Повышение надёжности и безопасности сложных технологических процессов с использованием принципов условной обратной связи

Введение. Системы управления, использующие принцип условной обратной связи (УОВ), были впервые предложены и подробно проанализированы в [1]. Они относятся к числу систем, в которых конструктивно предусмотрена внутренняя номинальная модель управляемого объекта. Благодаря такой архитектуре обеспечивается корректировка управляющего воздействия u, что позволяет снизить влияние вариаций параметров объекта на общее качество управления. В традиционных схемах с внутренней моделью производится сравнение фактического выхода системы y с выходным сигналом модели объекта y, после чего полученное “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 196 Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар рассогласование поступает на вход ошибки  в регулятор. В системах с условной обратной связью (рис. 1) разность между y и y подается непосредственно на вход управляемого объекта. Таким образом, в классической системе с внутренней моделью корректировка осуществляется по сигналу на входе регулятора (), тогда как в системе с УОВ воздействие формируется уже на его выходе (u). Модификация управляющего сигнала u, направляемого к объекту, позволяет компенсировать влияние изменений параметров, а сама процедура реализуется с помощью так называемого формирующего элемента (ФЭ) (рис. 1). [1] Рис. 1. Структурная схема системы управления с УОВ. Цель и задачи исследования. Цель данной работы заключается в проведении комплексного анализа систем управления с условной обратной связью (УОВ) при различных вариантах конфигурации формирующего элемента. В рамках реализации поставленной цели рассматриваются четыре типа управляемых объектов:  статические;  астатические;  неустойчивые;  объекты, имеющие запаздывание в моделирующей их передаточной функции. Такой подход позволяет выявить особенности работы УОВ в зависимости от динамических характеристик объекта, а также оценить влияние структуры формирующего элемента на надежность и качество управления. Теоретические сведения. Системы управления с условной обратной связью (УОВ) могут эффективно применяться для объектов, параметры которых подвержены изменениям в процессе работы. Обязательным условием функционирования таких систем является наличие априорной информации о диапазоне возможных изменений этих параметров. Передаточная функция объекта 𝑊0(𝑠, 𝑞) зависит от заранее известного изменения параметров, обозначенного через 𝑞, где 𝑞∈[𝑞−, 𝑞+] (см. рис. 1). Условная обратная связь формирует корректирующее воздействие 𝑢′на управляющий сигнал 𝑢 в тех случаях, когда возникает отклонение 𝜀′между выходом системы 𝑦′с номинальной моделью объекта 𝑊0 ∗(𝑠) и выходом системы 𝑦 с реальным объектом 𝑊0(𝑠, 𝑞), то есть при 𝑞≠0. Структурная схема, приведённая на рис. 1, может быть эквивалентно преобразована в модифицированную структурную схему, показанную на рис. 2. [2-3] Рис. 2. Эквивалентная структурная схема системы с УОВ. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 197 Информатика и информационно-коммуникационные системы Показано, что для обеспечения высокой эффективности условной обратной связи в компенсации неточностей объекта посредством корректирующего сигнала u∗u^*, решающую роль играет как специфика управляемого объекта, так и конфигурация формирующего элемента (ФЭ), передаточная функция которого F(s), F(s) представлена на рис. 2. В [2] предложена следующая форма моделирующей передаточной функции формирующего элемента (1) 𝐹(𝑠) = − 𝑊𝑅(𝑠,𝑞+)−𝑊𝑅(𝑠) 1+𝑊𝑅(𝑠)𝑊0∗(𝑠) . (1) В (1) используется фиктивная передаточная функция 𝑊𝑅(𝑠, 𝑞+), представляющая собой модель регулятора, настроенного на наиболее неблагоприятный режим сочетания параметров объекта. Другой возможный вариант передаточной функции формирующего элемента имеет вид (2). 