CZ336797A3

CZ336797A3 - Zpětnovazební způsob řízení nelineárních procesů

Info

Publication number: CZ336797A3
Application number: CZ973367A
Authority: CZ
Inventors: Raymond Donald Bartusiak; Robert William Fontaine
Original assignee: Exxon Chemical Patents Inc.
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1998-09-16
Also published as: AU5631496A; NO974959D0; HUP9802089A3; KR100371728B1; NO318927B1; CA2217381C; HUP9802089A2; CA2217381A1; CN1183148A; MY111933A; PL182764B1; ATE193771T1; EP0823078B1; EP0823078A1; DE69608796T2; PL323049A1; US5682309A; TW297108B; BR9608042A; KR19990008140A

Description

ZPĚTNOVAZEBNÍ ZPŮSOB ŘÍZENÍ NELINEÁRNÍCH PROCESŮ

Oblast techniky

Vynález se týká zpětnovazebního způsobu řízení nelineárních procesů, kde je nelineární vztah mezi ovládanými proměnnými řízeného provozu a řídicími proměnnými řízeného pro- .

•J vozu.

·{ Dosavadní stav techniky

Patentový spis Spojených států amerických č.4,349,869 popisuje způsob a zařízení pro řízení a optimalizaci ovládání řady navzájem závislých procesů v prostředí systému. Pro vykonáváni funkce řízení jsou vstupní veličiny do systému podrobeny měřeným perturbacím a dynamické jevy na výstupech jsou zaznamenávány pro umožnění předpovědi budoucí odezvy procesů během operace v lince. Pro zavedení způsobu řízení sestrojujrí autoři tabulku hodnot, které še odvozují během počáteční fáze. Rozličné vstupy a výsledné výstupy se zavádějí do tabulky, která potom slouží jako základní vztažné místo během ná sledujících operací systému.

Uvedený způsob je zvlášt uzpůsobený pro řízení operací lineárního systému nebo operací, které mohou být simulovány jako lineární. Uvažuje-li se však nelineární operace systému, uvedený postup se nechová přiměřeně - zejména když obsahuje množství řídicích a ovládaných proměnných. Řídicí próměnná je výstup systému, který je ovlivňován změnami jedné nebo několika ovládaných proměnných, například vstupů do systému.

Použití řízení dynamické matrice pro polymerační proces ? i í je popsáno Petersenem a spol. v pojednání A Non-linear DMC • Algorithm and its Application to a Semibatch Polymerization '^r Reactor , Chem. Eng. Science, sv.47, č.4, str.737-753 (1992).

Zatímco Peterson'a spol. používají nelineární řídicí jednotku a numerický algoritmus pro odvození; řešení, jejich postup se nepokouší o minimalizaci nákladů na vstupní stav v přístupu k řešení řízení Rrown a spol v pojednáníA Constrained

-24 4 4 4 « ··«·

444*44 4 4 · «444 • 4 4 4 4· 4 ·* I 4449*« ·*9

Nonlinear Multivariable Control Algorithm Trans I ChemE, sv.68(A), září 1990, str.464-476 popisují nelineární řídicí jednotku, která obsahuje specifickou úroveň přijatelných výstupních hodnot, ve které se potlačují řídicí akce. Brown a spol. však nezkoumají které vstupní hodnoty dosahují minimálních nákladů, zatímco také dosahují řízení výstupu.

Dosavadní stav techniky obsahuje mnohá vysvětlení použití řídících systémů na bázi modelů používajících lineární i nelineární vyjádření vztahů řídících a ovládaných proměnných. Patentový spis Spojených “států amerických-č.4,663,703 popisuje vztažný předpovídající model řídicí jednotky, který používá impulzní model podsystému pro simulaci a předpověď budoucích výstupů. Systém obsahuje nastavitelný zisk zpětné vazby a řídicí' smyčky, které jsou nastaveny tak, aby způsobily, že

I * se dynamický systém jeví jakoby měl konstantní charakteristiku, i když jsou jeho dynamické charakteristiky proměnlivé.

