Система управления поиском оптимальной рецептуры смесей

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОИСКОМ ОПТИМАЛЬНОЙ РЕЦЕПТУРЫ СМЕСЕЙ, содержащая задатчик качества смеси, блок измерителей параметров компонентов , блок ввода исходных данных, вычислитель параметров качества смеси и формирователь рецептуры смеси, выходом подключенный к входу объекта управления, отличающаяся тем, что, с целью повьшения быстродействия и точности функционирования системы, в нее введен блок построения модели, последовательно соединенные измеритель параметра качества смеси, блок сравнения, формирователь 1,1 2 управляющего воздействия и блок корректировки модели качества смеси, причем первый вход блока построения модели соединен с выходом блока измерителей параметров компонентов, первым входом вычислителя параметра качества смеси и вторым входом блока корректировки модели качества смеси, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом измерителя параметров качества смеси и выходом формирователя рецептуры смеси, второй вход блока построения модели соединен с выходом блока ввода исходных данных, а выход через фор€ мирователь рецептуры смеси соединен (Л с вторым входом вычислителя параметров качества смеси, подключенного выходом к второму входу блока сравнения , третий вход блока построения модели соединен с выходом блока сравнения , третий вход вычислителя параметров качества смеси подключен к первому выходу блока корректировки модели качества смеси, второй выход 00 которого соединен с четвертым входом о со 0) сд блока построения модели, выход объекта управления подключен к входу измерителя параметров качества смеси, а задатчик качества смеси соединен с пятым входом блока построения модели .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!!) (5!)4 С 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, I !!

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3732620/24-24 (22) 21.04.84 .(46) 23.09.85. Бюл. 9 35 (72) И.Ф. Чуприн, М.Г. Бабич, Г.И. Чередниченко, И.К. Мацак, В.А. Сойко, В.С. -Зубович и Л.И. Шуляк (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 824136, кл. 4 05 В 13/00, 1971.

Итеративные методы в теории при программировании. М.! Наука, 1974, с, 170181, рис. 3.

Растригин Л.А. Системы экстремального управления. M.: Наука, 1974, с. 582-586, с. 594-596. (54) (57) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОИСКОМ

ОПТИМАЛЬНОИ РЕЦЕПТУРЫ СМЕСЕИ, содержащая задатчик качества смеси, блок измерителей параметров компонентов, блок ввода исходных данных, вычислитель параметров качества смеси и формирователь рецептуры смеси, выходом подключенный к входу объекта управления, отличающая с я тем, что, с целью повышения быстродействия и точности функционирования системы, в нее введен блок построения модели, последовательно соединенные измеритель параметра качества смеси, блок сравнения, формирователь управляющего воздействия и блок корректировки модели качества смеси, причем первый вход блока построения модели соединен с выходом блока измерителей параметров компонентов, первым входом вычислителя параметра качества смеси и вторым входом блока корректировки модели качества смеси, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходом измерителя параметров качества смеси и выходом формирователя рецептуры смеси, второй вход блока построения модели соединен с выходом блока ввода исходных данных, а выход через формирователь рецептуры смеси соединен с вторым входом вычислителя параметров качества смеси, подключенного выходом к второму входу блока сравнения, третий вход блока построения модели соединен с выходом блока сравнения, третий вход вычислителя параметров качества смеси подключен к первому выходу блока корректировки модели качества смеси, второй выход которого соединен с четвертым входом блока построения модели, выход объекта управления подключен к входу измерителя параметров качества смеси, а задатчик качества смеси соединен с пятым входом блока построения модели °

-1180365

pA+q) с

Изобретение относится к области, автоматического управления технологическими процессами и может быть использовано, в частности, для управления процессами приготовления раз-5 личных видов продуктов (топлива, масел и др.) путем смешения нескольких компонентов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности функ- $0 ,ционирования системы.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы; на фиг.2 — блоксхема блока построения модели; на фиг.3 — блок-схема вычислителя параметра качества смеси; на фиг.4— блок-схема формирователя рецептуры смеси; на фиг.5 — блок-схема формирователя управляющего воздействия; на фиг.6 — блок-схема блока корректи-2О ровки модели качества.

Система управления поиском оптимальной рецептуры содержит задатчик качества смеси 1, блок 2 измерителей параметров компонентов, блок 3 ввода 5 исходных данных, вычислитель 4 параметра качества смеси, формирователь

5 рецептуры смеси, объект 6 управления, блок 7 построения модели, измеритель 8 параметра качества смеси, блок 9 сравнения, формирователь 10 управляющего воздействия, блок 11 корректировки модели качества смеси.

Блок 7 построения модели содержит ячейку 12 памяти., блок 13 вычисле.35 ния разности, блок 14памяти иключ 15.

