пыотера. Это совсем не о.значает, что биологическими процессами управлять проще, поскольку в этой области существуют свои проблемы. Состав и концептрация неочи-щеццых сточных вод обычно неи.звестпы. Концентрация отходов иногда бывает настолько мала, что ее очень трудно измерить - даже самая загрязненная вода на 99,9.5 % состоит из воды! Однако даже малые концентрации отходов опасны для окружающей среды, так как могут накапливаться в живых организмах.

неочищенные сточные воды S

взвешенные микроорганизмы и субстрат (активированный отстой)

аэратор

устройство осаждения

очищенная вода

тттттттттт

входной поток воздуха

концентрированный отстой

рециркуляция микроорганизмов

отстой

на переработку

Рис. 2.14. Процесс активированного отстоя при переработке сточных вод

В биологическом реакторе существует очень много видов микроорганизмов, по лиин> немногие из них действительно известны и исследованы. Между популяциями микроорганизмов существует борьба, и если одна разновидность обгоняет в развитии другую, то это оказывает влияние на баланс процесса, меняя его динамику и производительность. Концентрация растворенного кислорода, вид субстрата и загрязнений, величина рП, температура - вот лищь некоторые из факторов, влияющих па скорость роста микроорганизмов.

/1ля обогащения среды аэратора кислородом необходимо закачивать в пего во.здух. Расход воздуха, влияющий на эффективность всего процесса, имеет первостепенное значение. Если концентрация растворенного кислорода опускается ниже определенного минимального значения (в диапазоне 1-2 мг/л), микроорганизмы будут не в состоянии перерабатывать ("поедать") загрязнения с нормальной скоростью и процесс замедлится. С другой стороны, нагнетание во.здуха требует много энергии. Концентрация растворенного кислорода определяет вид доминирующих организмов и, следовательно, влияет па процесс очистки сточных вод от загрязне1ШЙ.

Кроме того, сточные воды .Moiyr содержать токсичные вещества, способные .затормозить рост некоторых микроорганизмов или даже убить их. С точки зрения управления процессом это означает, что в зависимости от изменения условий работы необходимо выбирать 1ювые виды управляющих воздействий. Поэтому для опрелеления текущего состояния П1)оцесса должны применяться специальные методы оценки.

В главе 3 рассмотрены простые модели для описания динамики биологических систем. ПpoблcU)! организации измерений обсуждаются в главе 4, а в главе 6 - схемы управления.

2.5. Заключение

Для задач управления в режиме реа/!ЬНого времени нельзя применять обычные методы программирования из-за особенностей, присущих этому режиму, в частности;

- система реального времени содержит не одну, а несколько програм.м, каждая из которых отвечает за решение определенной .задачи;

- порядок выполнения операторов программы реального времени нель.зя определить заранее;

- порядок исполнения может быть изменен внентними сигналами (прерываниями).

Цифровая ВТ применяется как для управления последовательностью операций, так и для управления с обратной связью. Во многих системах эти методы используются совместно. Конфигурация аппаратных средств зависит от многих факторов, от количества и вида входных и выходных сигналов технического процесса, количества и типа датчиков и исполнительных .механизмов, динамики процесса и его внутренних связей и алгоритмов регулирования. Управляющая система должна постоянно проверять правильность функционирования технического процесса; в связи с этим особую важность имеет координация отдельных cneHHajm3HpoBaHHbix задач.

Организация обмена данными представляет собой центральную задачу систем управления процессами. Цод этим понимается взаи.модействие между вычислительной системой и физическим процессом, межпрогра.ммпый обмен данными, как локально, так и в распределенной среде, и интерфейс пользователя.

Рекомендации по дальнейшему чтению

Пример с прессом для пластика из ра.здела2.1 взят из [Hassel/Tuvstedt, 1978J, Надежность программного обеспечения - тема статьи [Littlewood/Strigini, 1992]. Авария телефонной сети США в январе 1990 года широко освещалась в прессе, иапри.мер [Newsweek, 1990].

Журналы

Список специализированных журналов, которые заполняют вакуу.м между теорией и практикой управления и автоматизации, гораздо короче, чем хотелось бы.

Журналы Control Engineering и ISA Journal, издавае.мые Instjvment Society oj America, посвящены новы.м разработкам в области автоматического управления-в первую очередь их практическому применению и проблемам эксплуатации. Интересные статьи по промьпнленной авто.матизации можно найти также в Chemical Engineering и HiEE Spectruni. Серьезные научные статьи - хотя иногда слишком абстрактные и теоретизировапные для обычных практических приложений - публикуются в Automatica, НЕЕ Transactions on Systems, Man and Cybernetics, JElii Transactions on Industry Applications, П1ЕЕTransactions on Robotics and Automation! UlEE Transactions on Power Systen-is.

Сушестпуют два хороших немецких журнала - at (Automatisierungstechnik) и atp (Automatisierungstechnische Praxis), выпускаемые и.здательством Oldenbourgs МюН ,4(4ie (Германия).

Описание и моделирование систем

Основные принципы моделирования. Анализ технических процессов с помощью моделей

Обзор

Описание системы - ее модель - содержит концентрированные .знания о физическом/техническом процессе. Модель процесса необходима для того, чтобы управляющая система могла выдавать соответствующие команды на базе собранпых измерений. Модель позволяет оценить, как техническая система будет реагировать на конкретное управляющее воздействие или внешнее возмущение и какое управляющее воздействие необходимо, чтобы достичь определенного состояния системы. Модели необходимы не всегда - для простых задач типа управления заслонкой для наполнения бака жидкостью или включения лампочки при наступлении темноты они просто излишни. Другие задачи управления являются более сложными, и для их решения необходима тщательно разработанная количественная модель. Например, точная модель динамики и траекторий движения обязательна в робототехнике.

Основные принципы динамических моделей сформулированы в ра.зделе 3.1. Существуют два основных способа разработки моделей - на основе физических принципов и па основе экспериментальных данных (ре.зультатов измерений). Некоторые примеры применения этих подходов даны в ра.зделе 3.2, а в разделе 3.3 приведены общие методы описания динамики непрерывных систем - в виде уравнений состояния и в виде отношения вход/выход. Дискретная модель системы - фундамент цифрового управления; основные принципы построения дискретных моделей изложены в разделе 3.4.

Если данные измерений используются в контексте знаний о системе, то можно рассчитать переменные процесса, которые не удается измерить. Процедура расчета или оценки значений переменных состояния есть следствие одной из основных характеристик системы, которая называется наблюдаемостью. Наблюдаемость - это оценка, дает ли имеющийся набор измерений адекватную информацию о системе. Другая характеристика системы - управляемость, которая показывает, достаточно ли параметров системы, на которую мщ-ут влиять исполнительные .механизмы, для управления процессом нужным образом. Наблюдаемость и управляемость рассматриваются в разделе 3.5.

С моделированием процессов всегда связаны некоторые неопределенности; иногда их удается описать, что упрощает ситуацию. В разделе 3.6 рассмотрено описание неопределенностей с использованием статистических терминов и лингвистических выражений (в частности, средствами нечеткой логики).

Общие принципы anajuiaa последовательностных сетей, цгироко используемых в управлении процессами, рассматриваются в разделе 3.7.