сти, полном отсутствии толчков на подъемах и спусках, а также о высокой точности управления.

3.4.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном разделе были рассмотрены метод проектирования НК для управления скоростью автомобиля и результаты моделирования и дорожных испытаний с его использованием. Эти результаты показывают, что НК обеспечивает эффективное управление скоростью в условиях изменения динамических характеристик, в частности плавность движения не зависит от переключения передач, на спусках и подъемах и при длительных пробегах движение устойчиво, отличается высокой комфортабельностью, а вождение не создает проблем.

Установка параметров НК требует определенной квалификации, поэтому для этой процедуры с целью получения хороших результатов в области больших изменений динамических характеристик был разработан НК с функцией самонастройки параметров. Результаты моделирования самонастраивающегося НК показали его высокую практическую ценность.

3.5. УПРАВЛЕНИЕ ВОДЯНЫМИ НАСОСАМИ

3.5.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВОДЯНЫХ НАСОСОВ

В своей повседневной жизни и производственной деятельности мы часто пользуемся водой. Образующиеся при этом бытовые и производственные сточные воды с помощью канализационной сети очищаются и спускаются в реки. Роль канализационной сети заключается не только в том, чтобы очищать сточные воды и сохранять среду обитания, но и быстро спускать с помощью насосов дождевую воду во время дождя в реки и спасать город от наводнения. Такие водяные насосные установки (рис. 3.34) размещаются на пути водостоков и в местах очистки сточных вод; проводится работа по их автоматизац1ш. Однако изменения процесса стока дождевой воды затрудняют полную автоматизацию.

В последние годы за счет процесса урбанизации в больших городах сокращаются зеленые зоны и свободные земли, а поверхность земли покрывается бетоном, поэтому в значи-

Рис. 3.34. Водоотливная насосная установка.

тельной степени снижается объем дождевой воды, просачивающейся в землю. Возрастает объем стока дождевой воды, и даже при малых дождях появляются внезапные потоки воды. Типичным примером являются наводнения, вызванные ливнями во время гроз и в сезон дождей.

Для предотвращения подобных явлений, с одной стороны, планируют контроль дождевых стоков за счет водопроницаемых мостовых и грунта, накапливающего дождевую воду, а с другой-расширяют канализационные трубы, увеличивают число и пропускную способность насосов. Однако повышение производительности оборудования порождает новые проблемы: из-за дисбаланса между втекающим потоком и пропускной способностью повышается частота включения и выключения насосов и появляется необходимость в управлении открытием затвора в случае потоков воды, превышающих пропускную способность насосов. Использование известных методов управления на основе оценки уровня воды в насосных колодцах для слежения за большими колебаниями притока дождевой воды и решения подобных задач сопряжено с определенными трудностями. Часто вынуждены привлекать к управлению работой насосов специалистов, которые легко ориентируются в различных ситуациях, в частности учитывают соответствие между осадками и техническими возможностями отвода дождевой воды в зоне откачки и очистки. Таким образом, необходима система управления, которая не зависела бы от индивидуальных

качеств обслуживающего персонала и обеспечивала снижение нагрузки.

Ниже рассматриваются особенности работы водяных насосов и способ адаптивного нечеткого управления, который можно использовать для эффективной автоматизации.

3.5.2. УПРАВЛЕНИЕ ВОДЯНЫМИ НАСОСАМИ

Водяные насосы предназначены для спуска в реки дождевой воды, скапливающейся во время дождя в канализационных трубах. Работа насосов должна соответствовать объему дождевой воды. Имеются примеры местного управления скоростью насоса, однако на многих насосных станциях применяют управление работой нескольких насосов, которое часто реализуется одним из двух методов: предварительное определение уровня воды в насосном колодце или предварительное определение функциональной зависимости между уровнем воды в насосном колодце и заданной пропускной способностью насосов. Первый метод состоит в том, что если уровень воды в насосном колодце поднимается до некоторого значения, то запускается еще один насос, а если уровень опускается ниже определенного, то насос отключается. Таким образом, управление работой насосов осуществляется достаточно просто. Однако, поскольку в этом случае не учитывается динамика состояний, т. е. динамические изменения уровня воды в колодце, изменение объема потока дождевой воды и т. п., возникают следующие проблемы.

1. Для подготовки к запуску и остановки насосов необходимо время, а объемы колодцев невелики. В результате невозможно отследить резкие изменения уровня, вызванные притоком воды во время тайфунов или сильных ливней, и управление насосами неизбежно будет запаздывать.