Patentový spis Spojených států amerických č.5,260,865 popisuje nelineární řídicí systém na základě modelu pro de· stilační proces, který používá nelineární model pro výpočet par procesu a velikosti proudu destilátu. Patentový spis Spojených států amerických č.4,358,822 popisuje adaptivní - předpovědný řídicí systém,, ve kterém model určuje řídicí vektor, který má být použit v procesu, aby způsobil žádanou výstupní hodnotu procesu v budoucím čase. Parametry modelu jsou aktualizovány na reálné časové základně, aby způsobily, že se výstupní vektor přiblíží k vektoru skutečného procesu. Patentový spis Spojených států amerických č.5,268,834 používá neurální siř pro sestrojení modelu systému pro řídicí, účely.

Rozsah řídicích systémů založených na modelu k operacím řízeného systému nepředstavuje významný problém, jestliže *1 provoz systému je dynamický nelineární proces a zavádí množství ovládaných a řídicích proměnných. Dokud v.minulosti chyběly řídicí počítače procesů přiměřené velikosti a ceny, nebylo možné zpracování řešení množství simultánních rovnic, které vyplývaly z modelování takových dynamických procesů_______

9 F 9	V »		V 9	• ?!	ίύίΛ'.
» 9	•	9	9	9 ·	9 '
• ·	• 9 · · 9!	9	»	9 9 9 ·	9	·
9 9	9	•	•	9	9
« ·	i	♦ · ·		• 9	·'

v systémech.

V dosavadním stavu techniky byla vyvinuta syntéza k použití pro problémy nelineárního řízeni (například problémy řízení pH). V technice syntézy vztažného systému še žádá nelineární řízený provoz sledující vztažnou trajektorii a dosahuj ící-bodu nastavení na první nebo druhý řád trajektorie po uplynutí zpoždění řízeného provozu. Bartusiak a spol. v pojednání Nonlinear Feed Forward/Feedback Control Structures designed by Reference Systems Synthesis”, Chemical Engineering Science, sv.44. č.9, str.1837-1851 (1989) popisují proces řízeni, který může být použit na vysoce nelineární řízený systém. Autoři předvádějí systém, který má být řízen soustavou diferenciálních rovnic. Žádané chování řídicího systému uzavřené smyčky je představováno jako soustava integrodife<renciálních rovnic, která může být navržena jako nelineární.

Žádané chováni se nazývá vztažný systém.

Autoři dosahují výsledků žádaného chování uzavřené

N smyčky ovládanými proměnnými, takže se systém chová pokud možno jako vztažný systém. Působení ovládané proměnné je urv.

ceno rovnicí nebo .obecně minimalizací rozdílu mezi systémem, otevřené smyčky a žádaným systémem uzavřené,smyčky. Žádané chováni řízeného systému se potom definuje. Řídicí proměnné t*' jsou specifikovány spolu s laděním parametru, který řídí rychlost, kterou řídicí proměnná dosáhne nastaveného bodu. Přesněji, žádaný výstupní parametr řízeného provozu se nastaví a rychlost, při které řídicí systém dosáhne žádaného výstupního parametru v řídicí fázi, je diktována parametrem ladění. Takto je řídicí funkce vedena, aby způsobila, že výstup *r l-T · ' ' · dosáhne specifické hodnoty parametru nezávisle na funkci nákladů ovládané proměnné. Výsledek nebere v úvahu změny nákladů ovládané proměnné, které by umožnily nejen účinné řízení provozu řízeného provozu, avšak také minimalizaci nákladů.

I.

Úkolem vynálezu je tudíž vytvořit zlepšený způsob řízení nelineárních procesů, který by umožnil ladění parametrů použité u řídicích proměnných.__________:________________________________

v

-4Jiným úkolem předloženého vynálezu je vytvořit zlepšený způsob pro řízeni nelineárních procesů, při kterém by metodologie řízení umožnila minimalizaci nákladů na vstup manipulované proměnné při současném dosažení žádaných řídicích proměnných.

