Автоматизация установки перегонки нефти на основе нечеткой логики

Содержание



Введение	3

1. Аналитическая часть	4

1.1 Установки по перегонке нефти	4

1.2 Описание объекта и предмета исследования	4

1.3 Анализ и оценка традиционных способов управления технологическими

процессами на установках по перегонке нефти	5

1.4 Ретроспективный анализ способов повышения эффективности управления

технологическими процессами на установках по перегонке нефти	10

1.4.1 Развитие автоматизированных систем управления в химической

промышленности СССР и России	10

1.4.2 Технико-экономический эффект управления	12

1.4.3 Современные методы управления производственными процессами на

основе компьютерных технологий	14

1.5 Патентный поиск	28

1.6 Формулировка цели и задач исследования	32

Заключение по 1 главе	32

2. Выбор способа повышения эффективности управления технологическими

процессами на УПГ	34

2.1 Сравнительный анализ способов управления технологическими

процессами на УПГ	34

2.2 Обзор принципов управления технологическими процессами на основе

нечеткой логики	39

2.3 Повышения эффективности типовых одноконтурных звеньев системы

управления технологическими процессами на УПГ при замене ПИД-

регулятора ПИД-подобным fuzzy-регулятором	46

3. Моделирование в программном комплексе MATLAB рассматриваемой

технологии	51




1

3.1 Анализ возможностей нечеткого моделирования в среде MATLAB	51

3.2 Моделирование типовых одноконтурных звеньев системы управления

технологическими процессами на УПГ на основе ПИД-регулятора и ПИД-

подобного fuzzy-регулятора	57

3.2.1 Моделирование и интерпретация результатов одноконтурной САР

давления P ректификационной установки УПГ	58

3.2.2 Моделирование и интерпретация результатов одноконтурной САР

расхода пара F ректификационной установки УПГ	59

3.2.3 Моделирование и интерпретация результатов одноконтурной САР

температуры Т ректификационной установки УПГ	60

Заключение	86

Список использованных источников	88













































2

Введение



     Установка перегонки нефти (УПГ) служит для получения из нефти ди-стиллятов дизельного топлива, керосина, бензина, масляных фракций разной вязкости, а также гудрона. Помимо перечисленных продуктов на УПГ получа-ют жирный и сухой газы, рефлюкс - сжиженный газ, вакуумный легкий га-зойль. Современные УПГ состоят из блока предварительного нагрева в тепло-обменниках; блока ЭЛОУ - обезвоживания и электрообессоливания нефти; блока вторичного нагрева; блока отбензинивания; атмосферной колонны; блока фракционирования под вакуумом мазута; блока стабилизации и вторичной пе-регонки бензина.

     Традиционные системы автоматического регулирования (САР) блоков УПГ, как правило построены на основе одноконтурных САР отдельных техно-логических параметров, которые строятся на аналоговых пропорционально ин-тегральных (ПИ) или пропорционально интегрально дифференциальных (ПИД) регуляторах.

     Современный этап развития САР характеризуется внедрением систем, основанных на компьютерных технологиях, что позволяет реализовывать со-временные методы управления технологическими процессами в том числе и на УПГ.

     Одним из таких методов является метод, основанных на «нечетких выво-дах», который относится к интеллектуальным системам нечеткого управления - «fuzzy control».

     Целью работы является автоматизация установки перегонки нефти на ос-нове нечеткой логики.












3

1. Аналитическая часть



1.1 Установки по перегонке нефти

     Типовая технологическая схема установки по перегонке нефти (УПГ) приведена на рисунке 1.1 в приложении А.


1.2 Описание объекта и предмета исследования



     Схема автоматизации установки первичной переработки нефти АВТ приведена на рисунке 1.2 в приложении Б.

     Система управления ректификационной установкой УПГ, основанная на одноконтурных САР отдельных технологических параметров приведе-на на рисунке 1.3.





































