في المقالة السابقة ، " عبور القنفذ والقنفذ .. " ، اختبرنا مدى قابلية تطبيق أساليب ضبط أنظمة التحكم الآلي على الطرز "الحقيقية". في هذه المقالة ، سنحاول تحسين نظام التحكم ، وليس الكائن "الفعلي" نفسه.

لضبط الهيئات التنظيمية ، هناك عدد كبير من الأدوات والتقنيات وتحسين قوانين التنظيم. إذا استخدمنا أدوات النمذجة (مثل Matlab Simulink) ، فبإمكانك على الفور النظر في عملية التحكم الأمثل مباشرة "مباشرة" على الرسوم البيانية. السؤال الذي يطرح نفسه ، إذا كان لدينا طريقة لتحسين معايير نظام التحكم ، هل من الممكن تحسين معاملات PID لوحدة التحكم ، ولكن ليس عنصر التحكم نفسه؟ بمعنى آخر ، لا تقم بتحديد الهيئات التنظيمية لنظام غير ناجح بشكل واضح ، ولكن حدد معلمات النظام نفسه. في الواقع ، بالنسبة لطراز الكمبيوتر ، ما هي معاملات PID ، ما هي أبعاد الهيكل - هذه مجرد متغيرات يمكن تغييرها.

قليلا من نظرية الاصبع

يتم عرض مشكلة تحسين التحكم الكلاسيكية في الشكل 1.
لدينا نموذج كائن ونموذج منظم. وضعنا التأثير (اختياريًا). نقوم بإنشاء بعض التقييم للعملية المؤقتة ، وباستخدام كتلة التحسين ، قم بتكوين معلمة أو أكثر من وحدة التحكم للحصول على أفضل تقدير. (انظر الشكل 1).

عند وضع النماذج ، لا شيء يمنعنا من تغيير ليس فقط معايير التنظيم ، ولكن أيضًا معايير النموذج نفسه. ثم في نظام التحسين ، يتم إضافة سهم واحد فقط ، والذي يغير معلمات النموذج نفسه (انظر الشكل 2).

من الواضح أنه إذا تم تقديم النموذج في شكل وظائف النقل الخطي ، فسيعمل هذا المخطط بشكل رائع وسيكون من الممكن تحديد المعلمات باستخدام أي طريقة تحسين. وإذا كان النموذج ليس خطيا ، ولكن قريب من الحياة؟
وكما هو الحال دائمًا ، وبالصدفة ، وقع في يدي نموذج ديناميكي "حقيقي" لنظام تزويد وقود طائرات الهليكوبتر. تقرر تحسينه قليلاً.

بيان المشكلة

هناك العديد من الدبابات طائرات الهليكوبتر من تكوينات مختلفة. تم الحصول على حجم الخزانات ، وتكوينها ، وكذلك نظام الأنابيب الذي يربط هذه الخزانات ، نتيجة لتخطيط المروحية. يظهر الرسم التخطيطي للنظام في الشكل 3. يتم ربط الخزانات بالوقود والغاز الخامل.

يمكن أن يتراوح قطرها من 10 إلى 70 مم. الهدف: اختيار قطر خطوط الأنابيب 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، وذلك لضمان ملء موحد للخزانات من مصدر واحد. نظرًا لأن الخزانات كانت مختلفة كنتيجة لتخطيط طائرات الهليكوبتر ومسارات خطوط الأنابيب غير المتماثلة ، فضلاً عن نظام الغاز الخامل ، فإننا نحصل على مهمة اختيار أقطار لمعدل تدفق معين في كل خزان.
فكر في عدة طرق لحل المشكلة:

اختيار القطر مع الضابط البسيط.

كما ذكر أعلاه ، بالنسبة لطراز الكمبيوتر ، كل هذه الأقسام في نظام تحكم وكائن تحكم مشروطة ، لأن كلاهما متغير في ذاكرة الكمبيوتر ، حتى نتمكن من توصيل وحدة التحكم بحيث لا تعمل على المشغل ، ولكن على قطر خط الأنابيب.
في الحياة ، هذا مستحيل ، لكن على النموذج من فضلك. يبدو مخطط المحسن في هذه الحالة كما هو موضح في الشكل 4.

هذا النموذج يعمل مثل هذا:

تتم مقارنة قراءات أجهزة استشعار التدفق في كل سطر مع القيم المحددة. يتم تغذية الفرق إلى مدخلات متجه متكامل مع محددات (6 مدمجة مستقلة). إذا كان الفرق صفرًا ، فلن يتغير شيء عند الخروج من الموحد ؛ وإذا كان الفرق أكبر من الصفر ، فيجب تقليل القطر ؛ وإذا كان الفرق أقل من الصفر ، فيجب زيادة القطر. على الرسوم البيانية نعرض الانحراف الحالي للتدفق من المجموعة في كل سطر ، وأقطار خطوط الأنابيب.

يحدد معامل التكامل معدل تغير القطر في عملية الحساب.

يقتصر الموحد على القيم العليا والسفلى لقطر خط الأنابيب.