Вйчислитель 4 параметра качества смеси выполнен (например, для процесса смешения масел) в виде последовательно соединенных первого сумматора 4О

16, блока 17 логарифмирования, блока

18 вычисления степени числа, блока

19 перемножения, блока 20 вычисления степени числа и второго сумматора

21.

Ах- у 6Ъ

x $ phd р =(c,4-(p,q) макс (=(р Ъ)+(с(,Я)- мин

* Х, О р,q>P

В блоке 23 хранятся значения вспомогательных параметров, которые определяют точность работы алгоритма и число итераций. В блоке 25 памяти хранятся значения искомого вектора решения х. Одновременно с окончанием решения вычислитель 22 формирует управляющий сигнал V о том, что процесс вычислений закончился.

Формирователь 10 управляющего воздействия содержит блок 26 сравнения, блок 27 формирования импульса и блок

28 уставки.

Блок 11 корректировки модели сме и содержит второй вычислитель 29 параметра качества модели (аналогичного вычислителю 4), шаговый экстремальный регулятор 30, блок 31 останова, сумматор 32 и блок 33 вычисления критерия оптимизации, В качестве шагового экстремального регулятора 30 может использоваться серийно выпускаемый регулятор

1А01-1. В качестве блока 31 останова процесса поиска экстремума может использоваться известный блок останова от экспериментального многоканального .экстремального регулятора ОС-10 при задействовании одного его канала. Блок 33 представляет собой по сути квадратор.

В предлагаемой системе реализуется решение следующей задачи.

Требуется найти оптимальную рецептуру Х = (х,,х, ° ...х>) смеси при ограничениях на запасы компонентов и на выпуск товарной продукции. То есть требуется решить следующую за дачу:

Формирователь 5 рецептуры смеси состоит из вычислителя 22, блока 23 вспомогательных параметров, блока 24 задержки и блока 25 памяти.

Вычислитель 22 представляет собой известный специализированный вычислитель, предназначенный для решения общей задачи линейного программирования с помощью итеративного алгорит-55 ма. При этом в вычислителе решается пара двойственных задач линейного программирования: х Ъ;

1 и ,2:х ° > d

1 и .K (q — q )x; Ъ 0

1 =!

1 и (ц — с ) х; макс а=! где х ° — искомое количество i-го ком1 понента. в смеси;

Ь„ — запас i-го компонента;

d — задание на выпуск продукта (смеси);

1180365 — фактическое качество < -ro д компонента; — требуемое по ГОСТУ качество. товарного продукта; при этом допускается некоторый разброс; q g q +g.;; ц — цена единицы смеси;

С вЂ” себестоимость i-ro компонента.

Следует при этом учитывать, что 1О в процессе получения продукта (смеси) параметры q< могут меняться. Кроме того, априори модель зависимости качества смеси

Э с 15

q я(я уя р ° ° арq,х x, ) °,x ) и также точно неизвестна. Все это приводит к необходимости организации процесса корректировки рецептуры смеси в условиях неопределенности, что представляет собой сложную задачу адаптивного управления.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Ф

Предварительно на наборном поле

25 блока 3 ввода исходных данных набираются параметры b),Ъ,...,b,d и (ц-с ),...(ц-сд). Параметры (ц — с ) предварительно вычисляются. Одновременно в задатчик 1 качества смеси вводится значение параметра q.Ïàðàметр 8 допустимого разброса в виде заданной уставки вводится в блок 28 уставок. После ввода параметров по команде оператора данные с блока 3 35 (сигнал S) переписываются в блок 14 памяти и с эадатчика 1 качества смеси — в ячейку 12 памяти блока 7.

В блоке 7 данные с ячейки памяти считываются, сравниваются с сигналом 4О на выходе блока 2 и на выходе блока

13 разности образуется векторный сигнал

45 .1 2 И который запоминается в блоке 14 памяти. После окончания процесса записи выход блока 14 памяти подается на вычислитель 22, который использует данные с блока 23 вспомогательных параметров. Блок 23 может. быть выполнен в виде стандартного блока ПЗУ.

В вычислителе 22 определяется, используя итеративный алгоритм, с заданной точностью оптимальная рецептура смеси х, = (х,,х,...,х .) для сущесто» вующих значений параметров качества компонентов q! Ч2,q„и параметра качества смеси q. Рецейтура. смеси х = (х„„х ...,х ) запоминается в блоке 25 памяти. Одновременно на выходе блока 24 задержки, учитывающего запаздывание в работе исполнительных органов объекта управления, формируется управляющий сигнал. Выходной сигнал с блока 5 поступает на объект

6 управления, где начинается формирование смеси в соответствии с оптимальной рецептурой х = (х -,х „... ..., ).. С учетом запаздывания на выходе вычислителя 4 формируется сигнал q, характеризующий расчетное значение качества смеси. Например, может использоваться следующая модель, характеризующая вязкость смеси масел: где К априори заданныи коэффициент, который в процессе работы можно корректировать.