Podstata vynálezu

Řídicí systém řídí proces v řízeném provozu, který obsahuje ovládané proměnné'(například vstupní stavy) a řídicí proměnné (například výstupní stavy). Řídicí systém obsahuje snímačový /obvod pro zajištění měření řídicích proměnných a paměť pro uloženi konstanty korekce času a'horní a spodní meze proalespoň jednu řídicí proměnnou. Horní a spodní meze < ; jsou odděleny pásmem hodnot, ve kterém je jedna řídicí“ proměnná uvažována jako přípustná. Procesor obsahuje data popisující model procesu, který vztahuje‘náklady na ovládané proměnné k řídicím proměnným a řešením dále zajišťuje předpovězené hodnoty pro^-jednu‘řídicí proměnnou.· Logika v procesoru

9I je odezvou na funkcí měřené hodnoty jedné řídicí proměnné, která je mimo pásmo proměnných pro určení ovládané proměnné s minimálními· náklady vyplývajícími z předpovězené ' hodnoty

I· 1 '' jedné řídicí proměnné v přípustném pásmu hodnot. Řídicí přístroje v řízeném provozu jsou operativní pro změnu ovládaných * proměnných (a vstupních stavů) v souhlase sé signály z procesoru.’

Přehled obrázků na výkresech ''

Vynález je znázorněn na výkresech, -kde obr.. 1 je· blokové schéma systému, který obsahuje vynález, obr.2 je schéma řídicích funkcí použitých ve vynálezu a obr.3 a 4 jsou vývojová schémata užitečná.pro-porozumění činnosti vynálezu. <

·;

Příklady provedení vynálezu

V následujícínr textu budou při popisu vynálezu použity tyto výrazy:______________, _______________________________________:-----• Μ ·*·· * «« « · « · · « é ««

- V ·<·»·!· ·«·»·

- J - 9 9 9 9 ··· ί* 9 ······ · *· ' model procesu; model procesu definuje činnost řízeného systému a je definován ve spojitém časovém intervalu ve formě algebraických a diferenciálních rovnic, diskretizace ovládaných proměnných: ovládané proměnné jsou diskrétní časové proměnné. Je použita funkce nulového řádu pro zajištění diskrétních,ovládaných proměnných pro použití v modelu procesu, ‘ referenční trajektorie: referenční trajektorie zajišťuje specifikaci chování řídicí jednotky' jako rychlosti odezvy řídicích proměnných, objektivní funkce: objektivní funkce definuje optimální chování řízení. Objektivní funkce obsahuje postihy za rozrušení bodů nastavení řízení a funkcí cenových nákladů (zisk), meze ovládané proměnné: meze ovládané proměnné se nastaví tak,, aby ukazovaly meze . sekundární řídicí jednotky nebo stav jako meze rozsahu, meze bodu nastaveni a podmínky proti navinutí, zpětná vazba: zpětná vazba je zahrnuta ve vztažné trajektorii jako hodnota předpětí, která představuje chybu mezi měřením procesu a předpověďmi modelu, + odhad kroku: předpovědi pro stavy modelu procesu a výstupy jsou zajištěny u každého snímacího místa řídicí jednotky integrací dynamického modelu založenou na běžných hodnotách z ovládaných proměnných a proměnných dopředně vazby a předpovědí odvozených během předchozí doby záznamu snímací jednotky, inicializace: inicializace výstupu řídicí jednotky je zajištěna čtením běžných hnrinnT__ovládané proměnné při každém zá—

-6- , známu a zajištěním pohybů řídicí jednotky jako přírůstků k hodnotám. Když je program řídící jednotky v běhu (buď s uzavřenou smyčkou nebo s otevřenou smyčkou), stavy modelu a výstupy jsou inicializovány u hodnot předpovězených během předešlého záznamu řídicí jednotky. Když je program poprvé spuštěn, stavy modelu a výstupy jsou inicializovány .řešením modelu ustáleného stavu pro běžné hodnoty ovládaných proměnných a proměnných dopředně vazby.

