Лекции по АСУТП - в Ворде (АСУ02Т1)

Посмотреть архив целиком

Лекция 2. Принципы декомпозиции больших систем. Иерархия систем управления.

2.1. Принципы декомпозиции больших систем

Закономерно, что сложные объекты, образуемые последовательным объединением
отдельных установок в агрегаты и технологии, управляются с помощью больших
систем. АСДУ представлена в виде многоуровневой системы, состоящей из ряда подсистем, расположенных одна над другой. В каждой из них осуществляют преобразование входных сигналов в выходные.

На нижнем уровне в технологический установках протекает процесс, характеризуемый преобразованием входных сигналов (расходов воды, топлива, воздуха и др.) в регулируемые величины.

Входными сигналами следующей ступени — системы управления предприятием, служат:

технико-экономические показатели (ТЭП) отдельных технологий,
суточный график мощности предприятия; координирующие сигналы вышестоящего центра управления; сигналы о состоянии основного работающего и резервного оборудования и др.

Выходные сигналы на этом же уровне — продукция в ОС, технологическая
мощность, значения ТЭП производства в целом, технологические параметры общезаводского оборудования и др.

Входной информацией на более высоком уровне — системе управления ОС служат:

  • суточный график нагрузки; значения отпуска продукции другим ОС;

  • ТЭП объектов управления нижнего уровня;

  • сведения о наличии резервного оборудования и запасах топлива, сырья и др.
    Выходную информацию на этом же уровне составляют:

  • суммарная мощность по выпускаемой продукции в ОС;

  • промежуточные показатели технологий производства;

  • сводные ТЭП, вычисленные на ИВЦ ОС, и др.

Для выполнения своей главной функции — управления выпускаемой продукции и обменами «» в ОЕС — подсистемы верхнего уровня наделяют правом вмешательства в работу объектов и подсистем, расположенных ниже. Наряду с этим главные показатели работы ОЕС и ЭС полностью зависят от исполнения своих функций подсистемами и объектами нижнего уровня — технологиями и предприятиями.

Решение многомерной задачи оптимизации для больших систем выполняют
поэтапно, используя преимущества многоступенчатого управления.

Условимся в дальнейшем наряду с понятием большая система управления пользоваться
более конкретным термином — многоуровневая иерархическая система (МИС). Наиболее
характерные признаки МИС состоят в следующем:

  • вертикальная соподчиненность подсистем (вертикальное расположение подсистем,
    взаимосвязанных между собой по каналам прямой и обратной связи);

  • приоритет действий подсистем верхнего уровня (обязывающий характер воздействий, поступающих со стороны вышестоящих подсистем по каналам управления);

  • взаимозависимость действий всех подсистем (качество работы системы в целом зависит от всех ее элементов и контролируется по каналам обратной связи).

При организации управления по иерархическому принципу в проектируемой или
существующей сложной системе вначале производят выделение уровней управления —
вертикальную декомпозицию.

Обычно основанием для объединения подсистем управления на одном и том же уровне
служат следующие признаки:

  • общность математического описания или абстракции (вид математической модели);

  • общность функций цели, подцели или промежуточной цели (общность критериев управления);

  • общность организационных функций.

На основании первого признака выделяют уровни математического описания или
абстрагирования, т.е. составляют иерархию математических моделей. Руководствуясь вторым признаком, сложную систему разделяют на уровни по целевому назначению, т.е. строят иерархию целей и сопутствующую ей иерархию принятия решений по управлению.

На основании третьего — выделяют организационные уровни, т.е. определяют организационную иерархию или соподчиненность подсистем, обусловленную служебным регламентом. Сам процесс разделения на уровни осуществляется последовательно, т.е. вначале по первому из названных признаков, затем по второму и третьему. Выбор последовательности может быть произвольным.

Разбиение подсистемы на звенья в пределах одного и того же уровня означает
горизонтальную декомпозицию. Звено горизонтальной декомпозиции промышленных систем на низшем уровне выделяют обычно по принципу единства технологического процесса или конструкции. На более высоком уровне звенья горизонтальной декомпозиции выделяют также в зависимости от задач управления по функциональным или общесистемным признакам.