Рисунок 1.3 - Система управления ректификационной установкой УПГ,



4

основанная на одноконтурных САР отдельных технологических параметров



1.3 Анализ и оценка традиционных способов управления технологическими процессами на установках по перегонке нефти


     В верхней и нижней частях колонны 30 температуры поддерживаются на неизменном уровне. Происходит стабилизация давления в верхней ча-

сти колонны, температуры конденсата на выходе конденсатора 32, расхода жидкости на входе печи 27. Отводя часть конденсата в емкость 34, осуществляется регулирование уровня конденсата в емкости 35. Регулятор уровня используется для сброса воды из нижней части емкости 22. Стабилизация уровня жидкости в нижней части основной атмосферной колонны происходит посредством изменения ее расхода через печь 23 (схе-ма связанного регулирования). Регулирование давления и температуры в верхней части колонны 19, температуры конденсата на выходе конденсатора 21 производится так же, как в колонне 30. Уровень в нижней части колонны, уровни в емкости 23 – по аналогии с емкостью 22. Температуры в зонах ВЦО, НЦО основной атмосферной колонны стабилизируются посредством изменения расходов орошений (связанное регулирование). Так же происхо-дит регулирование расходов водяного пара, поступающего в колонну 30 и секции отпарной колонны. Уровни в секциях регулируются с помощью из-менения расходов фракций, уходящих из секций.

     Изменяя расход фракций, уходящих из колонны 48, происходит регу-лирование температуры в зонах циркуляционных орошений, что, в свою очередь, приводит к изменению расхода орошений, которые возвращаются в колонну.
Так  же проводится стабилизация  уровня в нижней  части колонны  и


5

расход водяного пара на входе в нее. Требуемое остаточное давление в ко-лонне обеспечивается воздействием на работу эжектора.

     Процесе ректификации в вакуумной колонне блока установки первич-ной переработки мазута является одним из основных процессов химической технологии. Показателем эффективности его является состав целевого про-дукта. В зависимости от технологических особенностей в качестве целевого продукта могут выступать как дистиллят (1 масляная фракция), так и кубо-вый остаток (гудрон). В нашем случае в качестве целевого продукта высту-пает 1 масляная фракция. Поддержание постоянного состава целевого про-дукта является целью управления. Состав другого продукта при этом может колебаться в определенных пределах вследствие изменения состава исход-ной смеси.

     Установка является сложным объектом управления со ным временем запаздывания (например, в отдельных случаях выходные па-раметры процесса начнут изменяться после изменения параметров сырья лишь через 1-3 ч), с большим числом параметров, характеризующих процесс, многочисленными взаимосвязями между ними, распределенностью их и т. д.

     Трудность регулирования процесса объясняется также частотой и ам-плитудой возмущений. Возмущениями являются изменения начальных пара-метров исходной смеси, тепло- и хладоносителей, изменения свойств теплопередающих поверхностей, отложение веществ на стенках и т. д. Кро-ме того, на технологический режим ректификационных колонн, устанавлива-емых под открытым небом, влияют колебания температуры атмосферного воздуха.

     Показатель эффективности процесса - концентрация QД искомого компонента в дистилляте самым непосредственным образом зависит от начальных параметров исходной смеси. С их изменением в процесс могут поступать наиболее сильные возмущения, в частности по каналу состава

6

исходной смеси, так как состав определяется предыдущим технологиче-ским процессом.

Используются колпачково-клапанные тарелки.

     Оборудование, используемое для автоматизации процесса – установка «Ханвей».

     Расход сырья Fc может быть стабилизирован с помощью регулятора расхода. Диафрагма и исполнительное устройство регулятора должны быть установлены до теплообменника, так как после нагревания смеси до темпера-туры кипения в этом теплообменнике поток жидкости может содержать па-ровую фазу, что нарушает работу автоматических устройств.

     Большое значение для процесса ректификации имеет температура исходной смеси. Если смесь начинает поступать в колонку при температу-ре ниже температуры кипения, она должна нагреваться до этой температу-ры парами, идущими из нижней части колонны. Конденсация паров при этом

возрастает, что нарушает весь режим процесса ректификации. му температуру исходной смеси стабилизируют изменением расхода теплоносителя, подаваемого в теплообменник (в нашем случае – расхо-дом газа в вакуум-печь); тем самым ликвидируют одно из возмущений.