V obr.l je znázorněn řídicí systém na bázi číslicového počítače, který sleduje proces probíhající v řízeném provozu

12. Hodnoty procesu se přivádějí do nelineární řídicí jednotky 14 uložené v číslicovém řídicím systému 10. Model 16 procesu je uložen v číslicovém řídicím systému 10 a představuje soustavu nelineárních rovnic, která zjišťuje vztažný systém pro nelineární řídicí jednotku 14. Množství řídicích parametrů 18 zajišťuje omezení pro řídicí hodnoty odvozená nelineár- ní řídicí jednotkou 14. Porovnáním měřeni hodnot procesu s předpovězenými hodnotami odvozenými řešením modelu 16 (s řídicími parametry 18), se odvodí opravné hodnoty a použijí jako řídicí vstupy do'řízeného provozu 12.

V obr.2 obsahuje nelineární řídicí jednotka 14 dynamický model 16 procesu, který definuje rychlost změny stavů procesu pro změny ovládaných proměnných systému, nezávislých proměnných a hodnot předpětí. Nelineární řídicí jednotka 14 dále obsahuje jednu nebo více ladicích hodnot, které definuji charakteristiky odezvy uzavřené smyčky procesu. Podrobněji, každá charakteristika odezvy procesu definuje trajektorii, která má být sledována nějakou řídicí proměnnou odezvou na změny ovládaných proměnných. Optimalizační funkce 19 určuje náklady minimalizované ovládané proměnné, které dosahují žádané trajektorie odezvy, daných tami a předpovězenými hodnotami rozdílů mezi měřenými hodnoodvozenými od modelu 16 procesu.

Je zřejmé, že nelineární řídicí jednotka 14 stanoví «·····« _ τ _ ···»*·♦ · »»»·«« ' v*····· ·· t ····♦· ·· · mezní hranice pro jednu nebo více řídicích proměnných (například výstupů) z řízeného provozu'12. Jsou-li ustaveny horní a spodní hodnoty pro řídicí proměnnou, nelineární řídicí jednotka 14 provede řídící proceduru, která porovná měřenou rychlost změny mezi řídicí proměnnou a rychlostí žádaného pohybu řídicí proměnné vzhledem k alespoň jedné z mezí. Je-li řídicí proměnná mezi horní a spodní mezí, není provedena žádná řídící akce. Je-li řídicí proměnná mimo meze, porovnání měřené dynamické rychlosti změny á dynamické rychlosti změny modelu umožní odvození vélikosti chyby změny hodnoty. Tato velikost chyby změny hodnoty je potom využita objektivní funkcí k umožnění určení množiny ovládaných proměnných, která způsobí nejmenší náklady pro získání návratu řídicí proměnné mezi horní a dolní- mez. Využitím horní a spodní meze pro definici přípustného rozsahu hodnot řídicí proměnné mohou být zkoušeny různé náklady na ovládanou proměnnou pro určení, která kombinace umožňuje . návrat, řídicí proměnné mezi horní a spodní mez v témže čase při minimalizaci nákladů na ovládanou proměnnou.

S přihlédnutím k obr.3 a 4 bude podán popis činností nelineární řídicí jednotky 14. Nelineární řídicí jednotka- 14 pracuje obecně na víceúčelovém počítači, který je sloučen s řízeným provozem.12. Nelineární řídicí jednotka 14 pracuje při specifickém kmitočtu nebo rychlosti záznamu, například ¹jednou za minutu, takže řídicí proměnné jsou sledovány a ovládané proměnné jsou vypočítány pro odvození pohybů pro každou z nich pro zavedení řídicí činnosti.

Postup začíná čtením dat o řízeném provozu do číslicového řídicího systému 10 (blok 30). Tato data obsahují běžné hodnoty pro řídicí proměnné, ovládané proměnné a pomocné proměnné nebo proměnné dopředně vazby. Měření řízeného provozu jsou vedena buď provozními přístroji nebo přes oddělené laboratorní analýzy. Běžné hodnoty měření každé řídicí proměnné se potom porovnají s odpovídajícími předpověďmi modelu. Hodnoty předpětí, představující směs hodnot řízeného provozu_____

4*4 91 ·ι ta »

444» 4 4 4 4 . · • · 4 Μ ·»···♦* φφ

4 4 4 4 4 4 • 4 4 444 ··· *4 4, a modelu, se vypočítá jako rozdíl mezi měřením a předpovězenou hodnotou (blok 32).

