управления эксперта легко представить и разнообразным предпосылкам можно поставить в соответствие некоторое действие. Для реального оборудования это не только использование при управлении полной информации в отличие от классической теории управления, но и изменение режимов управления в зависимости от различных условий, например времени и значений параметров. Логическое управление применяют также при обработке нештатных ситуаций. Во многих видах реального оборудования необходимо уделять особое внимание процедуре запуска; в этом случае для автоматизации очень удобно использовать нечеткое управление, поскольку можно описывать правила в форме «если... то» одинаковым образом и для запуска, и дтя нормальной работы.

Вторая особенность - параллельное управление-заключается в том, что и нечеткие методы управления существенно различаются. Традиционные методы управления - это либо классические, либо современные методы, в которых обобщенное правило управления представляется с помощью одной формулы, в то время как при нечетком управлении используется большое число частных правил. Каждое правило действует в определенной области информационного пространства, используемого при управлении; для каждой локальной области распределенного информационного пространства целесообразно создавать отдельные правила управления. Кроме того, если имеется мною регулируемых величин, для каждой из них можно создать отдельные правила управления. Аналогично, если имеется много целей управления, для каждой цели желательно создавать правила управления. Классическое управление существенно ограничивало теоретически возможные разновидности целей в связи с необходимостью представлять цель обобщенной функцией. При нечетком управлении необходимость в целевых функциях и в решении задач оптимального управления отпадает, поэто.му можно успешно справляться со всем многообразием целей и даже со взаимно противоречащими целями.

Третья особенность нечеткого управления состоит в том, что правила записываются словами в форме «если... то». Это означает, что можно организовать управление в виде диалога с оператором, а регулятор превращается из прежнего «черного ящика» в «серый ящик». Следовательно, оператор легко будет понимать действия регулятора. Кроме того.

за счет обучения оператор может улучшать способности нечеткого регулятора. Наивысшей формой обучения человека является не достижение мастерства в движении рук и ног путем повторяющихся действий, а обучение на языковом уровне. Благодаря обучению с помощью языка можно легко получать новые знания.

Итак, в чем же заключаются достоинства нечеткой логики, которые явно проявляются в нечетком управлении? Если говорить кратко, то нечеткая логика позволяет удачно представить мышление человека, т. е. способы принятия решения человеком и способы моделирования сложных объектов, и, кроме того, пригодна для представления знаний. В ходе принятия решения человек легко овладевает ситуацией, разделяя ее на события, находит решение в сложных ситуациях путем применения для отдельных событий соответствующих правил принятия решения, на основании прошлого опыта искусно наделяет объект отличительными признаками и приходит к общему решению. Другими словами, решение принимается не на основе унифицированных стоимостных критериев, а с использованием большого числа стоимостных критериев, нередко противоречащих друг другу. В случае неполной информации возможна помощь в принятии решения с использованием выводов. В нечеткое управление вводятся подобные методы принятия решений, свойственные человеку, в форме распределенных по отдельным состояниям и целям правил управления и нечетких выводов. Человек в повседневной деятельности никогда не пользуется формальным моделированием на основе математических выражений; он не ищет одного закона, описывающего все. Язык, которым пользуется человек для моделирования,-это нечеткий естестветшый язык. Полученная модель не является унифицированной: она либо описывает свойства фрагментов объектов, либо является набором нескольких локальных моделей, поставленных в определенные условия. Сами локальные модели не используют числовых значений, поэтому не являются микромоделями; обладая некоторой общностью, они просты для понимания на качественном уровне. При нечетком управлении по этому образцу создают модель действий оператора с помощью высказываний типа «если... то», используя обычные слова. В случае представления знаний человек не запоминает данные в том порядке, в котором они появляются, как не запоминает и свои собственные

действия; он обобщает и упорядочивает данные и действия в виде знаний так, чтобы их можно было легко понять и в дальнейшем просто к ним обратиться. Представление осуществляется на естественном языке. Вместо того чтобы выстраивать цепочку числовых значений, человек проводит нечеткие границы типа «малый», «средний» и т. п., причем, если представление сводится к словам, можно существенно сэкономить память и при необходимости легко вспомнить. Благодаря применению нечетких слов можно легко представить случаи с неполными данными. Существенно то, что при представлении знаний человек пользуется словами, и эти слова нечеткие.

Итак, можно воспользоваться достоинствами нечеткой логики и ее особенностями. В областях, не связанных с управлением, можно по-новому взглянуть на задачи: а нет ли в них общего с точки зрения эффективности нечеткой логики, обнаруженной при управлении? Это поможет найти пути решения задач, которые невозможно было предусмотреть известными методами. Между задачами из области управления и задачами из других областей знаний часто есть много общего, удачные примеры использования знаний человека в нечетком управлении могут служить важным ориентиром в промышленных применениях нечеткой логики.

3.2. УПРАВЛЕНИЕ ДОМЕННОЙ ПЕЧЬЮ

Управление доменной печью, важной компонентой в технологическом процессе на металлургическом предприятии, осуществлялось до последнего времени главным образом на основе производственного опыта и знаний технологов и операторов. На металлургическом заводе фирмы NKK в г. Фукуяма для управления доменной печью были использованы методы инженерии знаний и разработана датчиковая экспертная система управления тепловым состоянием доменной печи (или нагревом печи) в реальном времени.

