CC BY
29Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
BOSHQARISH QONUNLARINI ADAPTATSIYALASH ALGORITMLARINI ISHLAB CHIQISH
Umurzakova Dilnoza Maxamadjanovna,
Muxammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti Farg'ona filiali, texnika fanlari
bo'yicha falsafa doktori (PhD)
Annotatsiya: Ushbu maqolada boshqaruv qonunlarini adaptatsiyalash algoritmlarini ishlab chiqish tahlillari keltirilgan. Maqolada tizimli tahlil va optimallashtirish usullaridan foydalanishga asoslangan boshqaruv qonunlarini adaptatsiyalash algoritmlarini ishlab chiqishga yondashuv taklif etilgan. Maqolada, shuningdek, boshqaruv qonunlarinii adaptatsiyalashning turli usullarining afzalliklari va cheklovlari muhokama qilingan. Issiqlik energetika ob'ektlarini noaniqlik sharoitida boshqarish tizimiga zaruriy sifat ko'rsatkichini ta'minlash hamda unga adaptivlik va invariantlik xossasini beruvchi adaptiv boshqarish algoritmi taklif etilgan, bu tashqi va ichki g'alayonlarni kompensatsiyalash va boshqarish jarayonining sifat ko'rsatkichlarini yaxshilash imkonini beradi.
Kalit so'zlar: boshqaruv, adaptiv boshqaruv qonunlari, algoritmlar, approksimatsiyalash, bug' generatori, issiqlik yuklamasi, kompensatsiyalovchi qurilma.
Kirish. Jahonda so'nggi yillarda elektr energiyasi ishlab chiqishda asosiy e'tibor issiqlik va elektr energiyasini ishlab chiqish jarayonida energiya resurslarini kamaytirish masalalariga qaratilmoqda. Mavjud issiqlik elektr stansiyalarida issiqlik yuklamasini o'zgarishining notekisligi, havo va yoqilg'ining yoqish kamerasiga berilishini o'zgaruvchanligi, ob'ektning dinamik
xususiyatlarining noaniqligi, turli xil g'alayonlarning qisman ehtimollik va tasodifiylik xususiyatiga ega ekanligi, hamda havo va yoqilg'i nisbatini rostlash sifatining pastligi energiyaning yo'qotilishiga olib keladi. Shu sababli, dastlabki ma'lumotlarning noaniqligi sharoitida issiqlik energetika ob'ektlari texnologik agregatlarini axborot texnologiyalari yutuqlaridan foydalangan holda boshqarish tizimlarini zamonaviy boshqarish usullari asosida takomillashtirish muhim rol o'ynaydi.
Jahonda turli xil noaniqliklar mavjud bo'lganda yuqori boshqarish aniqligini ta'minlash imkonini beruvchi issiqlik energetika ob'ektlarining mavjud boshqarish tizimlarini takomillashtirish va yangilarini ishlab chiqishga yo'naltirilgan ilmiy tadqiqot ishlari olib borilmoqda. Shu nuqtai nazardan, tashqi va ichki ta'sirlarning tasodifiy o'zgarishi va noaniqligi sharoitida ishlovchi issiqlik yuklamasini adaptiv-invariant tizimini ishlab chiqish muammosini hal qilish dolzarb muammolardan biridir. Shu munosabat bilan, hozirgi vaqtda issiqlik energetika ob'ektlarida yuqori samarali boshqarish tizimlarini yaratish, turli xil g'alayonlarga nisbatan adaptiv-invariant boshqarish
tizimini sintezlash model va algoritmlarini ishlab chiqish nihoyatda dolzarb hisoblanadi [1].
Adabiyotlar tahlili va metodologiyasi.