يؤخذ الموضع الأولي للتكامل ، وبالتالي ، القطر الأولي لخط الأنابيب مساويًا 10 مم. (0.01)

وتظهر المعلمات من ناقل ناقلات في الشكل 5.

نبدأ النموذج ونرى النتيجة التالية: خلال 40 ثانية ، قام "المنظم الظاهري" الخاص بنا بالتقاط أقطار خطوط الأنابيب بحيث تكون التكاليف مساوية لتلك المحددة.

يوضح الرسم البياني أن أكبر التقلبات ووقت الاستقرار الأطول هما للأقطار الأولى والثانية. إذا قمت بتغيير معامل التكامل من -1 إلى -0.5 ، فإن الضبط يكون أسرع. في 4 ثوان فقط ، يتم ضبط التكاليف على القيمة المطلوبة. انظر التين. 8.

مزايا التحسين من قبل المنظم:

• البساطة والوضوح.
• يتم تحديد سرعة التحسين من خلال سرعة الحساب الديناميكي للنموذج.

عيوب التحسين من قبل المنظم:

• لا يمكن استخدامه إلا إذا كانت هناك علاقة واضحة لا لبس فيها بين المعلمات المقاسة والمتغيرة. كما في مثالنا ، قطر أكبر هو حساب أكبر.
• الضوابط الإضافية قد تسبب تقلبات في النظام. على سبيل المثال ، في حالتنا ، إذا تم اعتبار معامل التكامل مساويًا لـ - 2 ، فإن النظام ينتقل إلى وضع الاهتزاز (انظر الشكل 9).

اختيار المعلمة من قبل كتلة التحسين.

عندما لا يكون لدينا صلة واضحة بين المعلمات المقاسة ويصعب تحديد التأثير ، من الضروري استخدام كتل تحسين خاصة. في حالتنا ، لن يتغير المخطط كثيرًا. كمعيار للتحسين ، نستخدم وحدة انحراف المصروفات عن تلك المعطاة ، ثم في المخطط بدلاً من الموحد ، تظهر كتلة التحسين. سيبدو مخطط التحسين العام كما هو موضح في الشكل 10.

هذا النموذج يعمل مثل هذا:

تتم مقارنة قراءات أجهزة استشعار التدفق في كل سطر مع القيم المحددة. باستخدام كتلة الوحدة النمطية ، يتم تحويل متجه الانحراف إلى متجه الانحراف المطلق.
وبالتالي ، يصبح معيار التحسين مساويًا للانحرافات الصفرية. حسنًا ، تعمل أقطار خطوط الأنابيب كمعلمات قابلة للضبط.

يمكن أن يعمل التحسين في وضعين:

1. تحسين الانتقال الكامل. عندما ، لحساب معيار التحسين ، تحتاج إلى إجراء محاكاة كاملة للعملية بأكملها.
2. على الحركة والتنقل. عندما يتم حساب معيار التحسين بعد خطوة زمنية معينة.

يتطلب تحسين الانتقال الكامل العديد من التكرار ويستغرق الكثير من الوقت ، لذلك دعونا نتحدث عن التحسين أثناء التنقل. بشكل افتراضي ، يتم إجراء التحسين مرة واحدة كل ثانية. يتم عرض إعدادات كتلة التحسين في الشكل 11.

إطلاق على الحساب وإلقاء نظرة على النتيجة. لمدة 70 ثانية من العملية ، فشل التحسين. على الرغم من أنه وفقًا للجدول الزمني ، هناك تقارب تدريجي. انظر الموافقة المسبقة عن علم 12.

يبدو أنه إذا قمت بحساب المعلمات المثلى في كثير من الأحيان ، يمكنك التوصل إلى قرار بسرعة. لاختيار تكرار التحسين ، من الضروري مراعاة التأخير في استجابة النظام في وضع الحساب الديناميكي. بعد تغيير القطر ، يجب أن يمر بعض الوقت قبل أن تؤثر هذه التغييرات على المعلمات المقاسة. إذا نظرت إلى الرسم البياني لتغيرات معدل التدفق في نطاق زمني أضيق ، (انظر الشكل 13) ، يمكنك أن ترى أنه بعد تغيير القطر ، يتم ضبط معدل تدفق جديد في حوالي 0.5 ثانية.

تقليل تكرار التحليل من 1 إلى 0.5 ثانية. وبالتالي ، خلال نفس الوقت ، سيزداد عدد العمليات الحسابية بمقدار 2 مرات. نتيجة لذلك ، من الممكن تحسين أقطار خطوط الأنابيب في 70 ثانية من العملية الديناميكية. يوضح الرسم البياني 14 أن طريقة التحسين تعمل. وانحراف النفقات يميل إلى الصفر.

استنتاج

أظهرت تجربة باستخدام نموذج الوقود المادي المفصل أنه يمكنك استخدام أساليب نظرية التحكم التلقائي ، ليس فقط لضبط وتحسين أنظمة التحكم ، ولكن أيضًا لتحسين المعلمات المادية للنموذج.