Jak je znázorněno v bloku 34, vstupní data se dále vyhodnotí (například abnormální podmínky jako hodnoty měření které nelze vyhodnotit nebo hodnoty mimo oblast se vyřadí), Je rovněž provedena úprava dat, která obsahuje filtraci a nastavení svazků ovládaných proměnných na základě specifických mezí operátora a stavových hodnot řídicího systému.

Na začátku činnosti nélineární řídicí jednotky 14 se provede inicializace ze studeného stavu (viz rozhodovací blok 36). Tyto hodnoty pro nezávislé proměnné, buď ovládané proměnné nebo proměnné dopředně vazby, se čtou z databáze uložené v číslicovém řídicím systému 10 (blok 38) Inicializační akce vypočítá stavy modelu a výstupy řízeného provozu, které představují podmínky řízeného provozu jako teplotu, složení a vlastnosti výrobku; Model může být v jakékoliv matematické formě.

Stavový, prostorový model bude potom, použit pro účely popisu postupu. Každý stav je definován hodnotou x vektoru

a výstupy řízeného	systému jsou	představovány	hodnotami y
vektoru. Nezávislé	proměnné j Sou	představovány	hodnotou u
takto:
	0 - F(x,u) .		(1)
	y « H(x)	♦	(2)
i Hodnoty pro	stavy řízeného	provozu j sou	potom' použity

jako počáteční hodnoty pro nelineární řídicí jednotku 14 (viz blok 40,a 42). Hodnoty stavů jsou potom odhadnuty a zapsány do paměti (blok 44). V tomto okamžiku nelineární řídicí jednotka 14 začne opěrací provádění řídícího algoritmu (blok 46).

Jak je znázorněno v obr.4, řidiči proces čte procesní data z technických prostředků řídicího systému (blok 48) pro určení současného stavu procesu. Data obsahují tyto údaje:

počáteční hodnoty každého stavu modelu,

-9«44 4 4 ·· ·♦ . 4 «··«·· 44« počáteční hodnoty pro předpovězené výstupy řízeného provozu, * hodnoty předpětí představující chyby modelu řízeného provozu, ,parametry modelu, běžné měřené hodnoty nezávislých proměnných, body nastavení nebo cílové hodnoty pro řídicí proměnné a konstanty, vazby pro ovládané proměnné, podmínky stavu vstupu.'

Hodnoty pro stav modelu a předpovězené výstupy řízeného provozu jsou buď předchozí hodnoty z posledního běhu řídicí .· <' jednotky nebo z inicializace studeného startu. Řídicí proměnné' (například výstup, který má být řízen) a.omezující bod nastaveni zavádí operátor. Body nastavení jsou zavedeny jako hodnota horní meze a hodnota spodní meze. Užití těchto hodnot N umožňuje nastavení ovládaných proměnných (vstupy) pro' dosaže-\ iií minimalizovaných'nákladů’při dosažení hodnoty řídicí proměnné mezi horní a spodní mezí. Hodnoty parametrů modelu jsou předem , určeny. Běžné měřené hodnoty nezávislých proměnnýchí . _ b*' · . · · ut · jsou odvozeny z provozních přístrojů nebo laboratorních analýz. Vazby ovládaných proměnných jsou, jak bylo uvedeno výše, ^J . *: .

založeny na mezích zadaných operátorem a hodnotami stavu řídicího systému řízeného provozu?

Potom se nastaví operační modus* řídicí, jednotky (blok _b ‘ iN

50). Jeden modus řídicí jednotky umožňuje vypočítat předpovědi modelu a řídicí signály odvozené bez použití řídicích sig.. nálů v řízeném provozu. Předpokládá se, že číslicový řídicí systém je nastaven ve zcela operativním modu, kde ovládané j. , proměnné jsou aktivně řízeny v souhlase s výpočty modelů * a měřenými stavy systému. - >

Vstupní data se přemění na. formu pro použití s modelem * ^r a řídicím systémem (blok 52) a začne postup odhadu stavu (blok 54). Každý stav se odhadne použitím dynamického modelu

Ί ··. _ *	• » · » a · · » » • · « * a* a' a a *
-16-	-	a « aat· t · ' *o· a a a a · · · · · ataaaa «a a