При иерархическом представлении сложных систем используют одновременно вертикальную и горизонтальную декомпозиции.

При создании МИС на основе существующих производственных комплексов и сложных
объектов, редко имеется возможность их коренного изменения. В основном, за основу берут уже сложившиеся системы управления и автоматического регулирования технологических процессов нижнего уровня и надстраивают подсистемы управления более высокого уровня с таким расчетом, чтобы координация взаимодействующих подсистем способствовала достижению глобальных целей и охватывала все части обширной системы.

2.2. Иерархия математических моделей

Принципы математического описания МИС. Требования к математическому описанию
сложной системы противоречивы. С одной стороны, оно должно быть полным, т.е. отражать действие системы в деталях, а с другой — достаточно простым, доступным для понимания оператора.

Компромисс между полнотой и простотой математического описания систем достигают их иерархическим (многоуровневым) представлением. Для этого объект или система описывают семейством математических моделей, представляемых в форме "вход-выход". В общем случае количество моделей, входящих в семейство, определяется числом математических страт, полученных в результате ее вертикальной декомпозиции.

Понятие математической страты связано с разным уровнем абстрагирования реальных
процессов и систем.

Обычно математическое описание МИС начинают с технологического процесса, для
которого имеется определенный запас исходных данных (априорных сведений). В общем случае подход к составлению математической модели процессов основан на законах сохранения энергии и вещества применительно к тепловым схемам и типовым конструкциям агрегатов или же опирается на экспериментальные статические и динамические характеристики отдельных агрегатов (установок) и участков. При этом значительную роль во всех случаях играет простота модели и способ ее представления (в явном или неявном виде). Примеры математических моделей технологического процесса на отдельных участках тепловой схемы производства.

Первоначальное общее представление о сложной системе можно детализировать, двигаясь
вниз по иерархии. При этом описание системы должно углубляться при движении от одной математической страты к другой. Это означает, что обращение к нижней страте должно дать подробную картину динамики того или иного технологического процесса. Наоборот, обращение к верхним стратам должно расширить кругозор оператора, дать ему представление о поведении системы в целом в сжатой форме, объяснить взаимодействие объектов и подсистем.

Следовательно, движение вверх по иерархии позволяет расширять описание системы,
представить ее в более общем виде, с охватом большего числа звеньев и подсистем, большего периода времени и более общих задач управления. Наряду с этим степень детализации поведения системы сокращается по мере перехода к моделям верхних уровней. В результате математическое описания становится более обобщенным, т.е. не учитывает факторы и сигналы, имеющие существенное значение лишь для подсистем, расположенных на более низком уровне.

Сложные системы в отличие от одноуровневых или одноцелевых характеризуют
множество входных и выходных воздействий. Достаточно сказать, что на крупном
энергоблоке, являющемся лишь одним из элементов нижнего уровня МИС, одновременно контролируют и регулируют свыше 2000 технологических параметров. Поэтому
естественным служит описание МИС с помощью математического аппарата теории множеств.

Введем понятие сложной функциональной системы S, представленной на рис. 2.1 как
отображения абстрактного множества выходов.

(2.1)

Рис. 2.1. Структура многоуровневой иерархической системы (МИС)


Дли каждой пары "вход-выход" запишем

где i — индекс конечного множества индексов.

Функция (2.1.) ставит в соответствие каждому хi- единственное yi.
Если ли, например, связь между хi и yi- задана в виде простого диф-
фгрснциального уравнения

с начальными условиями αi:

После математических преобразований получим:

Уравнение (2.4), являясь решением (2.2), соответствует однозначному отображению:

Сравним теперь (2.2) и (2.5). Обе функции служат математическими моделями (абстракциями) одного и того же реального процесса, который может протекать в объектах, обладающих свойством самовыравнивания.

Набор подходящего выражения математической абстракции определяется характером решаемых задач по управлению, а также и степенью сложности системы, характеризуемой множеством параметров состояния.



Случайные файлы

Файл
43322.rtf
20140-1.rtf
47701.rtf
123586.rtf
121754.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.