В блоке 9 происходит сравнение

1фактического качества смеси q, получаемого на выходе измерителя 8 параметра качества смеси (например вискозиметра в потоке с цифровьпч выходом), с расчетным значением с

При этом, если (q -q ) Я, то на вйходе блока 10 формируется управляющий импульс, который запускает в работу блок 11. В блоке 11 осуществляется с помощью экстремального регулятора 30 нахождение параметра К таким образом, чтобы (q â€, q )аЯ Я заданный порог точности. Таким образом осуществляется параметрическая подгонка математической модели к адекватной. После нахождения оптимального значения К на выходе блока

31 формируется управляющий сигнал

U, по которому в блоке 7 происходит корректировка исходной модели оптимизации, т.е. в блоке 13 вычисляется следующий векторный сигнал (q+4q-q<), (q + 5.q-q ),...,(q + 4q-и ),который запоминается в блоке 14 памяти. Одновременно уточняются параметры модели в блоке 4. После этого цикл формирования управляющего воздействия повторяется.

Рассмотрим конкретный пример при менения системы управления поиском оптимальной рецептуры смеси.

1180365

Необходимо приготовить бензин мар- чество и. качество, имеющихся в запахи А-72 в количестве не менее 5000 т се компонентов, задается следующей с октановым числом 72 + 0,3. Коли- таблицей

Компоненты и товар Обозначение Количестпеременных, т во, т

Октановое Себестоимость число компонентов и цена товара, руб. х 3000

Бензин каткрекинга

4000

Бензин прямой гонки

Х2

Х,+ Х 5000

Бензин А-72

72 + 0,3

1,5

Из входных и нормативно-справочных данных формируется следующая модель оптимизационной задачи линейного программирования: ограничения на запасы компонентов х, ь 3000 (1) х 64000) q =qx +qx +k, х,х (5)

1 2 Х и 45 октановое число компонентов, о.е.; доля соответствующего компонента в -той смеси; коэффициент регрессии, 50 который известен лишь приближенно и подлежит корректировке в ходе поиска рецептуры (в данном примере k z на первой ите-55 рации принят равным О), т.е. ограничение (3) получено из следующего выгде и

2 х1х — (2 приме ограничение на выпуск бензина х, +х >5000 (2) ограничение на октановое число 30 (72-80) Х .+ (72-60) Х ю 0 (3) функция цели: максимум прибыли (1,5-2) Х1+ (1,5-1) Х, макс (4)

Имеется расчетная модель качества q = q(q,„q,k,x(,,х ) где па раметр k известен лишь приближенно и подлежит корректировке в процессе поиска рецептуры х„,х . 40

Пусть для формирования ограничения (3) на октановое число смеси используется модель вида ражения: (х + х )72 1

> 80х1+ 60х + 0 х х ..

На основе решения задачи линейного программирования на выходе блока 5 формируется следующий векторный сигнал: в относительных долях: х1 = 0,6; х =. 0,4 в тоннах: х = 3000; х = 2000.

Измеритель 8 измеряет остановое число приготавливаемой смеси, которое оказывается равным 74,6 окт.ед.

Блок 10 формирует соответствующий сигнал, и в блоке 11 ищется значение

k< при котором будет достигаться минимум (q(q,q,k,х,,х) — 74,6) с заданной точностью. Здесь q< и q текущие показатели качества смешиваемых компонентов. Найденное значение k.1z = 10,8.

В блоке 7 формируется новая модель оптимизационной задачи: х 3000 х <4000 х + х 5000; (72 — 2,6 -80) х + (72 — 2,6 — 60) х2 0 (2, 5 — 2) xg + (1, 5 — 1) х -+макс где hq = k1 х,х = 10,8 0,6 0,4 =

= 2,6 окт.ед.

Изменение начальных условий приводит к новому решению, формируемому на выходе блока 5: х = 0,47; х = 0,53; х 1 = 3000; х = 3400.

Соответственно порция смеси возрастает с 5000 до 6400 т.

Скорректированная рецептура поступает на вычислитель 4; где получается в результате расчета, что

q = 72,1 окт.ед. При этом (q -q )c0,3

Р Т!!80365

0m Ьояа де дронт Я

&и для Ф

0m zaoarvvum

УлилуУ и блок 11 не включается в работу до тех пор, пока изменение качества одного из компонентов не превысит допустимого уровня, что вызовет изменение величины fq — q p U З и тем

1 самым осуществится повторный запуск системы за счет срабатывания блока 11

1180365 дт Жюка блокам Ф,Ю дт Йока

Йоку 11 от дло олоку Ф блоку 7

0m блока о

Фиг.о

Составитель П. Кудрявцев. Редактор Н. Егорова Техред Л.Микеш Корректор,А. Тяско й1

Заказ 5852/21 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4