     Рассмотрим возможности регулирования режимных параметров верх-ней (укрепляющей) части ректификационной колонны, непосредственно определяющих состав дистиллята.

     Зависимость состава паров, выходящих из укрепляющей части колон-ны (а значит, и состава дистиллята), от других параметров показывает, что концентрация выходного продукта y (показатель эффективности) определя-ется концентрацией исходного продукта x, температурой кипения t жидкости

и давлением паров Р над жидкостью. Для получения определенной концентрации, в соответствии с правилом фаз следует поддерживать на определенном значении только два из перечисленных параметров, а именно

7

давление Р и концентрацию х.

     Давление Р легко стабилизировать изменением расхода пара из колон-ны. Исполнительное устройство при этом устанавливают не на шламовой трубе, соединяющей верхнюю часть ректификационной колонны с дефлегма-тором, а на линии хладоносителя, поступающего в дефлегматор. Это вызвано, в частности, тем, что при дросселировании пара в шламовой тру-бе дефлегматор начинает работать в режиме переменного давления, что не-благоприятно влияет на процесс конденсации.

     Стабилизация давления в верхней части колонны необходима не только для поддержания заданного состава целевого продукта, но и для обеспечения нормального гидродинамического режима колонны, так как при понижении давлення может произойти «захлебывание» колонны (восходящий поток па-ра начинает препятствовать стеканию жидкости по тарелкам вниз), а при его повышении уменьшается скорость парового потока, что связано с уменьше-нием производительности установки.

     Сравнительно просто регулировать также концентрацию х изменением расхода флегмы: чем выше этот расход, тем больше в жидкости иизкокипящего компонента, и наоборот.

     На практике часто регулируют состав паров (а в отдельных случаях и непосредственно состав дистиллята) изменением расхода флегмы. Регулиру-ющий орган во всех случаях может быть установлен как на линии флегмы, так и иа линии дистиллята, что равноценно. В качестве анализаторов состава используют хроматографы и газоанализаторы.

     Итак, для достижения цели управления необходимо стабилизировать давление и состав жидкости в верхней части колонны. Качество регулирования этих параметров зависит от состава и скорости паров, движу-щихся из нижней (исчерпывающей) части колонны и определяемых ее тех-нологическим режимом - главным образом давлением, температурой и соста-

8

вом жидкости в кубе колонны.

     Необходимость стабилизации давления паров в кубе отпадает, так как ректификационная колонна обладает хорошо выраженными свойствами самовыравнивания по этому параметру, и регулирование давления в укреп-ляющей части колонны приведет к тому, что давление в кубе через несколько минут примет определенное (несколько большее, чем в верхней части колонны) значение.

     Этого нельзя сказать о температуре (составе) жидкости в кубе (как и в верхней части колонны, в кубе, кроме давления, достаточно регулировать лишь один параметр). Изменение расхода флегмы с целью регулирования второго параметра приводит к изменению параметров в кубе колонны лишь через несколько часов. В связи с этим для поддержания нормально-го режима в кубе возникает необходимость независимого регулирования од-ного из этих параметров. Обычно стабилизируют температуру, поскольку, с одной стороны, датчик температуры значительно проще н надежнее, чем анализаторы состава, а с другой стороны, если целевым продуктом является дистиллят* то требования к технологическому режиму в нижней части ко-лонны менее жесткие, чем в верхней части. Итак, в кубе колонны следует ре-гулировать температуру.

     Регулирующие воздействия в нижней части колонны могут осуществляться изменением расходов кубового остатка и теплоносителя, подаваемого в кипятильник. Если учесть, что расход остатка следует исполь-зовать для поддержания материального баланса, т. е. для стабилизации уровня жидкости в кубе, то единственным регулирующим воздействием при регулировании температуры является изменение расхода теплоносителя.

