Рис.1. Архитектура ССНЛ.
В настоящее время при проектировании систем управления за основу управления объектами в основных эксплуатационных режимах используется система принятия решений в наиболее перспективной сфере применения советующих систем с нечеткой логикой (ССНЛ) в классе "ситуация - стратегия управления - действие (С-СУ-Д)". Нечеткая логика используется здесь для формализации нечетких понятий с точки зрения их семантики и обеспечивает эффективную обработку качественной информации наравне с четкими, количественными данными.
Главная часть ССНЛ - нечеткая модель управления. Структура нечеткой модели представлена на рис.1. Она состоит из трех крупных блоков. Основным является блок принятия решений (БПР), хотя другие блоки не менее важны для нормального функционирования модели. Блок оценки состояний (БОС), на основе поступающей на его вход информации, строит формализованное описание ситуации, возникшей на объекте управления. В блоке выдачи управляющих воздействий (БВУВ) осуществляется переход от внутренней формы задания управляющих решений к внешней форме.
Рис.1. Архитектура ССНЛ.
В ситуационных советующих системах с нечеткой логикой в классе "С-СУ-Д" система управления явно не задается, а реализуется по нечеткой ситуационной сети (НСС), представляющей собой нечеткий взвешенный граф переходов по эталонным ситуациям в зависимости от исходной и целевой ситуаций. Для нормального функционирования система управления задается набором нечетких ситуаций, описывающих возможные состояния объекта управления с помощью термов. Например, для котлоагрегата в виде термов можно описать: ai - количество воздуха; N - количество топлива; Ртп - паропроизводительность. Введение этих термов обосновано тем, что качество выработки пара паровым котлом зависит от количества топливной смеси, определяемая объемным расходом топлива и количеством сжигаемого топлива в топке котла, а также паропроизводительностью котла.
Для формирования НСС моделируется переход объекта из ситуации в ситуацию, при этом выявляется множество управляющих решений R = {R1, R2, ... Rn}, возможных на данном объекте управления.
Управляющие решения задаются в виде отношений между значениями признаков. Для каждой ситуации Sis М Ss, в которые переходит объект из ситуации Si под воздействием управляющих решений из множества R. Основными факторами, оказывающими существенные влияние на качество производства пара являются: объем воздуха, поступающего в топку котла, расход топлива, паропроизводительность котла и как следствие - спектр горения топливной смеси. В системе управления качеством парового котла представим терм a={a1, a2, a3}, где a1 - малый объем воздуха на килограмм топлива (м3/кг); a2 - средний объем воздуха; a3 - большой объем воздуха. Терм Ртп={Р1, Р2, Р3, Р4}, где Р1 - малая, Р2 - небольшая, Р3 - средняя, Р4 - большая паропроизводительность котла (т/ч). Терм N={n1, n2, n3, n4}, характеризующий расход топлива, поступающего в топку котла (кг/с), где n1 - малый, n2 - средний, n3 - довольно большой, n4 - большой. Информация, характеризующая эти три множества признаков, т.е. a, Ртп и N поступает на вход БОС от аналоговых датчиков и преобразуется в векторы степеней принадлежности нечеткого регулятора.
В качестве примера рассмотрим использование нечёткого регулятора при формировании соотношения топливо-воздух контурами управления топливной задвижкой и вентилятором.
Необходимость коррекции соотношения топливо-воздух возникла в результате длительной эксплуатации системы и обусловлена неудовлетворительным процессом горения.
Данная ситуация зависит от следующих факторов: изменения температуры окружающей среды; изменения атмосферного давления; изменения влажности наружного воздуха.
Учитывая выше изложенное можно заметить, что, корректируя соотношение топливо-воздух, мы можем учесть все возмущающие факторы со стороны воздушного тракта. Так же можно прийти к выводу, что данную коррекцию лучше производить со стороны контура подачи топлива, так как этот контур обладает меньшей постоянной времени. Таким образом, воздействие на пропорциональную составляющую регулятора подачи топлива будет более быстродействующим по сравнению с воздействием на подачу воздуха. Разработанная на основе вышесказанного система представлена на рисунке 2.
Рис.2. Система коррекции соотношения топливо-воздух.
В данной системе заданное на текущий момент соотношение топливо-воздух определяется оператором системы. Таким образом, оператор, обнаружив, что процесс горения ушел из оптимальной точки при изменении окружающих условий, должен изменить соотношение топливо-воздух. Дальнейший выход на режим и его поддержание производит нечёткий регулятор.
В данном случае можно построить нечёткий регулятор с разрешающей способностью 0,25, а в качестве входных величин использовать рассогласование между заданным соотношением топливо-воздух, его текущим значением "е" и первой производной этого рассогласования "D".
В дефазификаторе осуществляется обратный переход от нечеткого значения к реальному сигналу. Для дефазификациии использован центроидный метод, который позволяет получить реальное значение при весовом усреднении всех сработавших правил.
Как показали результаты моделирование в среде MATLAB, на точность процесса регулирования влияют количество функций принадлежности и количество правил, заложенных в базу знаний нечеткого регулятора.
В докладе представлены результаты реализации нечёткого регулятора и показаны различные варианты для прикладных программ управления.