Доменная печь представляет собой гигантский и сложный объект, в котором пока еще невозможны непосредственные измерения, связанные с нагревом. Поскольку показания датчиков, используемых для косвенных измерений нагрева печи, включают шумы, интерпретация показаний будет непременно содержать нечеткость.

В данной системе так же, как и при нечетком управлении,

в качестве средства представления «нечеткости» нагрева использованы функция принадлежности и определение показателя достоверности (certainty factor, CF). Кроме того, функция принадлежности наделена способностью к обучению, что позволяет быстро и легко реагировать на отклонения параметров доменного процесса, оперативную замену оборудования и изменение режимов работы.

Ниже описывается нечеткое управление в экспертной системе управления нагревом печи.

3.2.1. РАБОТА ПЕЧИ И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

Устройство И работа печи

Доменная печь состоит из корпуса, загрузочного устройства, воздухонагревателей, воздуходувки для подачи горячего воздуха, устройства очистки газа, образующегося в печи, и лётки для чугуна (рис. 3.1).

В доменную печь через колошник попеременно загружаются агломерат - продукт спекания мелкой железной руды

Загрузочное устройство

Известняк

Воздцхоиагреватель

Устройство дпя открытия летки

!У7777177 Л Устройство вьтуска Ковш

□чцгпна и шлака 1

Рис. 3.1. Устройство доменной печи.

И кокс. Через несколько десятков расположенных по окружности фурм непрерывно вдувается нагретое дутье с температурой 1100 С, в результате чего кокс сжигается. Агломерат постепенно опускается из коло1иника в нижнюю часть (~6 м/час) и за счет восстановительного газа, образующегося при сгорании кокса, непрерывно восстанавливается и плавится.

Доменная печь имеет цилиндрическую форму, диаметр колошника- 10 м, а нижней части-около 15 м. Расстояние от уровня засыпки шихты до оси лётки для чугуна составляет до 40 м. Внутренний объем печи превышает 5000 м, а масса выплавляемого за сутки чугуна достигает 10000 т. Характерные особенности такой крупной доменной печи состоят в следующем.

1. За счет атмосферы с высокой температурой и высоким давлением в печи одновременно идут реакции трех фаз-га-

плавлеиия

Активная зама

Зона циркуляции кокса

Шлак Жидкий чугун

Анализатор колошникдшо газа

Манометр колоштковоги газа йатчиг. температуры колошникового газа

- Уровень засыпа

- Подконусный зонд

Измеритет распределения загружаемого матергала

Верхний

горизонтальный зонд

Неподвижный зонд Даптчак температуры кладка шахты йатчак статического давления

Нижний зонд

Датчик температары холодноа плитЪ! Встроенный в рурму датчик температуры Расходомер дутья

Манометр дутья Датчик влажности дутья

Датчик meitineparngptiSfm

шк темнературы стенка горна ~Дитчик твмператдры

Рис. 3.2. Схема размещения датчиков в доменной печи.

зообразной, твердой и жидкой. Эти реакции чрезвычайно сложны и близки к «черному ящику».

2. Нагретый воздух, превращаясь в восстановительный газ, проходит расстояние от нижней части печи до колошника за нескспько секунд. Время пребывания шихты в печи составляет 6-7 ч. Таким образом, процесс имеет большое время запаздывания.

3. После задувки печь должна работать непрерывно до остановки на ремонт (около 10 лет).

Доменная печь должна быстро реагировать на изменение производственных планов и рабочего режима и обеспечивать стабильное производство высококачественного чугуна. В связи с этим обязательным условием является надлежащее поддержание нагрева, для чего необходимо постоянное и точное управление нагревом. Для того чтобы поддерживать стабильный нагрев, следует избегать охлаждения печи из-за ошибок в работе и возникающих при этом аномальных явлений типа осадки и канального хода

3.2.2. НАГРЕВ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Сырье, загружаемое через колошник, за счет действия восстановительного газа, образующегося при сжигании кокса, восстанавливается и плавится; жидкий чугун и шлак опускаются и скапливаются в нижней части печи. Под нагревом печи подразумевают температуру жидкого чугуна и газа в ее нижней части. В общем случае при повышенном нагреве возрастает количество примесей в чугуне, и качество его падает. Если нагрев слишком мал, плавление агломерата запаздывает и снижается объем производства чугуна. Таким образом, нагрев является важным индикатором рабочего состояния печи. Вместе с тем метод непосредственного

Осадка - явление резкого оседания сырья за счет соскальзывания из состояния подвисания (приостановка опускания загруженного сырья). В состояниях подвисання и осадки изменяется объем сырья, подлежащего восстановлению и расплавлению, и нагрев становится неустойчивь1м. Канальный ход-явление, при котором сила давления восстановительного газа превышает вес загружаемого материала и газ резко устремляется к колошнику через каналы. Восстановительный газ при этом практически не участвует в восстановлении сырья, что вызывает охлаждение печи.