     Таким образом, если целевым продуктом является дистиллят, то для достижения цели управления следует регулировать, расход исходной смеси, температуру исходной смеси, давление в верхней части колонны, со-

9

став жидкости в верхней части колонны, температуру и уровень жидкости в кубе. Контролю подлежат: расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, остатка, тепло- и хладоносителей; состав и температура конечных продуктов; температура исходной смеси, тепло- и хладоносителя; уровень в

бе колонны; температура по высоте колонны; давления в верхней и нижней

частях колонны, а также перепад этих давлений.

Сигнализации	подлежат	значительные	отклонения	состава

го продукта, уровня и давлення в колонне от заданных значений. При давлении в колонне выше допустимого, а также при прекращении поступле-ния исходной смеси должны сработать автоматические устройства защиты, отключающие ректификационную установку. При этом магистрали теплоносителей, остатка и дистиллята перекрываются, а магистрали хладоно-сителя и флегмы полностью открываются.


1.4 Ретроспективный анализ способов повышения эффективности управления технологическими процессами на установках по перегонке нефти


1.4.1 Развитие автоматизированных систем управления в

ской промышленности СССР и России



     Автоматизированным системам управления, действующим на россий-ских химических заводах, около 40 лет: именно столько времени усилия-ми многочисленных научно-исследовательских институтов (ЦНИИКА, ВНИПиСАУ и др.), проектно-конструкторских институтов (Гипрохим, ОКБА и др.), монтажно-наладочных организаций (Монтажавтоматика, Оргхим, Оргминудобрения идр.), организациями Госснаба (Химкомплект, Комплектавтоматика) и специалистами самих химических и нефтехимиче-

10

ских предприятий внедрялись АСУ самых разных уровней.

     Развитие систем управления ХТП невозможно представить без Цен-трального научно-исследовательского института комплексной автоматизации (ЦНИИКА), созданного в 1956 г. под руководством проф. Е.П. Стефани и проф. Е.П. Дудникова. Становление систем управления ХТП наглядно можно рассмотреть на примере развития одного из химических предприятий.

     В 70-е годы прошлого века в СССР была создана крупнейшая в мире промышленность минеральных удобрений, что привело в свое время к строи-

тельству огромных сернокислотных производств. Именно в эти годы для пе-чей кипящего слоя (КС-200) в цехе обжига колчедана используется первая АСУ ТП «Куб», в функции которой входили: централизованный сбор, хранение и представление информации по 14 параллельно работающим печам обжига колчедана в кипящем слое, сигнализация и учет отклонений

параметров технологического процесса от норм го регламента. В 1975 г. в этом цехе внедряется прямое цифровое управле-ние технологическим процессом с распределением нагрузок по печам и кол-лекторам.


     В 1980 г. на этом же предприятии в сернокислотных цехах СКЦ-1, СКЦ-2, башенном сернокислотном цехе обжига колчедана внедряется АСУ ТП «Купол», а в 1987 г. - АСУ ТП «Купол-1», «Купол-2» для СКЦ (техноло-гические линии СК 28, 41, 42), в которых было реализовано непосредствен-ное цифровое управление (НЦУ) технологическим процессом.

     В 2000-2002 гг. система «Купол» в сернокислотном контактном производстве модернизирована на новой программно-технической основе с использованием современных SCADA (Supervisory Control And Data Acquisi-tion - диспетчерское управление и сбор данных) - систем и сетевых програм-

мируемых логических контроллеров (ПЛК).

Подобным образом шло развитие систем управления в производствах

11

экстракционной фосфорной кислоты, минеральных удобрений, полимеров и т. д.


1.4.2 Технико-экономический эффект управления



На	сегодняшний	день	не	существует	реальных	и	достаточно

результативных методов расчета экономической эффективности от внедре-ния и эксплуатации АСУ. Из опыта внедрения и эксплуатации АСУ следует, что процесс внедрения АСУ - процесс сложный, во многом противоречивый, и не всегда сразу же проявляется желаемый положительный эффект. Не ис-ключается риск при оплате заказчиком расходов на автоматическое

управление	и	получением	в	итоге	ненадежной	и	убыточной

мы управления. Многие химические и нефтехимические производства - про-изводства сложные, непрерывные, многостадийные, с наличием агрессивных сред, взрывопожароопасных зон и т. д. Каков же должен быть уровень

автоматического управления, какие АСУ нужны собственнику, какой крите-рий оценки эффективности управления для него является самым важным? Наиболее распространенным критерием оценки эффективности управле-

ния является прибыль.