řízeného provozu. Ve stavovém prostorovém modelu znázorněném dále v rovnicích 3a 4 jsou stavy představovány proměnnou ”x, výstupy řízeného provozu jsou představovány proměnnou y a nezávisle proměnné jsou představovány proměnnou u.

dx/dt = F(x,u) y = H(x) (3) (4) . Rovnice 3 oznamuje, že velikost změny stavů modelu je funkce stavů modelu a nezávislých proměnných. Rovnice 4 ožna. muje, že výstup je funkce stavů modelu. Odhady modelu jsou získány integrací rovnic 3 a-4 z posledního běhu nelineární _r řídicí jednotky 14 do běžného času. Přednostní metoda výpočtu zavádí orthogonálríí kollókaci, ve které^se rovnice 3 á 4 rozs · <» ' * · dělují do časových segmentů, což umožňuje, že diferenciální rovnice mohou být řešeny paralelně ve stejném časovém přírůsr ’ *· ' . .

tku.

k

Výpočty řízení prováděné nelineární řídicí jednotkou 14 se provádějí použitím techniky: . sekvenčního kvadratického programování (blok 56). Výpočet řízení určuje budoucí pohyby . v ovládaných proměnných, které dávají do budoucnosti^nejlepši shodu specifikace chování řízení v časovém horizontu. Nelineární řídicí jednotka 14 využívá model řízeného provozu vztažnou trajektorií definující specifické chování řídicí jednotky, objektivní' funkci (bude popsána dále)^Ja vazby ovládané proměnné. Pohyby - ovládané proměnné se' diskretizují přes časový horizont do budoucnosti . -*

Je použit model, znázorněný v .'rovnicích 3 a 4. Jak bylo . uvedeno výše, proměnná u představuje nezávislé proměnné

Λ a jejich podmnožinou jsou ovládané proměnné (tó znamená vstuϊ py). Hodnoty pro všechny nezávislé proměnné se získají pomocí < funkce nultého řádu diskretizovaných ovládaných proměnných v každém časovém kroku, kFunkce nultého řádu předpokládá, že hodnota ovládané proměnné zůstává konstantní mezi inťervaly ovládání programu. ' • * ·.

• · · · * «·«·*.* «

e ·* ·

9' • · «

V, • li

Φ * .

-11“ +

Vztažná trajektorie udává chování řídicí střídání řídicích proměnných v nimi.

děné, dále, vyjadřuje vztah mezi proměnných a.chybou (nebo rozdílem) mezi bodem dici proměnné a měřenou řízenou proměnnou.

jednotky při souhlase s přivedenými omezeVztažná trajektorie, kterou udávají rovnice 5 a 6 uvedále, vyjadřuje vztah mezi velikostmi -změny řídicích i nastavení ří·>.

dy_k/dt=(SPH_k-(y_k+b))/T+Vhp_k-Vhn_k dt_k/dt=(SPL_k-(y_k+b))/T+Vlp_k-Vln_k (5) .· (6) kde

k = 1 až K

Vlp > = 0,0

Vln > = 0;0

Vhp > =0,0

Vhn·> = 0,0

f >

SPH =

SPL = y

b = ,Vhp =

Vhn =

Vlp = *1 >.

u a* f

R mez pro řídicí proměnnou nebo horní spodní mez pro. řídicí proměnnou nebo omezení, předpovězená řídicí proměnná, '· ' chyba vztažená na předpětí v předpovědi a měř kladná.variace měřené proměnné z SPH,. >

záporná variace měřené proměnné ž SPH, kladná variace.měřené proměnné ž-SPL,

Vln = záporná variace měřené proměnné z SPL k —časový krok do budoucnosti,

K = časové kroky v . budoucnosti*v časovém horizontu ... užitém řídicí jednotkou, ϊ- T = časoyá konstanta pro rychlost řené smyčky řízené proměnné.

omezeni, •i '1· odezvy žádané užavčena jako umožňuje, a umožňuje tivní funkci.

