного положения о том, что любое уравнение регрессии наиболее точно предсказывает в "цент" ре" факторного пространства. В однофакторном случае эта достоверность видна из выражения для оценки среднеквадратической ошибки отклика У регрессионной модели в заданной точке интервала вариации фактора 25 Ъ45 л л /лф =У,оц.кв.ау )3 11 ки режимной координаты по числу режимов технологии, измеряют и сравнивают между собой дисперсии полученных для каждого режима технологии оценок режимной координаты и о текущем ее значении судят по величине оценки того режима технологии, в котором дисперсия оценки режимной координаты в данный момент времени минимальна.При этом устройство для измерения режимной координаты технологического процесса, содержащее датчики технологических параметров и блок определения оценки режимной координаты, снабжено дисперсиометрами, компараторами и дополнительными блоками определения оценкй режимной координаты по числу режимов технологии и управляемым коммутатором, причем выходы датчиков технологических20 параметров подключены к входам соответствующего блока определения оцен 1ки режимной координаты, выходы каждого из которых соединены непосредственно с информационными входами управляемого коммутатора и через последовательно соединенные дисперсиометры и компараторы с управляющими чвходами управляемого коммутатора, выход. которого является выходом уст" З 0 ройства.На фиг.1 изображены линии регрессии, доверительных границ и дисперсий в области вариации первичного фактора; на фиг.2 - блок-схема пред 35 лагаемого устройства для измерения режимной координаты технологического процесса.Сущность способа измерения режимной координаты технологического про цесса состоит в том, что вначале всю область вариации первичных измеряемых технологических величин ТП разбивают на подобласти, те, оп, ределяют, из каких режимов технологии состоит данный ТП, а затем в каждом из них ойределение значений измеряемой координаты ТП производят по первичным технологическим величинам с помощью регрессионной модели 50 данного режима. Каждый раз, когда косвенное измерение координаты ТП выходит за пределы заданной точности, переходят к новому прямому измерению и преобразованию первич ных технологических величин, в результате чего вновь получают адекватное значение координаты ТП. 2:Ех.,-х)где х - наблюдаемые значенияфактора х;х - общее среднее значение х-ов по выборке объема и;2х.-х) - сумма квадратов отклонений фактора;хк - заданная точка интервала вариации фактора;Б - оценка остаточногосреднеквадратического отклонения У-О 6т.е. эксперименталь-:но наблюдаемых значений (,. измеряемойкоординаты ТП.Эта оценка минимальна и равна 5/Кь в "центре" наблюдений, при удалении от которого в любом направлении она растетЭто проиллюстрировано графически на фиг.1 для случая, когда интервал вариации фактора состоит из трех подинтервалов 1, 11 и 111, где в - линия регрессии, о - линии доверительных границ, в - линии дисперсий, Ординаты доверительных границ для т равны где с - ошибка в любой К-йточке интервала вариации фактора х;1табл (1 2 с 7-ная точка1 -распределения( с- уровень риска).Минимальные значения ошибок измерения координаты ТП в подинтер1127 5 10 15 7выгрузке пульпы, акустическому ивибросигналам, а также в металлургических процессах обжига концентратов в кипящем слое для измерения содержания остаточной серы вогарке по таким технологическимвеличинам, как температура обжига,расход дутья, концентрата, аэроди.намический режим, выгрузка агаркаи обжиговых газов и в тонколистовой холодной прокатке для измерения надлежащего раствора валковпо скорости прокатки и сигналамтолщиномеров до и после клети.Устройство для измерения режимной координаты технологическогопроцесса (фиг.2) построено применительно к ТП, в котором выделяются три режима технологии (триподобласти технологических параметров), причем измеряемая режимнаякоордината У тесно коррелируетс четырьмя технологическими параметрами х; х , хэ и Х которыеподдаются непосредственному измерению с помощью датчиков (случайдостаточной общности), Для режимовтехнологии 1,11 и 111 найденырегрессионные модели .1 =ао+а Х+а х+ах+а х , Зо1 1 2 2. 