CC BY
42
12 1 И.Н. Морозов , Д.Е. Пророков , И.Е. Кириллов АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИ НЕЧЕТКО ВЫРАЖЕННОЙ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Аннотация
Изложена методика оценки текущего состояния технологического процесса с использованием математических приемов теории нечетких множеств. Данная методика позволяет учитывать нечетко определенные параметры технологических объектов, которые оказывают значительное влияние на ведение любого технологического процесса, для формирования более эффективного управления.
Ключевые слова:
формирование управления, оценка состояния.
I.N. Morozov, A.E. Prorokov, I.E. Kirillov
ALGORITHM OF THE ESTIMATION OF THE CURRENT CONDITION OF TECHNOLOGICAL PROCESS AT INDISTINCTLY EXPRESSED INITIAL INFORMATION
Abstract
The technique of an estimation of a current condition of technological process with use of mathematical receptions of the theory of indistinct sets is stated. The given technique allows to consider indistinctly certain parameters of technological objects which make considerable impact on conducting any technological process, for formation more efficient control.
Keywords:
management formation, condition estimation.
Введение
Существенной особенностью большого класса современных технологических процессов является наличие неопределенности параметров их функционирования, которая объясняется отсутствием или неполнотой знаний о физико-химических параметрах процесса, широким спектром различных возмущающих и управляющих воздействий, присутствующих в реальных производственных системах и сложным характером их влияния [1]. Для эффективного функционирования систем управления такими технологическими процессами необходимо разрабатывать методы и алгоритмы оценки состояний процесса, а также методы и алгоритмы принятия решений в целях обеспечения безопасной работы промышленных систем в различных производственнотехнологических ситуациях [2]. Для решения поставленной задачи предлагается использовать математические приемы теории нечетких множеств. В данной статье предложен алгоритм работы систем управления по определению
11 ИИММ КНЦ РАН
2 Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева
состояний технологического процесса в условиях нечеткой исходной информации.
Алгоритм оценки текущей нечеткой ситуации
Алгоритм оценки текущей нечеткой ситуации (рис.) начинается с ввода значений технологических параметров р1. Для дальнейшей фазификации
каждого из параметров производится обращение к базе знаний, сформированной в результате опроса опытных технологов-экспертов, а также на основании результатов, проводимых научно-исследовательских работ.
База знаний включает в себя следующие сведения:
• область определения каждого из контролируемых технологических параметров Ор ;
I
• количество терм-множеств для каждой нечеткой переменной
7'1 'т'П / • \
г- , Т (где п - количество терм-множеств 1-ого параметра);
• диапазон изменения технологического параметра для каждого терм-множества Т- (/ - индекс терм-множества) соответствующей /-ой нечеткой переменной -
• вид и параметры функции принадлежности каждого терм-множества (определяется экспертной оценкой).
Функции принадлежности /-ому терм-множеству /-ой входной нечеткой переменной в данной работе имеют сигмоидный вид:
Ми Ф, . -----------/ У------пРи Р, а,
7 1 + ехр % §?. - с1
М„ Ф, 2 ----------------> 1 V---------ГТг^ пРи Р, ' аи
7 1 + е хр 1 аи - с/*
(1)
где а у - мода нечеткого числа ^ 1
ву, , йг2 - параметры функции принадлежности.
Следующим шагом алгоритма оценки текущей ситуации процесса является определение принадлежности входного технологического параметра
соответствующему терм-множеству Г/, т.е. диапазону какого терм-множества
1к р ^£ир 1р1. принадлежит значение текущего параметра р{.
Далее определяется положение технологического параметра на интервале ^ир ^ относительно моды нечеткого числа а у = \ и в
соответствии с (1) определяется степень принадлежности входного технологического параметра соответствующему терму. После выполнения данных операций производится соответствующая запись /и^ (р: _ в нечеткой
ситуации.
Далее производится обращение к базе знаний, в которой хранятся всевозможные ситуации технологического процесса. Такие ситуации называются эталонными (табл.)
Форма записи эталонных (типовых) ситуаций функционирования технологического управления в базе знаний
№ эт. сит. Параметр 1 Параметр 1
Т1 Т2 Т з Т т 2 ... Тк Т Т 2
1 /'п(д) МАЛ) Мз(Л) Й1 (р...) МАР...) ... Ми(р„.) Ми (р,) Ми (Р,) Ми(Р\) ЛгСй) №з(й) Мц(Р..) Мгг(Р..) ... Ми(Р...) МА?,) МАР,) Л1 (а) /(„2(д) Аз(д) м,л (р..) мАр..) ... (‘Ар...) мАр,) мАр,)
2
п
После чего рассчитывается степень включения текущей ситуации в эталонные (2) и эталонных ситуаций в текущую ситуацию (3) для того, чтобы найти степени нечеткого равенства текущей ситуации с эталонными (4).
^Ф,Л 3= Ф,, Ф Ф,1- (2)
^ Ф, ^ 3= Л,/ Ф'" Ф, Ф, 1 (3)
^Ф;.,О^Ф,л}^ФлО (4)
Необходимо учитывать, что ситуации Л';;. Л'( нечетко равны, если , где I & |;1_ - некоторый порог нечеткого равенства ситуаций, определяемого условиями управления. Порог нечеткого равенства делается «плавающим». Фиксация порога в некоторой точке интервала |);1_ зависит от особенностей объекта управления, требований к качеству управляющих решений и т.д.
После определения нечеткого равенства текущей ситуации ведения технологического процесса с эталонной ситуацией производится выбор эталонной ситуации, которая и характеризует состояние функционирования технологического процесса.
Заключение
Полученная методика определения состояния любого технологического процесса позволит построить высокоэффективное управление, повысить безопасность ведения технологического производства и снизить риски, связанные с ведением данного производства. Разработанный алгоритм дает возможность провести оценку параметров технологического процесса, значения которых не удается оценить аппаратными средствами, с применением математических методов теории нечетких множеств.
Литература
1. Богатиков, В.Н. Диагностика состояний и управление технологической безопасностью непрерывных химико-технологических процессов на основе дискретных моделей: дис. ... докт. техн. наук: 05.13.06 / Богатиков Валерий Николаевич. - Апатиты, 2002. - 352с.
2. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В.В. Кафаров. - М.: Химия, 1971. - 496 с.
Сведения об авторах Морозов Иван Николаевич
к.т.н., младший научный сотрудник. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН.
Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24A. e-mail: moroz.84@mail.ru
Ivan N. Morozov
Ph.D. (Tech. Sci.), junior researcher. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS.
Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24А.
Пророков Анатолий Евгеньевич
к.т.н., заведующий кафедрой «Прикладная информатика» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Новомосковский институт (филиал) РХТУ им. Д.И. Менделеева»,
Россия, 601370, г. Новомосковск Тульская область, ул. Дружбы, д. 8, e-mail: Prorokov@nmosk.ru
Anatoly E. Prorokov
Ph.D. (Tech. Sci.), head of the chair «Applied informatics» of the Novomoskovsk Institute (Branch of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University).
Кириллов Иван Евгеньевич
к.т.н, младший научный сотрудник. Учреждение Российской академии наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН.
Россия, 184209, г. Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24A. е-mail: kirillov@rambler.ru
Ivan E. Kirillov
Ph.D. (Tech. Sci.), junior researcher. Institution of Russian Academy of Sciences, Institute for Informatics and Mathematical Modeling of Technological Processes, Kola Science Center оf RAS. Russia, 184209, Apatity Murmansk region, Fersman St. 24А.