Vhn bude dále oznaporuchová proměnná byla přeměněna na rovnost

Vln a Každá

Každá z proměnných Vlp,’Vhp, poruchová¹' proměnná, aby nějaká nerovnost prioritizací omezení .pomocí vážení funkcí v objekObjektivní funkce (to znamená vztah,· který má • · ’ · 9

·· ·

být splněn řízením), je dána vztahem:

Min Sum(Vh*Vhp^+Vl νΐη^)+Ο(χ,u) (7) pokutové váhy

Vh,Vl = pokutové

Vhpj^Vlp^ = poruchové proměnné definované výše,

C(x,u) = pokutová funkce nákladů .

Rovnice 7 vyjadřuje funkci minimalizace součtu pro použití, když nastala porucha bud’ horní meze řídicí proměnné nebo dolní meze řídicí proměnné: Rovnice 7 zavádí váhově činitele, které umožňují buď kladnou hodnotu poruchy nebo zápornou hodnotu ' poruchy, která může, nebo nemusí být uvažována, podle případu. Rovnice 7 také zavádí výraz (t.j.C(x,u)), který je funkcí nákladů, závislé na ovládaných proměnných u a na z^: , . 4 stavech x modelu. ' ,

Řídicí systém řeší rovnici . 7 a vyhodnocuje součet vy plývající z každého řešení, když je připuštěno více změn v ovládaných, proměnných. Účelem je dosáhnout návrat řídicí

A' proměnné y, mezí vazby definované horní mezí (SPH) a spodní mezí (SPL). Když jsou SPH a SPL odděleny rozsahem hodnot definujícím přípustnou oblast řídicí proměnné, může být vypočí tán nějaký počet možných změn v ovládaných proměnných pro ur čení, která kombinace má.za následek nejnižší náklady pro ovládané proměnné·, při dosažení návratu řídicí proměnné do přípustného rozsahu. Jestliže ovládané proměnné (ve kterémkoliv kroku řízení) umožňují návrat výstupu řízeného provozu do rozsahu mezi.SPH a SPL; každý z prvních dvou-výrazů v rovnici 7 se vynuluje a řešení funkce se přesně vztahuje k nákladům představovaným ovládanými proměnnými.

Optimalizační řešení rovnice 7 je podřízeno přídavným vazbám ovládaných proměnných, jak * je dále vyjádřeno v-rovnicích 8 a 9.

ABS(u^-u(p-l) < dub (8) £91 «« «

« · «· · • 9 ♦

·' • 99 = horní vazba na ovládané proměnné, = spodní vazba na ovládané proměnné, = vazba na změně v u mezi časovými kroky.

“I •5 *

l>

kde:

« « · • « ·9

9' 9 999· •99 ·9;

uhb ulb dub

Když hodnoty ovládaných v^- budoucno sti~ j sou 58). Za předpokladu do paměti (blok 60) do řízeného pro.vozu cích prvků (například ventilů).

.Odborníkům školeným v oboru .bude zřejmé, ný popis být. provedeny různé lenky „vynálezu..

jící bylo dosaženo přijatelného řešení, výstupy obsahuproměnných pro každý časový krok přezkoušený na systémová omezení (blok platnosti výstupních dat se data zapíší a vypočtené ovládané proměnné, se pošlou (blok 62) pro ovládání provozních řídi- .

f. . * že,výše uvedeT je pouze příkladem vysvětlení vynálezu a že mohou, obměny, aniž by se vybočilo z rámce myší.

Jih

SPOLEČNÁ ADV ANCELÁŘ

VŠETEČKA ZELENÝ SVORNÍK KALENSKÝ

Claims

120 00 Praha 2, Málkova 2 Česká republika .4. i

1* i

|

• i • ·· • « ₇ · • • · • * « • « · 9 « · «··· · v « ··« 9 • · • • * ·' 9 • · • ··· ·· 4

