Russia, Novokuznetsk, Siberian State University of Industry,

Kazakhstan, Almati, Kazakhasky National University.

E-mail: step@sibgiu.kemerovo.su

The structure of multichannel active system of control with its detailing for burden melting is given. The typical algorithmic and organization support are fully studied for burden of open-hearth furnace melting/ The results of natural-mathematical modeling of ACS ”Burden” with multichannel mechanism of stimulation directed to interaction of channels are given.

Россия, Новокузнецк, Сибирский государственный

индустриальный университет,

Казахстан, Алматы, Казахский национальный университет.

E-mail: step@sibgiu.kemerovo.su

Дана структура многовариантной активной системы управления с ее конкретизацией применительно к шихтовке плавок. Типовое алгоритмическое и организационное обеспечение подробно рассмотрено для шихтовки мартеновской плавки. Приведены результаты натурно-математического моделирования АСУ “Шихтовка” с вариантообъединяющим механизмом стимулирования, направляющим на взаимодействие каналов.

Развиваемое направление опирается на общие представления теории активных систем в сочетании с научно-прикладными разработками по многоканальным активным системам и многовариантным системам.

Первые работы, в которых были поставлены вопросы оценивания и стимулирования человеко-машинного взаимодействия в системах типа “Советчик оператора”, послужили началом исследований двухканальных (двухвариантных) активных систем. Появились вначале так называемые “Пассивные советчики”, которые особенно были распространены на объектах черной металлургии. Интерес к ним со стороны производственного персонала был поначалу довольно высок. Однако в силу возможной низкой эффективности управляющих машинных (компьютерных) решений, с одной стороны, и независимости стимулирования производственного персонала от результатов сравнительной эффективности его решений с решениями машинного канала, с другой стороны, этот интерес быстро иссяк.

Таким образом, режим “Пассивного советчика” из-за отсутствия объединяющего стимулирования людей в составе первой и второй вариантной системы (ВС) приводит в большинстве случаев к обособленному функционированию вариантных управляющих систем.

Указанные недостатки в значительной степени преодолены в “Активных советчиках”, которые появились вместо малоэффективных “Пассивных советчиков”. Наличие замкнутого контура у второго (машинного) канала (второй ВС) в “Активных советчиках” обеспечивает необходимую самостоятельность его функционирования в различных режимах. Благодаря вариантообъединяющему организационному механизму (ВОМ) “Активный советчик” способствует эффективному взаимодействию вариантных систем.

Одна из характерных конкретизаций таких систем проиллюстрирована на примере АСУ “Шихтовка” и содержит следующие блоки:

• три канала (варианта) принятия решений по шихтовке плавок, среди которых первый канал (первая ВС) представлен ведущим производственным персоналом, а второй и третий каналы (вторая и третья ВС) соотносятся с человеко-машинными процедурами базовой (базовый решающий канал) и корректировочной (корректирующий решающий канал) алгоритмизации управления объектом;
• объекты реализации решений, в качестве которых используются натурный (реальный) объект и натурно-модельные объекты, представляющие собой сопряжение элементов натурного объекта и приобъектно-пересчетных математических моделей;
• организующая система – организующий блок, который выполняет общесистемные функции координации и стимулирования деятельности основных звеньев АСУ;
• многосвязная оценивающая система, которая предназначена для ориентированного на интеграцию поэлементного и совместного оценивания эффективности функционирования управляющих (вариантных) систем, входящих в каждый из каналов.

Информационное обеспечение включает алгоритмы проверки достоверности данных, ограничивающие и сглаживающие фильтры, включая релейно-экспоненциальные сглаживатели (РЭС) различных порядков. Дополнительные, весьма полезные сведения, формирует производственный персонал, особенно в условиях его стимулирования за качество сообщаемой информации.