Dinamik ob'ektlarni boshqarish jarayonlarini intellektuallashtirish va turli xil murakkabliklar va noaniqliklarni hisobga olgan holda yuqori samarali boshqarish tizimlarini yaratish masalalariga qator chet el olimlari jumladan, R.A.Aliev, A.Piegat, M.Sugeno, L.A.Zade, S.N.Vasilev, N.N.Vostrikov, K.A.Pupkov, Ye.V.Svetkov, G.B.Levental, G.P.Pletnev, E.K.Arakelyan, V.Ya.Rotach mamlakatimiz olimlaridan M.M.Aripov, T.F.Bekmuratov, X.Z.Igamberdiev, N.R.Yusupbekov, Sh.M.Gulyamov, M.M.Kamilov, A.R.Maraximov, D.T.Muxammadieva, I.X.Siddikov, M.A.Ismailov va boshqalar o'zlarining ulkan hissalarini qo'shib kelmoqdalar.
Shu bilan birga, ilmiy tadqiqotlar doirasining doimiy ravishda murakkablashishi va kengayib borishi, ma'lumotlarning tasodifiylik xarakteri va qisman noaniqligini hisobga olgan holda, texnologik ob'ektlarining ish rejimlarini samarali boshqarish usullari va algoritmlarini takomillashtirish va ishlab chiqishni talab etadi. Xususan, turli noaniqliklar sharoitida faoliyat ko'rsatuvchi bug' generatori turli yoqilg'ilar sarfini va issiqlik yuklamasini o'zgarishiga mos ravishda ish rejimlari qiymatlarini ta'minlash, tashqi ta'sirlarning tasodifiyligi va ob'ekt xususiyatlarini o'zgaruvchanligini hisobga olish imkonini beruvchi intellektual texnologiyalar usullariga asoslangan holda adaptiv boshqarish
90
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
tizimini sintezlashning modellari va algoritmlarini yaratish dolzarb masalalardan biridir [2, 3].
Real sharoitlarda bug' generatorining asosiy va yordamchi qurilmalarini ishlash rejimlari va dinamikasining o'zgarishi, boshqarishda sodir bo'ladigan kechikishlar, tashqi noaniqlilik xususiyatiga ega g'alayonlarning mavjudligi boshqarish tizimi faoliyatini murakkablashtiradi. Ma'lumki, ulardagi ijro qurilmasi, ya'ni klapan o'zgarmas tezlikda harakatlanuvchi bajaruvchi mexanizm ob'ektning astatiklik darajasining oshishiga olib keladi. Bunday hollarda ayniqsa, ob'ekt parametrik noaniqlik sharoitida ishlasa zaruriy boshqarish sifatini ta'minlash uchun tizimning tarkibiga unga adaptivlik xossasini beruvchi qurilmalar kiritiladi. Bunday sharoitda, boshqarish tizimining strukturasi uchkonturli sxema ko'rinishida tasvirlanadi (3.2-rasm) [4].
Ushbu boshqarish tizimida topshiriq signali sifatida qozondagi suv sathi, bug' sathi hamda issiqlik ajralishining qiymatlari olingan.
-i*
"'M
^ы! "'M
K(p)
H
1-rasm. Issiqlik yuklamasini adaptiv boshqarish tizimining strukturaviy sxemasi
bu yerda Wbs(p), (p) , W (p) - qizdirilgan bug', suv sathi va tozalangan suv sarfi datchiklarining
W (p)
uzatish funksiyalari; qW - quvurning uzatish
W (P) W (P)
funksiyalari; - «harorat-sath», bs^> - «bug' -
W (P)
sath», lsyF' - «issiqlik-sath» kanallari uzatish
funksiyalari; H - sath bo'yicha topshiriq; H - qozon
sathi; B - bug' sarfi; S - suv sarfi; 1 - issiqlik ajralishi.
1-rasmdan ko'rinib turibdiki, haroratni o'zgarish dinamikasi qurilmalarining ishlash rejimlarining xususiyatlariga bog'liq bo'lgan ko'plab komponentlar to'plamidan iborat. Shuni ta'kidlash joizki, adaptiv boshqarish tizimlarida sath parametrlarini sozlash iteratsiya xarakteriga ega, bu esa sozlash vaqtini uzayishiga olib keladi. Maqolada issiqlik yuklamasini adaptiv boshqarish tizimini
sozlash uchun tajribada olingan ma'lumotlarni Matlab dasturi yordamida approksimatsiyalash taklif etildi (2-
rasm).