В	1993	г.	исследователями	США	и	Канады	было

но сообщение о том, что только треть всех контуров управления на действу-ющих химических предприятиях работает эффективно. Тогда немногие это-му поверили. Недавнее обследование (2003 г.) более ста тысяч контуров управления на 350 действующих химических предприятиях США специали-зированной фирмой Honeywell Process Solutions Phoenix подтвердило эти




















данные: плохо или удовлетворительно работают 49 % ных контуров управления; 32 % - работают в допустимых пределах отклонений КПД от заданного; 16 % - не работают из-за забивки

12

регулирующих клапанов и только 4,4 % обследованных контуров управле-ния в последние два года изменяли параметры настройки управляющих устройств.

     Уровень автоматического управления химическим предприятием определяется экономическими условиями. Затраты на автоматическое управ-ление ХТП могут доходить до 20 % от стоимости основного технологическо-го оборудования. Практический опыт последних лет показывает, что внедре-ние АСУ повышает технико-экономические показатели производства да-

же без замены или реконструкции основных фондов. ская эффективность достигается прежде всего за счет основных преимуществ АСУ перед человеком. Теперь для управления ХТП в оптимальном режиме просто умения, интуиции, знаний человека недостаточно. Автоматизация технологических объектов управления повышает их технико-экономические показатели (ТЭП) на 3...5 % при значительном (на 30...40%) снижении трудоемкости получения целевого продукта. Например, на одном из пред-приятий в производстве аммофоса в результате реконструкции производства

и АСУ была увеличена производительность технологического оборудования на 16 %, улучшено качество аммофоса, отмечено снижение на 10 % выбросов аммиака в окружающую среду.

     Автоматическое управление обеспечивает большую степень безопасности, надежности и экономичности работы объектов управления,

что сокращает время простоев технологического оборудования, предотвращает загрязнение окружающей среды. Усиленно разрабатываются системы активного контроля наличия утечек потенциально опасных сред (га-зовых, жидких) из технологического оборудования. Например, разработана новая система контроля, состоящая из контроллера, к аналоговым дам которого подключены газоаналитические датчики наличия утечек, а к аналоговым и дискретным выходам - исполнительные устройства (исполни-

13

тельные механизмы и регулирующие органы), позволяющие управлять без-опасностью ХТП. К последним достижениям в области управления безопас-ностью химических производств можно отнести разработку нейросетевых моделей управления. На выходе нейронной сети в режиме реального време-ни рассчитываются значения управляющих воздействий, направленных на предотвращение отказов технологического оборудования.

     В современных условиях информационные технологии становятся важнейшей составной частью ХТП, во многом определяющих хозяйственные риски. Например, для анализа экологической обстановки, идентификации ис-

точника выброса и принятия решения по управлению качеством атмосферно-го воздуха разработаны ситуационные советующие системы на основе алгоритмов нечетких логических рассуждений, позволяющие выполнять оперативный анализ состояния воздушной среды. И если раньше информати-зацию рассматривали как затратную часть бюджета, то сейчас наблюдается тенденция вложения денег в информационные технологии ради получе-ния прибыли.


1.4.3 Современные методы управления производственными процесса-ми на основе компьютерных технологий


     Современные методы управления производственными процессами на основе компьютерных технологий получили распространение на большин-стве промышленных предприятий. Период с 80-х годов XX века до настоя-щего времени характеризуется широким использованием в различных обла-стях науки и техники интеллектуальных систем управления. К ним относятся

и системы нечеткого управления, или «fuzzy control». Сочетание «fuzzy con-trol» обычно интерпретируется как «нечеткое (неясное, размытое) управле-

ние». Fuzzy control - одно из направлений современных новейших техноло-

14

гий управления [1, 2, 3].

