Таблица 3.10. Смысл нечетких переменных предпосылок

Таблица 3.11. Смысл нечетких переменных заключений

Целевой уровень воды вовремя тай(рдиа ММ

Целевой уровень воды в случав обычного дождя ММ

Адаптируемый целевой уровень воды ММ (00-0,5)

(Pii) (Р2,) (Р»)

Рис. 3.38. Адаптация функции принадлежности целевого уровня

(ММ).

5 10 15 20 25

Пропустая способность насосов Ор, м/с

Рис. 3.39. Пример функции принадлежности пропускной способности насосов.

ляет в общей сложности 50; если проектировать правила для обычного нечеткого вьшода, то их число составит 625 (5*), поскольку имеются четыре исходные ситуации. Таким образом, можно существенно сократить число правил. Это упрощает проектирование правил и повыщает надежность управления.

3.5.5. ЭФФЕКТИВНОСТЬ НЕЧЕТКОГО АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Эффективность нечеткого адаптивного управления работой водяных насосов подтверждается результатами машинного моделирования. На рис. 3.40 показана блок-схема объектного процесса. Сливная труба диаметром 5,5 м и длиной 2,05 км имеет круглую форму и уклон Г/оо, площадь насосного колодца, включая отстойник насосной станции.

Круглая сливная труба

Насосный fdea.

колобеа

Рис. 3.40. Схема объектного процесса.

составляет 450 м. Установлено девять насосов с номинальной пропускной способностью 5,5 м/с.

Дождевая вода во время дождя стекает по сливной трубе и откачивается из насосной станции водяными насосами. Особенностью этого процесса является запаздывание слива по трубам и накопление дождевой воды, причем накопление нельзя не учитывать, поскольку накапливающая способность труб выше, чем насосного колодца. Поэтому требуется детальная математическая модель с применением уравнений одномерного движения нестационарного потока и ряда формул. При машинном моделировании имитируется работа реального оборудования: из математической модели процесса определяется изменение во времени потока дождевой воды и одновременно выполняются управляющие операции, в результате которых в каждый момент времени на вход контроллера поступают «уровень воды» в колодце и «пропускная способность насосов». Для различного характера осадков моделируются работа водяных насосов по нечеткому адаптивному способу управления и управление несколькими насосами по уровню воды и насосном колодце, затем полученные значения уровней воды в колодце и режимы работы насосов сравниваются.

На рис. 3.41 показаны результаты моделирования для нечеткого адаптивного управления при максимальной интенсивности осадков 80 мм/ч. В данном случае использованы правила управления и функции принадлежности, описанные в предыдущем разделе. Штриховой линией показано для

Нечеткое адаптаеное управление

мм/ч

...... {/правление несколькими насосами

по уровню водь е насосном колодце

Интенсивность

о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 НО 120 мин

mf)r Пропускная способность насосов

0,0,

о 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 НО 120 мин

-22,00 г Уровень воды в колодце

-27,00,

о 10 20 30 40 50 60 70 60 90 100 ПО 120 «цЯ

100 г Оценка ситуации с притоком а)

о Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 миН

Рис. 3.41. Результаты моделирования управления во время тайфуна.

сравнения изменение пропускной способности насосов и уровня воды в колодце при управлении несколькими насосами по уровню воды. При нечетком адаптивном управлении примерно через 30 мин после начала дождя приток дождевой воды невелик, о чем говорит параметр со, который служит Оценкой ситуации с притоком воды. Состояние осадков оценивается как безопасное, допускается повышение уровня водь! в колодце, при этом учитывается накопление воды в трубах. После этого дождь усиливается, и на основе оценки о том, что приток дождевой воды близок к опасному, последовательно запускаются водяные насосы, и уровень воды в колодце понижается. Через 60 мин работают уже все насосы, увеличение их пропускной способности невозможно, поэтому заметно повышение уровня водьг Однако управление работой насосов выполнялось в соответствии с притоком дождевой воды. В этом можно убедиться, сравнивая результаты управления несколькими насосами, показанные штриховой линией, с результатами нечеткого управления, показанными непрерывной линией. В первом случае максимальный уровень воды достигает -22,33 м, а изменение уровня

составляет 3,86 м; опасность наводнения при этом достаточно велика, во втором-получены более низкие значения, соответственно -23,48 м и 2,71 м.

На рис. 3.42 показаны результаты моделирования без учета нечеткого адаптивного управления при постоянных значениях ю = О или со = 1. Непрерывной линией изображены изменения производительности насосов и уровня воды в колодцах при со = О, штриховой линией-то же при со = 1. В первом случае насосы работают в соответствии с изменением уровня воды в колодце, но с некоторым опозданием за счет использования эффекта накопления воды в трубах. Во втором-включение и выключение насосов происходит даже при незначительных изменениях уровня воды, в результате постоянно поддерживается низкий уровень воды в колодце.

Из результатов моделирования ясно, что в данном случае нечеткое адаптивное управление обеспечивает согласованное применение двух методов работы: с поддержанием частоты включений и выключений насосов с учетом накопления воды в трубах и по критерию безопасности, когда поддерживается низкий уровень воды в колодце. Подобное нечеткое адаптивное управление эффективно даже в случае изменения интенсивности осадков. На рис. 3.43 и 3.44 показаны результаты моделирования для случая максимальной интенсивности осадков 7 мм/ч. Максимальное повышение уровня воды

мм/ч

iQfir HHmencusHOcmt осайтв

О 10 20 30 М 50 60 70 80 90 100 НО 120 50.0г Производительность насосов

"0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 Mux

-22ДЮг Уровень воды s насосном калодие

-27,00

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ПО 120 мин

Рис. 3.43. Управление несколькими насосами на основе уровня воды в колодце при небольших осадках.

в колодце составляет соответственно -25,33 и -23,55 м. Управление несколькими насосами по уровню воды в колодце становится аномальным: чередуются включения и выключения насосов, в то же время при нечетком адаптивном управлении приток воды оценен как незначительный и своевременно использован эффект накопления воды в трубах.

мм/ч

Уменьшение частоты

включений и выключений, со-О

......Приоритет беэопаснооти,и)1

Интенсивность

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 мин

-22ДЮГ Уровень воды в

-27ДЮ,

90 100 ПО 120 мин

Рис. 3.42. Результаты моделирования при несогласованном управлении.

мм/ч

40Лр Интенсивность Ооадков

О 20 40 80

50,0 г Проиэводительноо/пь насосов

100 120 140 160

200 220 240 мин

20 40 80

100 120 140 160 180 200 220 240 мин

-22,00г Уровень воды е насосном колодце

-27,00

О 20 40 80 80 100 120 140 160 1ДЮг Оценка сатуаиии в притоком воды ш

200 220 240 мин

~0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Мин

Рис. 3.44. Нечеткое адаптивное управление при небольших осадках.