1-Bosim\
350 500 h 1 — Harorat\
400
300 250 ?00
2-rasm. Ob'ektning o'tkinchi jarayoni
Approksimatsiyalash natijasida boshqaruv ob'ektining umumlashtirilgan (bajaruvchi mexanizm bilan birga) uzatish funksiyasi quyidagi ko'rinishda olinadi:
K(1 -b° ■ p)■ e-hp
WBau ( p) = -
p2-(1 + a° ■ p) , (1)
bu yerda К - umumlashtirilgan kuchaytirish
koeffitsienti; h - kechikishning o'rtacha qiymati; a° va
b° - o'zgarmas son [5].
Model parametrlarining o'zgaruvchanligini hisobga olgan holda, texnologik reglamentlardan kelib chiqib ularning aprior noaniqligini chegaraviy qiymatlari quyidagicha ifodalanadi K-< K < K+, K = 0.001, K-= °.°°°15, K += °.°°13;
a
b-< b° < b+, a - < a0 < a +.
Ь = 1°.8,
a = °°9,
b- = 7.3, a- = °.°5, h- = 5,
b°+= 11.2; a + = °. 13; h + = 15.
h-< h < h +, h = 1°, (2)
bu yerda « + » va « - » indekslar maksimal (o'ng) va minimal (chap) qiymatlarga tegishli ekanligini ko'rsatadi.
Boshqarish tizimining boshqarish qonunini topishda ob'ekt parametrlari o'zgaruvchilarining (1) aprior noaniqlik xususiyatida va ish jarayonida (2) o'zgarishi mumkinligini hisobga olib, adaptatsiyalash tamoyillariga asoslangan yondashuvdan foydalanamiz.
91
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
Ob'ektga ta'sir etuvchi g'alayonlar mavjud bo'lganda va ular noaniqlik xususiyatiga ega bo'lganda boshqarishning maqsad funksiyasi quyidagi ko'rinishga ega bo'ladi
mod(y(t)- r*)< 8 = const,
Vt >t *
t 4p, tf 1 ts <t * < tf, (3)
j\ * bu yerda 8 - berilgan kattalik; r - ob'ektga
berilgan ta'sirning doimiy qiymati. Bu kattaliklar
ma'lum vaqt intervalida quyidagicha ifodalanishi
mumkin:
r(t) = r * • l(t) r * = const t G [tTp , tf ]
t = 1...i
bu yerda
(4)
t _ t
vaqt intervalidagi topshiriq t t
kattaligi; 1 - intervallar soni; Tp, Tf - intervalning boshlanishi va tugatilishi.
Adaptiv va kompensatsiyalovchi qurilmaning matematik ifodasi quyidagi munosabatlar orqali aniqlanadi:
u(P )=X(P )'r (P ), X( P ) = f (r, e,t ), r (p ) = r * = const,
e(P) = r* - v(P) = r* - y(P)- q(P),
Wk ( P )=(r KAb
(7K1 • P+WK 2 • P +1) <(p ) -
(5)
(6)
bu yerda u (P ) - boshqarish signali; r (p ) - r ga teng bo'lgan ma'lum vaqt intervalida (3) berilgan
ta'sir; x(p) - parametr, sozlash algoritmi; e(P) -
boshqarish xatoligi; v(p) -
linishi- Wk(P) -
o'zgartirilgan tizim
kompensatsiyalovchi qurilmaning
chiqishi;
К T T uzatish funksiyasi; K va Kl, K - kuchaytirish
koeffitsienti va vaqt doimiysi.