3 3 Ф+лтф 2 - 4Каждое из этих уравнений реализо- З 5вано в виде вычислителя сигнала У посигналам датчиков х х х и х сЗ 4учетом соответствующих коэффициентов а, Ь и с,Устройство измерения координаты 40ТП содержит датчики 1-4 первичныхтехнологических параметров, блоки5-7 определения оценки режимнойкоординаты по регрессионным моделям,управляемый коммутатор 8, дисперсиометры 9-11 и компараторы 12-14,Выходы всех датчиков 1-4 подаютсяна соответствующие .входы каждогоиз блоков 5-7, выходы которых подсоединены как к соответствующим парам информационных входов а- с и Ь-и Ы -0 урравляемого коммутатора 8,так и к входам соответствующих дис"персиометров 9-11. Выходы дисперсиометров 9-11 попарно подключены .55к двум входам каждого из компараторов 12-14, выходы последних соединены с управляющими входами соот 953 8ветствующего разряда управляемогокоммутатора 8, выход которого является общим выходом всего измерительного устройства,Элементы устройства для измерениярежимной координаты ТП конструктивно выполнены следующим образом.Датчики 1-.4 представляют собойпреобразователи первичных технологических величин в напряжение постоянного тока.В блоках 5-7 определения оценкирежимной координаты по регрессионным.моделям для выполнения операцийсложения и вычитания могут быть применены сумматоры на базе микросхемных операционных усилителей общегоприменения.Управляемый коммутатор 8 - этомногоканальный (многовходовый) ком- .мутатор, управляемый двоичнымкодомЗдесь может быть примененмикросхемный восьмиканальцый коммутатор типа К 590 КН 1, управляемый трехразрядным параллельным двоичнымкодом. Суть его работы заключаетсяв том, что к общему аналоговомувыходу микросхемы подключается тотиз ее восьми входов, номер которогосоответствует двоичному числу,поданному на кодовые входы управления. Дисперсиометры 9-11 также могут быть построены средствами -аналоговой .микросхемотехники, например, по функциональной схеме,в которую входят два усредняющих фильтра, сумматор и перемножитель. Это возможно благодаря тому, что выходные сигналы блоков 5-7 в пределах подобласти факторов представляет собой стационарные и эргодические случайные функции времени Ч, Выходной сигнал такого дисперсиометра достаточно точно выражает дислперсию сигнала( ) при 1 3 (6- 10)Т, где Т - доверительный отрезок времени, например, для измерения с точностью в 17 он равен 167, где- интервал автокорреляции выходного сигнале вычислителя по. регрессионной модели. Дисперсиометры постоянно подключены к выходам блоков определения оценки режимной координаты, благодаря чему их сигналы адекватны, При большихпостоянных времени Т усредняюндх фильтров следует использовать мало9шумящие операционные усилителиширокого применения типа К 551 УД 1 А.Компараторы 12-14 предназначены для выработки управляющего кодамноговходового коммутатора и особытребования к ним не предъявляются.Для согласования со стандартнымиуровнями цифровых сигналов интегральных коммутаторов в практической схеме удобно использовать компараторы напряжения типа К 521 САЗ.Дискриминатор 15 моделей включав себя совокупность блоков 8-14(фиг.2, пунктир). Его функциональная роль заключается в том, чтобывыход всего устройства в качествелсигнала У подавать тот из выходлных сигналов У У- или У - вы 1 й шчислителей 5-7 дисперсия которогоминимальна .Способ осуществляется следующимобразом:Выходные напряжения х х , х.ф г 5х 4 датчиков 1-4 непрерывно подаютна выходы каждого из блоков 5-7и преобразуют ими по регрессионныммоделям каждой подобласти факторовв соответствующие сигналы измеряемокоординаты ТП. Дискриминатор 15моделей осуществляет выбор между этими сигналами, Для этого все выл лходные сигналы Ч, У;, и Ф,-блоков 5-7 также непрерывно поступают на соответствующие информационные выходы а-с, Ь-и д- е управляемого коммутатора 8 и соответственно на входы дисперсиометров 9-11, Последние непрерывно вырабатывают сигналы пропорциональные оценкам дисперсийсигналов каждого из блоков оценки определения режимной координаты. Компараторы 12-14 осуществляют срав нение сигналов дисперсий. При таком ,попарном соединении выходов дисперсиометра с входами компараторов (фиг,2) однозначно возможны только следующие кодовыекомбинации на выходах компараторов (компаратор 12 ссоответствует 1 разряду кода, компаратор 13 - 11 разряду, компаратор 14 - 111 разряду если напряжение,подаваемое на первый (инвертирующий) вход компаратора 12 больше подаваемого на второй (неинвертирующий) вход, то на выходе компаратора 12 будет сигнал логической "1" в противном случае - логический "0". Это относится к каждому .