provozu obsahující ovládané proměnné zahrnující vstupní stavy a řídicí proměnné zahrnující výstupní stavy, vyznačující se tím, že obsahuje snímací prostředky pro zajištění měření alespoň řídicích pro měnných, paměťové prostředky pro uložení' horních a spodních mezí a opravnou časovou konstantu pro alespoň jednu řídicí proměnnou, horní a spodní meze oddělené pásmem hodnot, ve kterém alespoň jedna řídicí proměnná je považována za přípustnou, , procesorové prostředky připojené ke snímacím prostředkům a paměťovým prostředkům a obsahujícím data popisující model procesu, v uvedeném řízeném provozu, náklady na ovládané proměnné vztažené k modelu pro řídicí proměnné a po řešení dále zajišťují předpovězené hodnoty pro alespoň jednu řídicí proměnnou, procesorové prostředky dále obsahují logické prostředky odpovídající na měřené hodnoty funkce jedné řídicí proměnné, které jsou mimo uvedené pásmo řídicích signálů pro výměnu ovládaných hodnot pro vyvíjení proměnných ve směru pro dosažení jejich minimalizovaných nákladů, ovládané proměnné jsou vystřídány ve směru způsobení předpovězené hodnoty alespoň jedné řídicí proměnné, aby byla v uvedeném pásmu hodnot a prostředky řídicího signálu odpovídající na řídicí signály pro ovládání přístrojů v řízeném provozu pro řízení ovládaných proměnných.

2. Systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že paměťové prostředky ukládají data popisující funkci odezvy trajektorie pro model, která předepisuje velikost návratu pro jednu řídicí proměnnou k pásmu hodnot považovaných za přípustné, když horní mez je překročena řídicí proměnnou.a funkce odezvy,trajektorie pro model, která předepisuje velikost návratu pro jednu řídicí proměnnou k pásmu hodnot považovaných za přípus• · .»· · · * · ·- ·'· · • · · ··♦ · • · · · ·«· · · · * · · • · · • · « « • · · ·♦·· «' • · «

-15tné, když·je spodní měz překročena alespoň jednou řídicí proměnnou, obě odezvy trajektorie dále obsahují korekční časové konstanty a vyjadřují vztah mezi měřenými a žádanými velikostmi změny alespoň jedné řídicí proměnné, logické prostředky

7 s · používají dat pro určení minimalizovaných nákladů vstupních staVů. . .

3~ Systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že funkce odezvy trajektorie pro alespoň jednu řídící proměnnou je: dy_k/dt=(SPH_k-(y_k+b))/T+Vhp_k-Vhn_kdt_k/dt=(SPL_k-(y_k+b))/T+Vlp_k-Vln_k . ' k*= 1- až K . ' '’ .

' Vlp > = 0,0

-Vln >=0,0, ' ·

Vhp > = 0-, 0 .

Vhn >.= 0,0 ... , ' ' kde. : \ .

SPH = horní mez pro řidiči proměnnou nebo omezení,

SPL = spodní mez pro řídicí proměnnou nebo omezení, íl · y = předpovězená.řídicí proměnná, b = chyba vztažená na předpěti v předpovědi á měření, * ' ' '

Vhp - kladná variace měřené proměnné z SPH,

Vhn = záporná variace měřené proměnné z SPH, _ tet

Vlp = kladná variace*měřené proměnné z SPL, > Vln =, záporná variace měřené proměnné- z SPL k = časový krok do budoucnosti,

K = časové kroky v budoucnosti v časovém horizontu užitém řídicí jednotkou,

T = časová konstanta pro rychlost odezvy žádané uzavřené smyčky řízené proměnné. ... .

-164. Systém podle nároku 3, vyznačuj ící se

4 • to- • • · toto, toto·* to to • toto 9 to • · • · • · • • to, · to · toto·· · • • •i _u '· · ♦ ♦ • · • « • • ' to to • • to · • toto to to •

tím, že logické prostředky pracují pro zajištění řešení k minimalizačnímu vztahu pro určení minimalizovaných nákladů ovládaných proměnných pro dosažení pohybu alespoň jedné řídící proměnné v pásmu hodnot, kde minimalízační vztah je vyjádřen jako: Min Sum(Vh*Vhpj_t+Vl Vln^.)+C(x\ u) kde:

Vh,Vl - pokutové váhy

Vhp^,Vlp^ = poruchové proměnné definovaňé^Jvýše, C(x,u) = pokutová funkce nákladů.