(5) hamda (6) munosabatlar asosida chiqish
kattaligini quyidagi ifodalar orqali aniqlanadi:
p)=y( p)+ q( p)
Kk • p2
__ K(1 - b, • P> e-h
P2(1 + ao • p) pP
— •u( P)+ - •u( P) =
K(1 -b • py e-h _1 + J. P2(1 - a0 • p) P2 P
(TK • P + fe • P + 1) U(P) (TK • P + 1) L(1 + ao • P\TK2 • P +1) +(tk • P + 1)
(7)
K
K(1 - b, • P> e-
u( p)-
Boshqarish maqsadiga erishish uchun o'z-o'zini sozlash konturining strukturasini quyidagicha ifodalab, adaptatsiyalash algoritmi tanlab olindi
X(P ) = Xp (P ) + Xi (P ) + Xd (P ) ;
5
bu yerda Xp (P), Xi (P)
(8)
va Xd (P) -proporsional, integral va differensial komponentlar, adaptatsiyalash algoritmlari quyidagicha tanlanadi:
dJPtJaeip )• r (p ), V e(p
dp [О, Ve(p) < 0",
( ,_\a2e(p)• r(p), Ve(p
XP )=l0, V e(p )<-,
e(p ) = r (p ) - y (p ) - q(p ), a1,a2 = const > 0, (9)
bu yerda ° - sezgirmaslik zonasining berilgan qiymati, uning qiymatlari imitatsion modellashtirish asosida aniqlanadi.
Bug' generatorining parametrlari tashqi g'alayonlar va issiqlik yuklamasi o'zgaruvchan xarakterga ega bo'lganligi sababli yuqorida taklif etilgan boshqarish algoritmining matematik modeli yetarli natijani bermaydi. Shuning uchun, maqolada j arayon haqida ma'lumotlarning noaniqligi va tasodifiy o'zgarishi sharoitida boshqarish jarayoniga adaptatsiyalash xususiyatini beruvchi adaptiv boshqarish qonuniyatidan foydalanish taklif etildi (3-rasm). Bug' generatori issiqlik yuklamasini boshqarishni adaptatsiyalash mexanizmining funksional sxemasi quyidagi bosqichlardan iborat:
1. Ob'ekt holati va boshqarish parametrlariga qo'yilgan cheklovlarni hisobga olgan holda optimal issiqlik yuklamasi hisoblanadi;
2. Issiqlik oqimiga mos keladigan gaz miqdori aniqlanadi;
3. O'lchangan bug'ning bosimi va harorati solishtiriladi.
Agar hisoblangan va o'lchangan qiymatlar o'rtasidagi farq talab etilgan xatolikdan kam yoki teng bo'lsa, u holda modeldan hisoblangan optimal issiqlik yuklamasiga mos keladigan gaz miqdori hisoblanadi [6, 7].
Agar hisoblangan va o'lchangan qiymatlar o'rtasidagi farq ruxsat etilgan xatolikdan katta bo'lsa, boshqarish qonuni parametrlari korreksiyalanadi.
4. Gaz sarfining qiymati (issiqlik oqimi) qozonga beriladi;
5. 3-bandni bajarishga o'tish amalga oshiriladi va jarayon doimiy takrorlanadi.
Model parametrlarini korreksiyalashda stoxastik approksimatsiyalash jarayoni orqali amalga oshirildi. Bu holda parametrlarning o'zgarishi quyidagicha hisoblanadi:
92
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
к+l к . . с к
x = x + y*0k .
(10)
k+l
bu yerda x - o'zgaruvchining yangi qiymati;
0х - к o'zgauvchiga kiritilgan tuzatish к, Y -tuzatish koeffitsienti.
^Tashqi g1alayonlar
Kirish
Ob'ekt
Chiqish
Boshqarish
Ob'ekt modeli
Solishtirish bloki
Model parametrlarini korreksiyalash
Modelning adekvatlash bloki
Boshqarishni
hisoblash
Model
3-rasm. Issiqlik yuklamasini boshqarishni adaptatsiyalash mexanizmining funksional sxemasi
Shuni ta'kidlash joizki, yoqilg'i, havo, qizdirilgan bug' sarfi va uning bosimi kabi asosiy boshqariluvchi parametrlar keng diapozonda o'zgarishi nochiziqli hisoblanadi. Bunday holda, tipik boshqaruv qonunlarini qo'llash zaruriy natijani bermaydi, chunki jarayonning inersiyasi sababli boshqarish tizimining tezligi pasayadi, bu esa energiya xarajatlarining oshishiga olib keladi. Bundan tashqari, issiqlik yuklamasidagi o'zgarishlarining noaniqligi va ehtimollik xususiyatlari va boshqarish sifatiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Shu munosabat bilan bug' generatorining ish rejimlarini boshqarish algoritmlarini ishlab chiqish uchun intellektual texnologiya usullaridan foydalanish maqsadga muvofiqdir.