     Чем же обусловлена актуальность новой технологии и в чем проявляет-ся ее преимущество перед известными и ставшими уже классическими концепциями управления?

     Прежде всего это тенденция увеличения сложности математических моделей реальных систем и процессов управления, связанная с желанием по-высить их адекватность и учесть все большее число различных факторов, оказывающих влияние на процессы принятия решений.

С одной стороны, традиционные методы построения моделей не при-

водят к удовлетворительным результатам, когда исходное ние проблемы, подлежащей решению, заведомо является неточным и непол-ным. С другой стороны, стремление получить исчерпывающую информацию для построения точной математической модели сложной реальной ситуации часто приводит к потере времени и средств, поскольку эго в принципе невоз-можно.

     Целесообразно воспользоваться методами, которые специально ориентированы на построение моделей, учитывающих неполноту и неточ-ность исходных данных. Именно в таких ситуациях технология нечеткого управления оказывается наиболее конструктивной, поскольку за послед-нее десятилетие на ее основе были решены сотни практических задач управ-ления и принятия решений.

Для чего необходимо нечеткое управление?

     Во-первых, нечеткое управление является новой технологией и поэто-му может быть использовано для уклонения от требований по патентной чи-стоте товаров при схожих технических средствах.

     Во-вторых, сегодня «нечеткости» в продукции желает потребитель, так как «нечеткость» представляет собой «высокую технологию», а это является синонимом товара высшего качества. В этом случае технология «нечеткости»

15

используется как инструмент на рынке товаров.

     В-третьих, проектированию нечетких регуляторов можно легко обу-читься, а для его эксплуатации требуется менее опытный персонал по срав-нению с традиционным регулятором. Этот факт снижает стоимость продук-ции.

     В-четвертых, нечеткий регулятор обеспечивает большую робастность (устойчивость), чем традиционный регулятор.

В-пятых, нечеткий регулятор лучше управляет нелинейным процессом. Теория нечетких множеств, основные идеи которой были предложены американским ученым  Л. Заде (L. Zadeh) в 1965 году,  позволяет описы-вать качественные, неточные понятия и наши знания об окружающем мире, а также позволяет оперировать этими знаниями с целью получения новой ин-формации. Созданные на базе этой теории методы построения информаци-онных  моделей существенно  расширяют традиционные  области примене-ния компьютеров и образуют самостоятельную область научно-прикладных исследований - нечеткое управление, которое является одним из наиболее ак-тивных и перспективных направлений прикладных исследований в задачах управления и принятия решений. Нечеткое управление оказывается особенно полезным, когда в описании технических систем и бизнес-процессов присут-

ствует неопределенность, которая затрудняет или даже исключает применение точных количественных методов и подходов.

     Использование нечеткого регулятора в таких бытовых товарах, как стиральная машина, пылесос, электробритва, кондиционер (и т. д.), прида-ет этим товарам более совершенные потребительские свойства, делает их бо-лее конкурентными на традиционных рынках сбыта. Так, стиральная маши-

на, оснащенная нечетким регулятором, автоматически оценивает пень загрязненности и тип материала, а затем автоматически определяет необходимое количество воды и стирального порошка, минимизируя их по-

16

требление. Пылесос с нечетким регулятором автоматически ет степень загрязненности пола и регулирует скорость вращения

электродвигателя в зависимости от запыленности, обеспечивая потребление двигателем минимального количества электроэнергии по сравнению с тради-ционным пылесосом, который не оснащен нечетким регулятором. Карман-ная электробритва с питанием от аккумулятора, оснащенная нечетким регу-лятором, автоматически определяет плотность волосяного покрова и регули-рует скорость вращения двигателя бритвы, обеспечивая минимальное

потребление электроэнергии. Нечеткий регулятор автоматически управляет кондиционером, который учитывает изменение температуры комнаты и влажность в зависимости от количества людей в комнате, реагирует на за-пах табака и другие запахи путем автоматического переключения режимов работы вентилятора кондиционера, создавая комфортные условия.

