01 марта 2016г.
Введение. В данной работе предлагается для управления насосной станцией воспользоваться методами интеллектуальных систем. Как правило, объекты автоматизации, к которым относятся насосные станции системы водоотведения, характеризуются слабоформализуемыми зависимостями входных и выходных данных, поэтому построить четкую математическую модель таких объектов не всегда возможно. Для решения задачи описания свойств объекта управления, необходима разработка интеллектуальных моделей, воспроизводящих логику рассуждения лица, принимающего решение (ЛПР), основой которых является база знаний (БЗ).
Важнейшим и наиболее часто используемым типом нечеткой модели является модель Мамдани-Заде. Модель Мамдани-Заде представляет собой множество правил, где каждое правило задает в указанном пространстве некоторую нечеткую точку. На основе множества нечетких точек формируется нечеткий график, механизм интерполяции между точками в котором зависит от используемого аппарата нечеткой логики. В настоящее время этот метод часто используется, хотя разработаны и другие типы моделей, среди которых наибольшую популярность приобрела модель Такаги-Сугено-Канга (TSK-модели). Отличие базы знаний TSK- модели от модели Мамдани-Заде заключается в том, что заключения правил задаются не нечеткими термами, а функцией от входов. Однако, БЗ модели Мамдани-Заде можно построить, прибегнув к знаниям ЛПР, а БЗ TSK- модели целесообразно использовать в случае отсутствия у оператора (ЛПР) необходимых знаний об объекте. Кроме того, усредняющие свойства механизма вывода y и специфический вид функций принадлежности позволяет сделать TSK-модель мало чувствительной к помехам и погрешностям измерения [1].
Моделирование системы. Для исследования была взята типовая канализационная насосная станция (КНС) общесплавной системы водоотведения города с расчетным населением в 90000 человек, которая характеризуется минимальным значением притока жидкости равным – 500 м3 /час, номинальным притоком - 2000 м3 /час. Насосная установка состоит из трех насосных агрегатов (НА), имеющих производительность 𝑃н1=500м3/ч, 𝑃н2=700 м3/ч, 𝑃н3=1000 м3/ч, покрывающих в сумме пиковою нагрузку и обеспечивающих путѐм сброса жидкости, стабилизацию уровня жидкости в цилиндрическом резервуаре, высотой ymax= 8 м, диаметром D = 14.39 м и объѐмом V = 1300 м3.
С целью выбора наиболее экономичного способа управления, были построены имитационные модели систем управления насосными агрегатами КНС, в режиме включения/выключения, для поддержания уровня жидкости в приѐмном резервуаре в заданных пределах.
Имитационное моделирование систем управления проводилось при использовании модели Мамдани-Заде и TSK-модели при следующих параметрах:
- объем притока жидкости (P) изменяется от 500м3 /ч до 2000м3 /ч по синусоидальному закону (аппроксимированный среднестатистический график притока);
- время моделирования 1440 мин - одни сутки;
- поддержание уровня в приемном резервуаре в заданных пределах, от 2 до 6 метров.
Структурная модель системы управления с использованием регулятора нечѐткой логики изображена на Рисунке 1. Моделирование выполнено в пакете прикладных программ Matlab. Для проведения исследования разработана база правил продукционного типа, основанная на знаниях, полученных от эксперта. Дефаззификация производится по методу центра тяжести и используется алгоритм Мамдани.
Схема управления КНС на Рисунке 3 была выполнена в среде моделирования LabVIEW [2].
Назначение блоков: блок 1 – TSK-модель; в блоке 2 производится расчет изменения уровня жидкости в резервуаре; блок 3 – нечеткий регулятор; в блоках 4 и 5 осуществляется переход от номера управляющей функции к конкретным значениям управляющих сигналов ui.
Выводы. Моделирование системы водоотведения при использовании нечеткого регулятора управления канализационными насосными агрегатами является перспективным по эффективности и безопасности способом управления КНС. Количество запусков НА в системе управления с использованием нечеткой модели Мамдани- Заде меньше, чем в системе управления с нечеткой TSK-моделью. При этом, продолжительность работы НА меньше в системе управления с использованием нечеткой TSK-модели, что обеспечивает экономичность данной системы управления (Табл.1).
Таблица 1
|
Сравнительный критерий
|
Система
управления
нечеткой логики, Мамдани-Заде
|
на
|
основе
модель
|
Система управления на
основе нечеткой логики, TSK-модель
|
|
Суммарно затраченная
электроэнергия, кВт*ч
|
6901,2
|
6335,3
|
|
Общее количество запусков
насосных агрегатов
|
22
|
29
|
Список литературы
1. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление/ пер. с англ.- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. -798 с.: ил. - (Адаптивные и интеллектуальные системы).
2. Уварова Л.В. Разработка и моделирование релейно-импульсного нечеткого управления для повышения эффективности работы канализационной насосной станции //Электротехнические комплексы и системы управления. - 2014. - №3. – с.6-10.