2. Информация о втекающем потоке дождевой воды не влияет на работу насосов, которая носит монотонный характер и зависит только от уровня воды в колодце. Кроме того, поскольку рабочие параметры устанавливаются для определенной ситуации, невозможна адаптация ко всем ситуациям с изменением объема потока водьт В результате частота включения и выключения насосов будет повышаться.

3. Если поток дождевой воды превышает пропускную способность насосов, их работа будет происходить в условиях ограничения притока воды входной задвижкой, и согла-

совать открытие и закрытие задвижки с работой насосов будет сложно.

По этим причинам делаются попытки организоваа ь работу насосов на основе прогнозирования объема дождевой воды с использованием физической и рекуррентной моделей. При этом, однако, возникают следующие трудности.

1. Заслуживающие доверия измерения относятся к уровню воды и количеству осадков, но места измерений ограниченны.

2. Осадки трудно прогнозировать.

3. Механизм образования дождя достаточно сложен, а объем накопленной в трубах воды меняется в зависимости от многочисленных условий, т. е. является в сильной степени нелинейным.

4. Невозможно измерить объем дождевой воды, необходимый для идентификации параметров модели процесса, что заставляет использовать прогнозируемые значения. Надежность модели при этом снижается.

По этим причинам на насосных станциях, где до сих пор не удается осуществить полную автоматизацию, безопасное управление работой насосов, поддерживающее низкий уровень воды в колодце, выполняется квалифицированным рабочим. При этом рабочий основывается не только на уровне воды в колодце, но и использует разнообразную информацию о дождевой обстановке, состоянии притока дождевой воды, условиях работы насосов, о возможности слива воды канализационной сетью, а также свой прошлый опыт. Работа должна быть организована таким образом, чтобы, накапливая дождевую воду в канализационных трубах и допуская большие колебания уровня воды, по возможности препятствовать частому включению и выключению насосов, продляя тем самым их срок службы и снижая объемы работ персонала. Другими словами, требуется такое управление, которое в зависимости от втекающего потока дождевой воды искусно сочетало бы две противоречивые цели управления.

Реализация такой работы известными способами достаточно трудна, поэтому для организации адаптивного управления необходимо использовать знания квалифицированного рабочего насосной станции.

3.5.3. ОСОБЕННОСТИ НЕЧЕТКОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Нечеткое управление заключается в реализации с помощью компьютера управления, аналогичного тому, которое выполняет квалифицированный рабочий, путем представления в виде модели методов его работы с использованием правил управления. Правила управления связывают оценку состояния объекта управления с последовательностью операций с помощью высказываний «если... то», осуществляют нечеткое разделение пространства входных переменных и в каждой локальной области указывают последовательность операций. При увеличении числа входных переменных неизбежно возрастает и число правил управления, что затрудняет их построение. Структурирование правил управления осуществляется на основе характеристик оборудования. Примеры структурирования показаны на рис. 3.35.

На рис. 3.35, а показан пример, в котором значения математической модели корректируются с помощью нечеткого вывода (например, управление впрыскиванием коагулянта на водоочистительной станции [14]), на рис. 3.35,(5-пример, в котором эталонное значение на выходе системы управления и значение поправки определяются на основе нечеткого вывода (управление хлорированием на водоочистительной станции [15]). На рис. 3.35, в представлен пример, в котором значение на выходе системы управления определяется с использованием оценки состояния оборудования по нечеткому выводу первой ступени, а также измеренных значений. В этих методах структурирования объектом является значение на выходе системы управления. Среди методов, использующих правила управления, можно выделить метод нечеткого адаптивного управления.

Нечеткое адаптивное управление- это метод управления, который позволяет приспособиться к изменишям параметров оборудования путем изменения алгоритма управления. Значительный эффект можно получить в том случае, когда характеристики оборудования, например коэффициент усиления процесса и время простоя, изменяются в зависимости от рабочего состояния или когда необходимо согласовать в зависимости от ситуации несколько целей управления. Для параметра а, представляющего состояние оборудования, рассмотрим два состояния {а и Uj) и обозначим параметры

Штештичестя модем

Правила управления

Нечеткий, вывод

Поправка

О* Оборудование

Правило упривленан 1

Нечеткий вывод 1

Правило управления 2

Нечеткий еыеод 2

11 II

Поправка

0-* Оборудование -.

Рис. 3.35. Примеры структурирования нечеткого вывода.