Natijalar
4-rasmda (7) munosabatni hisobga olgan holda adaptiv boshqarish tizimini mavjud boshqarish tizimlari bilan Matlab dasturida olingan qiyosiy tahlillash grafiklari keltirilgan.
1.6 1.4 1,2 1.0 4 0.8 0.6 0.4 0,2
Mavjud boshqaruv tizimi —.— Adaptiv boshqaruv tizimi
200
400
600 800
i, S
1000
1200 1400
4-rasm. Boshqarish tizimining o'tkinchi j arayoni
Xulosa
O'tkinchi jarayon grafikdan ko'rinib turibdiki, taklif etilgan adaptiv boshqarish tizimi mavjud tizimlarga nisbatan yuqori tezlikka va aniqlikga boshqarish ob'ektining parametrlarini o'zgaruvchanlik sharoitlarda ham samarali ishlash xususiyatiga ega bo'lar ekan. Bug' generatorining sintezlangan boshqarish tizimi qurilmaning ishlash rejimlarini keng diapazonda o'zgarishini ham xisobga olish imkonini beradi. Ishlab chiqilgan adaptiv boshqarish tizimining yuqori ko'rsatkichlarini ta'minlaydi, hamda mavjud an'anaviy boshqarish tizimiga nisbatan natijalarning yuqoriligi bilan ajralib turadi.
Foydalanilgan adabiyotlar
1. Gulyamov Sh.M. Intelligent control technology, the reliability of the measuring information // Chemical Technology, Control and Management. - 2018. № 3.- Pp.128-131.
2. Igamberdiyev X.Z. Regularized algorithms of adaptive assessment of state of control objects with parametric perturbation account // Chemical Technology, Control and Management. - Vol. 3. - Iss.
2. - 2018. - Pp.47-52. https://doi.org/10.34920/2018.3.
3. Marahimov A.R., Igamberdiev H.Z., Yusupbekov A.N., Siddikov I.H. Fuzzy situation analusis and control of the processes safety of the complex industrial petrochemical objects 2013 // Seventh International Conference on Soft Computing, Computing with Words and Perceptions in System Analysis, Decision and Control - ICSCCW. - Turkey 2013. - Pp.323-328.
4. Mukhamedieva D.T. Approaches to solving optimization tasks based on asks based on natural
93
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 4 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 4 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 4 | 2023 год
calculation algorithms // Scientific-technical journal. -Vol. 24. - Iss. 2. - 2020. - Pp.58-67.
5. Siddikov I.X., Umurzakova D.M. The Research on the Dynamics of the Three-impulse System of Automatic Control of Water Supply to the Steam Generator When the Load Changes // Journal of Physics: Conference Series. 1706 (2020) 012196. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1706/1/012196.
6. Siddikov I.X., Umurzakova D.M., Bakhrieva H.A., Adaptive system of fuzzy-logical regulation by temperature mode of a drum boiler // IIUM Engineering Journal. - Vol. 21, No. 1. - 2020. - Pp. 185-192. https://doi.org/10.31436/iiumej.v21i1.1220.
7. Yusupbekov N.R., Abdurasulov F.R., Adilov F.T., Ivanyan A.I. Application of cloud technologies for optimization of complex processes of industrial enterprises // Advances in Intelligent Systems and Computing 896. - 2018. - Pp.852-858.
8. Zadeh L.A. Linear system theory: the state space approach // Courier Dover Publications. -2008. - Pp.566.
9. Бекмуратов Т.Ф. Систематизация задач интеллектуальных систем поддержки принятия решений // Проблемы информатики и энергетики. -Ташкент 2003. №4. - С.24-35.
10. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учеб. для студентов вузов / Г. П. Плетнев. - 4-е изд., перераб. - М.: Издательский дом МЭИ, 2007. - 352 с.
11. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: МЭИ, 2004, 400 с.
94
