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 площадь насосного колодца, включая отстойник насосной станции,

Рис. 3.40. Схема объектного процесса.

составляет Установлено девять насосов с номинальной пропускной способностью

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

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 воды в колодце, при этом учитывается накопление вода 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 вода. 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 или Непрерывной линией изображены изменения производительности насосов и уровня воды в колодцах при штриховой линией - то же при . 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 Максимальное повышение уровня воды

Рис. 3.42. Результаты моделирования при несогласованном управлении.

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

в колодце составляет соответственно 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.

Рис. 3.44. Нечеткое адаптивное управление при небольших осадках.

Моделирование подтвердило эффективность применения нечеткого адаптивного управления для управления работой водяных насосов. Одновременно получены такие эффекты, как простота проектирования правил управления, небольшое число правил, высокая робастность управления и др. Эти результаты играют важную роль в управлении работой водяных насосов, когда необходимо адаптироваться к резким сменам ситуаций. Дело в том, что при работе насосов существует опасность ошибки в оценке работы, что может повлечь за собой большие бедствия, поэтому предъявляются более жесткие требования в отношении понятности операций управления, простоты проектирования и технического обслуживания, а также надежности управления.

Выше были рассмотрены вопросы применения нечеткого управления водяными насосами. В общем случае при внедрении нечеткого управления технологическими процессами важно проектировать системы управления, согласованные с характеристиками процесса. Для этого требуется разработка техники проектирования систем управления, которая обладала бы достоинствами нечеткого управления и существующих методов.