Как обустроить мансарду?



Как создать искусственный водоем?



Как наладить теплоизоляцию?



Как сделать стяжку пола?



Как выбрать теплый пол?



Зачем нужны фасадные системы?



Что может получиться из балкона?


Главная страница » Энциклопедия строителя

содержание:
[стр.Введение] [стр.1]

страница - 0

Адаптивный мажоритарный элемент в системах автоматического управления

Кутдусов Ф.Х.(1), Рублев Т.А.(2) (amit82@km.ru)

(1)Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет (2) ОАО Башкирское СКБ «Нефтехимавтоматика»

Любая система автоматического управления должна состоять как минимум из регулятора и объекта управления. В качестве регуляторов в современных системах автоматического управления широко применяются технологические контроллеры. За отказы систем автоматического управления принято принимать нарушения к качеству управления [1,2], которое, прежде всего, обеспечивают регуляторы. При управлении сложными технологическими процессами и дорогостоящими объектами управления требуются комплексные отказоустойчивые регуляторы. В данной работе предлагается методика для повышения отказоустойчивости регуляторов в системах автоматического управления.

Свойство устройства или системы, обеспечивающее им возможность продолжать выполнение заданных функций, и после возникновения отказов, называется отказоустойчивостью.

В отказоустойчивых системах применяется практически все виды избыточных структур. Это объясняется тем, что различные виды избыточных структур обеспечивают разную корректирующую способность, имеют разные по сложности восстанавливающие органы, обеспечивают разную задержку прохождения сигнала и т.п. [3].

При создании отказоустойчивых систем широко применяются хорошо исследованные избыточные мажоритарные структуры. Объясняется это тем, что системы с избыточными структурами обеспечивают эффективное восстановление при неустойчивых неисправностях (сбоях), имеют простой коммутатор, а также в ряде случаев более экономные решения и меньшую общую избыточность.

Основным достоинством мажоритарного резервирования является то, что оно обеспечивает малую задержку коррекции неисправных сигналов на выходах неисправного дискретного устройства [4]. Основным же недостатком является N-кратная избыточность. Отметим также, что троированные системы с избыточной структурой имеют минимальную избыточность и простую структуру.

Система управления с троированной избыточной структурой показана на рис. 1.


width=531

Рис. 1. Система управления с избыточной структурой.

Система состоит из двух основных функциональных узлов: регулятора (Р) и объекта управления (ОУ). Регулятор представляет собой троированную избыточную структуру из вычислителей (В^ и один мажоритарный элемент (МЭ). Каждый вычислитель содержит в себе преобразователь входного сигнала (Ц) и регулятор (Р^. На вход каждого Bi подается сигнал ошибки рассогласования e(t) от задающего воздействия хзад(^, а выходами служит управляющее воздействие y(t). Далее все сигналы управляющего воздействия обрабатываются мажоритарным элементом (МЭ) и получается тем самым скорректированный сигнал управляющего воздействия y(t), который подается на преобразователь (ПР) объекта управления (ОУ), и далее уже преобразованный сигнал y(t) поступает на технический объект (ТО). Регулируемая величина x(t) снимается с датчиков (Д), расположенных в ОУ и далее поступает уже на вход регулятора (Р). Также ОУ содержит монитор (М) для отображения хода технологического процесса.

Рассмотрим классические методы мажоритарного резервирования [1,3,4,5,6]. 1) Метод вычисления среднего значения (МСЗ) заключается в вычислении среднего

значения для всех переменных. Результат вычисляется по

1 ( з

формуле: y = - £ yl

3 V i=1

Недостаток данного метода заключается в равноправном участии в голосовании всех 3-х переменных, следствием чего является существенное отклонение результата от истинного значения даже при одном неисправном дискретном устройстве, если переменная на его выходе принимает значение, сильно отличное от остальных.

2)Метод выбора центральной переменной (МЦП) заключается в выборе из трех переменных, переменной с центральным значением (медиана). Недостаток данного метода - неверный результат всегда, когда центральное значение оказывается неверным.

3)Метод вычисления взвешенного среднего значения (МВСЗ) является одним из популярных методов голосования для переменных с большим множеством значений. Данный метод является модифицированным вариантом метода вычисления среднего значения, пытающимся устранить его основной недостаток - равноправное участие в голосовании 3-х переменных. Введение весовых коэффициентов ослабляет сильное влияние на результат далеко отстоящих неверных значений. Метод заключается в вычислении среднего значения для всех трех переменных с использованием весовых

( -Л ( з ^

коэффициентов по формуле: y

£wiy I

V i=1 J

Е

V i=1

w.

Вычисление весовых коэффициентов

wi основано на вычислении меры близости переменных друг к другу. Наиболее известным методом вычисления весовых коэффициентов является формула, предложенная


Лорцзаком [6]: wi =-1-— где в - параметр чувствительности, который

1 • 11

j=1,j *iР

3

рассчитывается по следующей формуле: в= min (yi ~ yj). Недостатком данного

i=1, j=1,i* j

метода является тот факт, что хотя влияние отказавших дискретных устройств, выдававших неверный результат, значения которых сильно отстоят от верного результата, и уменьшено, оно не сведено к минимуму. Отсутствует учет коэффициентов доверия, вычисляемых по предыстории голосования.

4)Метод вычисления взвешенного значения по предыстории среднего значения (МВСЗП) является еще одним вариантом модификации метода вычисления среднего значения, основанный на использовании достоверности, вычисляемой по статистике выдавания правильных ответов для каждого дискретного устройства. Аналогично предыдущему, метод заключается в вычислении среднего значения для всех трех источников с использованием весовых коэффициентов. Отличие состоит в способе вычисления весовых коэффициентов. Для каждого источника вводится параметр предыстории - достоверность Vi, изначально равный 1. Каждый цикл Vi увеличивается, если \y-xi\<s, где s - пороговая величина. На к-ом цикле весовые коэффициенты

вычисляются по формуле: wi = — Vi. Недостатком является зависимость результата от

к

правильности подбора пороговой величины. Отсутствие зависимости весовых коэффициентов от удаленности значений друг от друга приводит к отклонениям результата голосования от идеального.

5)Существует еще масса методов, основанных на разбитие множеств эквивалентности, основанных на четкой и нечеткой логике [7,8]. Однако, данные методы дают хорошие результаты при количестве дискретных устройств от пяти и более.

Основным недостатком всех вышеперечисленных классических методов резервирования является то, что методы перестают корректно работать при отказе двух дискретных устройств, кроме метода взвешенного значения по предыстории среднего значения. В связи с этим, предлагается метод адаптивного мажорирования, который основан на минимизации ошибки регулирования.

Метод основан на методе вычисления взвешенного значения и представляет собой усовершенствованный метод Лорцзака. Суть метода состоит в введение дополнительных весовых коэффициентов, величина которых изначально равна 1 и в процессе регулирования подстраивается в зависимости о величины ошибки регулирования.

Вычисление взвешенного значения производится по формуле:

3

Е wiviyi

У = ^-

Е wivi

i=1

Весовые коэффициенты wi вычисляются по формулам Лорцзака:

1

3

г" 3 (У 7^" где в= min(yi - yj

(yi - у j i=1, j=U* j

W. =

1+П в

j=1,j*i P

Весовые коэффициенты vi вычислим по методу градиентного спуска,

1 2

минимизируя функцию «мощности ошибки» E = 2 e (к) :




содержание:
[стр.Введение] [стр.1]

© ЗАО "ЛэндМэн"