     Нечеткий регулятор функционирует в терминах правил «если- затем» (if-then) и, таким образом, может обеспечивать исполнение дружественного и понимаемого человеком представления знания. Некоторые исследователи

видят в этом язык программирования очень высокого уровня, в котором про-граммирование осуществляется в виде написания команд «если-затем», а ре-гулятор интерпретирует эти команды в нелинейный алгоритм управления. В результате качественные высказывания программируются средствами,

которые представляются сообщениями типа «если-затем», а получаемая ра-бочая программа имеет качественное содержание и функционирует по сигна-лам от датчиков и исполнительных механизмов.

     Интуитивно ясно, что это вызывает потерю информации, поскольку не существует единственного преобразования количественной категории в ка-чественное представление, кроме специальных случаев. К примеру, имеет-

ся	не	единственное	качественное	преобразование	высказывания

шое напряжение» в числовую величину этого напряжения, и наоборот.

17

     При управлении результаты вычислений на выходе регулятора пред-ставляются в количественной форме, затем перерабатываются в сигналы для пусковых устройств (соленоидов) двигателей, заслонок, насосов, электронагревателей (и т. д.), являющихся дополнительными техническими средствами, которые служат для преобразования информации. Это способствует тому, что даже сложные стратегии управления, используе-мые операторами или инженерами- технологами, полученные ими в резуль-тате экспериментов или из своих профессиональных знаний, могут быть запрограммированы и поддержаны естественным и понимаемым способом.

     Исследователи часто утверждают, что нечеткое управление обеспечивает большую робастность. Однако не имеется никаких результатов исследований, которые в общем случае доказывают, что нечеткие регуляторы более робастные, чем традиционные [4].

     Можно показать, что нечеткий регулятор является фактически статической нелинейностью и, следовательно, из двух типов регуляторов является более робастным, чем традиционный, а степень робастности зави-сит от правил, определяющих эту статическую нелинейность. Однако если изменения параметров процесса являются частично известными, то нечет-кий регулятор может быть спроектирован так, что он будет нечувствитель-ным к изменению параметров процесса, следовательно, будет более робастным по сравнению с линейным регулятором.

     Действительно, как показано в [5], нечеткий регулятор в неявной форме обеспечивает демпфирование при переходе параметров из одного множества в другое. Следовательно, большая робастность нечетких регуля-торов могла бы интерпретироваться как большая робастность при известных изменениях параметров. Однако для практического применения нечетко-го регулятора еще остаются проблемы, решение которых зависит в основ-ном от знаний регулируемых процессов.

18

     Другие исследователи утверждают, что нечеткий регулятор более при-способлен для управления нелинейными процессами, так как является бо-лее высокой формой регулятора по отношению к линейному регулятору в

случае управления нелинейными процессами. Подобное утверждение дей-ствительно справедливо тогда, когда нелинейный процесс может быть описан как функция ошибки и ее производной, которые подаются

как входные сигналы на регулятор. Этот случай не является обычным, по-скольку ошибка и ее производная являются не только детерминированными процессами, они также зависят от задания.

     Если требуется, чтобы регулятор управлял нелинейными процессами и не был основан на ошибке и ее производных, для некоторых регуляторов можно было бы использовать, например, задание или выходной процесс

(или их производные) для дополнительных входов в регулятор. В общем виде это может быть сформулировано в основном для некоторых входов регуля-тора таким образом: нечеткий регулятор может управлять нелинейным про-цессом ничуть не хуже, чем эго делает линейный регулятор, именно потому, что нечеткий регулятор в принципе является более восприимчивым для

управления нелинейным процессом, но для этого необходимо иметь дополнительные сведения об этом нелинейном процессе.

Некоторые	исследователи	могли	бы	заметить,	что	робастность

человеческого регулирования является первично обусловленной способно-стью человека адаптироваться к изменяющейся обстановке и способностью человека производить интуитивную линеаризацию. Реализация этих способ-ностей внутри нечетких регуляторов является высшим примером нечеткого

регулирования	в	потребительских	товарах	на	сегодня,	а	с

ми исследований по адаптивному нечеткому управлению можно ознакомить-ся в этом пособии.