Алгоритмическое и программное обеспечение мартеновской АСУ “Шихтовка” создавалось последовательно для подсистем, включая человеко-машинные процедуры выработки шихтовочных решений, многосвязную анализирующую систему, ВОМ и двухуровневую приобъектно-пересчетную математическую модель (ПМ), содержащую нелинейные операторы и специальные базы данных. Верхний уровень ПМ представлен настроечно-идентифицирующим (с адаптацией) алгоритмом, а нижний – разностно-пересчетным (в приращениях) алгоритмом.

Конкретизируем относительно простую ПМ на примере пропорционально-разностных соотношений между изменениями входных и выходных величин в приращениях к их фактическим значениям в виде

на верхнем уровне: (1)

на нижнем уровне: , (2)

где Y_Х – характеристическая выходная величина, используемая и как показатель состояния, определяющий нелинейность объекта; - модельно задаваемые изменения j-ой величины во входном модельном векторе V^M; - расчетные изменения i-ой величины в выходном натурно-модельном векторе (сокращенно, выходном модельном векторе ); - настроечные коэффициенты, устанавливаемые для конкретного комплекса условий и уточняемые по ходу адаптивной идентификации реального объекта.

Алгоритмы базового решающего канала (вторая вариантная система) основаны на использовании преимущественно балансовых соотношений. Показана их работоспособность в сочетании со сглаживанием рядов данных, аналогично робастному оцениванию скользящих средних на интервале 3 ¸ 10 плавок. Непостоянство интервалов обусловлено, например, нестационарностью измерительных погрешностей и возмущений.

Алгоритмы корректирующего канала (третья вариантная система в составе машинного канала) основаны на использовании восстановительно-прогнозирующих алгоритмов, суть которых состоит в пересчетном восстановлении ретроспективно образцовых управляющих решений и в комплексном прогнозировании их динамической последовательности с учетом ее ближайшей предыстории, а также всех контролируемых возмущений и заданий.

Для многовариантной анализирующей и организующей систем ведущая роль отведена достоверному оцениванию показателей эффективности управляющих решений с обязательным количественным сопоставлением их, минимум по двум ВС. Сравнительный анализ решений опирается на пересчетную имитацию с нанесением открытых и скрытых пробных сигналов, обработку получаемых данных посредством робастных фильтров и идентификаторов, локальные и комплексные критерии эффективности работы параллельно функционирующих рабочих вариантных систем и других звеньев, а также системы в целом.

Общевариантные критерии для первой ВС (производственного персонала) и второй ВС (человеко-машинного канала) выражены:

(3)

, (4)

где – показатели эффективности (в относительных единицах) шихтовки плавки первого и второго вариантов, полученные путем нормирования вариантных критериев эффективности Q по формуле:

. (5)

Критерий эффективности Q зависит от качества шихтовки, полученного каждой вариантной системой. Вторая составляющая в (3), (4) стимулирует вариантные системы выработки решений ко взаимодействию, что, безусловно, способствует увеличению общевариантного критерия для каждой ВС.

В конце каждого месяца рассчитывается среднемесячный показатель шихтовки, который для первой вариантной системы равен:

, (6)

где D - показатель нестабильности шихтовки; - число зашихтованных плавок; ℓ - число зашихтованных плавок с низким показателем эффективности, т. е. - нижний допустимый предел показателя эффективности.

Аналогично рассчитывается среднемесячный показатель и для других вариантных систем. В прямой зависимости от начисляется премия за качество шихтовки и связанной с ней деятельностью, максимальная величина которой составляет ≈ 30 % от основного оклада.

C помощью натурно-математического моделирования поэтапно испытано и усовершенствовано алгоритмическое и организационное обеспечение. Раздельное использование вариантных систем показало, что без надлежащих взаимодействий между первой, второй и другими ВС эффективность их работы мала. Вместе с тем выявлена возможность улучшения общих показателей работы вариантных систем при наличии действенной интеграции, что, собственно, и побудило к практическому воплощению режима “Активный советчик” с элементами вариантообъединяющего механизма стимулирования.