Развитие на адаптивните контролери

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 4, 2006

Във връзка с цикъла от статии, които сп. Инженеринг ревю помести в последните няколко броя, посветени на тенденциите в развитието на процесната автоматизация, в редакцията се получи писмо от инж. Борислав Младенов, регионален мениджър на Emerson Process Management, в което той говори за бъдещето на адаптивните контролери, което публикуваме:

Системите за управление предполагат един непрекъснат линеен процес. За съжаление, всички процесни променливи и регулиращи клапани са нелинейни до известна степен. Реакцията при изменение на изхода на контролера се променя с течение на времето, в резултат на различни фактори като натоварването на инсталацията, използваните суровини, капацитет и др. Непостоянството на тази реакция оказва съществено значение върху производителността, не само при настройка на контурите за управление, но и при оценка на измененията от първоначалното състояние с цел постигане на оптимални резултати.

За да се постави това в контекста, е важно да се осъзнае, че съзнателно или подсъзнателно контролерите се настройват, правейки се компромис между производителността и надеждността. Възможността за постоянно управление в една работна точка е обратно пропорционална на способността да се реагира на промени в инсталацията, без да се влиза в колебателен режим. Работната среда за повечето регулиращи контури е променлива и последното нещо, което се очаква е те да внасят по-голямо непостоянство. В резултат, всички контролери се настройват с определен запас, който трябва да осигури гладка реакция при неизбежните изменения в динамиката на процесите. В практиката, за описание на динамиката на процесите се използват три параметъра при изграждане на модели от първи ред, плюс закъснение. Първият от тези параметри е

времезакъснението

което представлява разликата между изменението на една манипулирана величина или едно смущение и съответната реакция, породена от динамиката на процеса. Ако времезакъснението бе нулево, а разделителната способност на първичния преобразувател и регулиращия клапан - неограничена, то настройката на контура щеше да бъде безпроблемна и перфектно управление би било лесно осъществимо. Но на практика нещата са различни и времезакъснението съществува. Следващият най-важен параметър е

коефициентът на усилването на обекта

който представлява крайното изменение в изходната величина на процеса в резултат на дадено изменение на входната величина. Висока стойност на коефициента на усилване обикновено е нещо желано, защото по този начин се подобрява качеството на измерване. От друга страна, високият коефициент на усилване, мултиплицира нечувствителността на изпълнителните механизми и вредните шумове в процеса. Третият параметър е

времеконстантата на процеса

която представлява времето, необходимо за достигане на 63% от желаната промяна на една контролирана величина от момента на първоначалното изменение на процеса. Тази времеконстанта рядко е постоянна. Настройките на контролерите могат да се пресметнат от този модел от първи ред, плюс закъснение. Промените на тези параметри разкриват изменения в работата, процеса, оборудването, изпълнителните механизми и датчиците. Характеристиките на тези промени могат да дадат насоките, познанията и необходимите технически решения за осъществяване на максимално ефективното управление.

Почти всички адаптивни контролери

използвани понастоящем, изискват относително дълго време за наблюдение на измененията в процесните променливи, преди да се пристъпи към промяна на коефициентите на регулиране. Правилата за настройка са скрити и обикновено неизвестни на потребителя. Днешният най-общ адаптивен контролер разчита на разпознаване на модела и при необходимост повишава коефициента на усилване за предизвикване на колебания, така че да може да получи по-добра представа за динамиката на процеса. Размерът на преходите или колебанията и необходимото време за разпознаване могат да се трансформират в значително непостоянство на процеса и да доведат до степен на адаптация, по-ниска от степента на измененията в параметрите на процеса.

В най-добрия случай тези контролери осигуряват моментна "снимка" на текущите изисквания за настройка без реална оценка на това как е протичал процесът или накъде отива. Освен това, внезапните необясними изменения в настройките или пиковите колебания намаляват увереността на оператора и могат да доведат до цялостно изключване на адаптивното управление. И обратното, следващото поколение адаптивни контролери ще определя бързо и автоматично модела на процеса и ще осигурява параметри на модела, които ще могат да се визуализират, ще се проследяват тенденциите им и ще могат да се диагностицират. Наличието на набор от методи за настройка ще даде възможност за избор на методи, които да отговарят най-добре на целите на управлението. Тези контролери ще запомнят резултатите при подобни условия, ще премахват повторяемите идентификации и ще могат по-бързо да реагират на промените.

Алгоритмите за адаптивно управление

могат да идентифицират времезакъснението, коефициентът на усилването и времеконстантата за управлявани и смущаващи променливи и да ги запаметяват като функция от ключова променлива. Потребителят може да приложи препоръчван метод за настройка или да избере алтернативен такъв за изчисляване на настройките на регулатора за текущите и запаметените процесни условия. Когато основна променлива покаже, че процесът се променя, то тогава регулаторът се настройва въз основа на диапазона на изменение на процесните параметри, запомнени по време на работа. Контролерът използва резултатите от предишни настройки и не започва нова идентификация на процеса. Този начин на работа на алгоритмите за адаптивно управление свежда до минимум нежеланото време за идентификация на процеса и позволява използването на натрупаните данни за самообучение на контролера.

Това ново поколение контролери с алгоритми за адаптивно управление дават възможност всички ПИД регулатори да работят в адаптивен режим със запаметяване на параметрите на модела на процеса в бази данни, които да се анализират при промяна в инсталациите, датчиците и регулиращите вентили. Информацията за измененията на моделите на процесите може да се използва директно за наблюдение работата на контурите за управление и осигуряване на по-интелигентна диагностика.




Top