из компараторов 12, 13 и 14). 1127953 10д ЛВ случае, когда дисперсия Э (У)сигнала вычислителя 5 наименьшая изтрех 001 (соответствует 1 в десятич. -лной системе счисления),если Э (У;,)е 3(У-);011 (соответствует 3), если3(9,-,)с 3(,-).В случае, когда минимальна дисперсия, Рф(Ф;,) сигнала вычислителя 6010 (соответствует 2), если В ( Уа)В (1)1110 (соответствует 6), еслив(;)э(,ет В случае, когда минимальна дисперсия Э (У;) сигнала вычислителя 7100 (соответствует 4), если 3( Ф)на 15 3(У); 101 (соответствует 5), если(,)Р(,).Кодовые комбинации 000 и 111 врассматриваемой схеме принципиальноневозможны.Каждой кодовой комбинации соответствует подключение к выходувсего измерительного устройства сои ответствующего из информационныхвходов управляемого коммутатора 8.Например, если минимальна дисперсиясигнала У 1 возможны две кодовыекомбинации, при которых управляемыйни коммутатор 8 подключает на выходлибо свой информационный вход и либо вход с, Поэтому в схеме (фиг.2)эти входы объединены и подсоединены к выходу блока 5. Аналогичныесоединения соответственно возможным кодовым комбинациям произведеныи для двух других рассмотренныхслучаев, Таким образом, к выходуизмерительного устройства всегдаф подключена та регрессионная модель,дисперсия сигнала которой в данныймомент времени наименьшая, а следо-.40вательно, определение измеряемойрежимной координаты производитсяпо наиболее адекватной регрессионной модели. Это значит, что за величину измеряемой (искомой) коор 45 динаты в данный момент времени берется результат того первичногоизмерения и преобразования, котороесоответствует данному технологическому режиму.50 Использование предлагаемых способа и устройства позволит расширить область использования на непрерывные стохастические переменные - за счет непрерывного контроля55 точности измерения переменной иавтоматической перестройки измерительного устройства на более точную в данный момент времени модель11при выходе ошибки измерения за допустимые пределы; на нестационарные ТП - за счет разделения глобально нестационарного технологического процессана 2-5 сменяющих один другой во времени локально стационарных процессов, в каждом из которых факторы и переменные характеризуются отсутствием трепдов, однородностью дисперсий, в них соблюдаются предпосылки метода регрессионного анализа, а также условия эргодичности переменных (благодаря последнему упрощается контроль дисперсии выходных сигналов регрессионных моделей); на тех" нологические процессы, которые во всей области факторов обычно требуют для своего описания нелинейных по параметрам уравнений регрессии, - за счет того, что в узких локальных подобластях факторов всегда можно подобрать адекватные линейные по параметрам уравне 1127953 12ния; на случай измерения двух и более координат ТП. По предлагаемомуспособу это можно осуществить набазе одних и тех же первичных дат 5 чиковеИзобретение позволит также по"высить точность измерения режимнойкоординаты ТП за счет уменьшенияудаленности вектора факторов от1 О "центра" наблюдений. В однофакторном случае - это уменьшение величины (х-х), а также за счет непрерывного контроля точности измерения иуменьшения остаточной дисперсии в15 "центре" наблюдений, поскольку теперь уравнения регрессии подбираютсяи оцениваются для узкой подобластивариации факторов и облегчаетсявыполнение четырехкратного крите-,20 рия точности предсказания.Способ позволит, уменьшить ошибкуизмерения до 2-3 раз по сравнениюс регрессионным измерением на базеодномодельной измерительной схемы.1127953 Тираж 643 ПИ Государственного о делам изобретенийМосква, Ж, Раув Подписноеомитета СССРоткрытийкая наб., д. 4/ аказ 8999/22В П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн Филиал Составитель Р. ГладунРедактор О. Юрковецкая Техред С.Мигунова Корректор А. Зимокосов