Суммируя сказанное выше, можно констатировать следующее: нечет-

19

кий регулятор обеспечивает метод для конструирования алгоритма регулирования пользователем и обеспечивает способность охватывать «чело-веческий» режим нелинейного управления, что позволяет решать более сложные задачи. Этот метод проектирования регуляторов подобен человеческому мышлению и требует менее квалифицированного персона-ла для проектирования регуляторов. Экономическая выгода здесь очевидна.

Нечеткое управление можно использовать следующим образом:

1) в процессах, которые могут адекватно регулироваться человеком,

если сконструированный регулятор имеет датчики, обеспечивающие его по-хожей информацией, которая используется человеком при управлении процессом. Например, нечеткая логика может применяться в автоматической коробке передач автомобиля, в стиральных машинах и т. д. Сегодня имеет-ся много применений нечеткой логики в потребительских товарах;

     2) в процессах, которые в настоящее время управляются по линейным алгоритмам управления и в дальнейшем будут необходимы для нелинейных алгоритмов управления, известных операторам или инженерам-технологам.

Нечеткая логика имеет успех потому, что она заменяет классический ПИД-регулятор [6]. Настраивая параметры ГIИД-регулятора, мы влияем на фор-му создания кривой управления. Так как нечеткая логика основана на прави-лах регулирования, форма кривой может создаваться индивидуально на каж-дом ее участке, а с помощью нечеткой логики можно ограничить влияние со-седних участков кривой.

     В некоторых исследованиях содержится более или менее критическая точка зрения на нечеткий регулятор, например, в [7], где нечеткий регуля-

тор характеризуется следующими свойствами:

     - типичный нечеткий регулятор использует не более 100 правил, иногда даже не более 20 правил;

- знания  в нечетком регуляторе  представлены обычно  поверхностно,

20

как в статической, так и динамической форме;

- знания в нечетком регуляторе являются типичным отражением корре-

ляций между входами и выходами регулятора;

- числовые параметры нечеткого регулятора настраиваются для линей-

ного процесса;

- нечеткий регулятор реализует операции нечеткой логики.

     В [8, 9] отмечено также, что успех нечеткого управления обусловлен в основном первыми четырьмя свойствами, указанными в [7], и что примене-

ние нечеткой логики является несущественным. По мнению автора статьи [10], эти замечания относительно нечетких регуляторов являются более корректными, однако более точным было бы следующее утверждение: эти свойства не имеют отрицательную интерпретацию, поскольку они способствуют пользовательскому развитию нелинейных регуляторов.

     В области автоматизации технологических процессов кие логические регуляторы дают возможность реализовать системы управления с новыми свойствами, которые технически трудно достигнуть при использовании методов классической теории автоматического регулиро-вания.


     Применение в инверторе (преобразователе) частотно-регулируемого асинхронного электропривода гибридного ПИ-регулятора, который в це-пи обратной связи имеет нечеткий логический регулятор, обеспечивает быструю обработку скачкообразного задания с минимальной величиной вы-броса переходного процесса и с одновременным уменьшением статической ошибки регулирования за счет адаптивного изменения коэффициента усиле-ния пропорционального звена ПИ-регулятора. Использование таких интел-лектуальных инверторов дает возможность программировать в широком диапазоне время разгона электродвигателя с допустимой перегрузкой его по току и с одновременным увеличением точности отработки задания. Напри-

21

мер, инвертор типа ЗСЗРУ фирмы Отгон (Япония) за счет встроенного ПИД-регулятора с нечетким регулятором позволяет поддерживать точность вращения двигателя в системе с образной связью по скорости до 0,001 % и использовать привод в системах позиционирования в качестве замены при-вода постоянного тока.

     Применение интеллектуальных инверторов в асинхронном приводе циркулярных насосов тепловых станций, в которых используется обратная связь по давлению, позволяет соответственно увеличить точность поддержа-ния заданного давления, что может давать значительную экономию расхо-да воды в коммунальном.......................