𝐹(𝑠) = 𝑓, где 𝑓= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡. (2) В литературе не существует однозначного решения относительно выбора формирующего элемента. Помимо свойств управляемого объекта, успешное применение условной обратной связи зависит также от диапазона изменения параметров объекта. Значительные неточности в его модели требуют введения большего числа степеней свободы при синтезе алгоритма управления [1–4]. Числовые примеры. С целью анализа эффективности системы управления с условной обратной связью при компенсации отклонений параметров объекта рассмотрены типовые модели промышленных объектов управления (см. табл. 1). В таблице приведены передаточные функции регуляторов, оптимизированных для номинального режима работы по заданным критериям качества, а также регуляторов, настроенных для функционирования при наихудшем сочетании параметров объекта. [5-12] Таблица 1 Типовые модели промышленных объектов управления № Модель номинальног о объекта 𝑊0 ∗(𝑠) Модель Смутного объекта 𝑊0(𝑠, 𝑞) Модель номинального регулятора 𝑊𝑅(𝑠) Модель“ Смутного " регулятора 𝑊𝑅(𝑠, 𝑞+) Критерии качества 1. 1 3𝑠+ 1 2 3.2𝑠+ 1 2.3 (3𝑠+ 1) 3𝑠 0.45 (3.2𝑠+ 1) 𝑠 𝜎≈2.3% 𝑡𝑠≈5.2𝑠 2. 1 𝑠(𝑠+ 1) 1 𝑠(𝑠+ 1.2) 3 𝑠+ 1 𝑠 0.35 (𝑠+ 0.68) 𝑠 𝜎≈17% 𝑡𝑠≈8.3𝑠 3. 1 𝑠(𝑠−1) 1.4 𝑠(𝑠−1.1) 215 𝑠+ 0.95 𝑠+ 20 620 (𝑠+ 0.9) (𝑠+ 33) 𝜎≈21% 𝑡𝑠≈8.5𝑠 6.3 (5.4𝑠+ 1)(0.1𝑠+ 1) (0.01𝑠+ 1) 8.5 (10𝑠+ 1)(0.2𝑠+ 1) (0.01𝑠+ 1) 𝜎≈3.2% 𝑡𝑠≈50.5𝑠 4. 1.2𝑒2.1𝑠/(10𝑠 + 1) 1.3𝑒8.3𝑠 /(10.5𝑠 + 1) В табл.2 были рассчитаны аналитические выражения формирующего элемента по (1) и записаны значения 𝑓 из (2). Проведены симуляционные исследования во временной области, результаты которых представлены на рис.3–рис.6. Синтез систем управления с условной обратной связью выполнен на основе рис.1, при этом формирующий элемент рассчитан по формулам (1) и (2). Для анализа качества управления с условной обратной связью были выбраны объекты с различными свойствами — со статическими и астатическими свойствами, с неустойчивой динамикой и наличием запаздывания [13-14]. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 198 Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар Таблица 2 Аналитические выражения формирующего элемента № Формирующий элемент 𝐹(𝑠)и (1) Функциональный элемент 𝐹(𝑠) = 𝑓= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 и (2) 1. 𝐹1(𝑠) = 0.8 𝑠+ 0.8 𝑓1(𝑠) = 0.78 𝑠+ 0.82 2. 𝐹2(𝑠) = 2.9(𝑠+ 1) 𝑠(𝑠+ 1) = 2.9 𝑠 𝑓2(𝑠) = 2.75(𝑠+ 1.05) 𝑠(𝑠+ 1.2) 3. 𝐹3(𝑠) = 1.1 𝑠(𝑠−1) 𝑓3(𝑠) = 1.26 𝑠(𝑠−1.08) 𝐹4(𝑠) = 1.15𝑒−2.0𝑠 (10.5𝑠+ 1) 𝑓4(𝑠) = 1.28𝑒−8.0𝑠 4. (10.2𝑠+ 1) “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 199 Информатика и информационно-коммуникационные системы Рис.3. Система управления с условной обратной связью и статическим объектом, №1. Рис.4. Система управления с условной обратной связью и астатическим объектом, №2. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 200 Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 201 Информатика и информационно-коммуникационные системы Рис.5. Система управления с условной обратной связью и неустойчивым объектом, №3. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 202 Информатика ва ахборот-коммуникацион тизимлар Рис.6. Система управления с условной обратной связью и объектом с запаздыванием. Заключение. Проведённые исследования позволили сформулировать следующие научно обоснованные выводы: Системы управления с условной обратной связью (УОВ) показали высокую эффективность при управлении объектами с статическими характеристиками. Конфигурирование функционального элемента (ФЭ) в виде простого коэффициента обеспечивает нечувствительность системы к значительным изменениям параметров управляемого объекта, что создаёт условия для поддержания высокой устойчивости и надёжности технологического процесса. При управлении астатическими объектами применение УОВ-систем приводит к ограничению управляющего сигнала (сигналное насыщение) и переходу системы в режим работы с открытым контуром. Это существенно снижает эффективность управления и требует дополнительных мер для предотвращения подобных режимов. Для неустойчивых объектов использование УОВ-систем оказалось нецелесообразным. Теоретически, при достаточно больших значениях коэффициента ФЭ возможен переход системы в условно устойчивый режим. Однако данный факт не может быть принят как универсальная рекомендация, так как стабильность функционирования системы не гарантируется. В случае объектов с запаздыванием применение УОВ-систем также не обеспечивает положительных результатов. Выходной сигнал не приближается к номинальному значению, а нечувствительность системы не достигается, что делает такие схемы малопригодными для практического использования. Установлено, что знак (полярность) коэффициента ФЭ не оказывает влияния на динамические характеристики системы и показатели качества управления. Литература 1. Юсупбеков. Н.Р, Алиев.Р.А, Алиев.Р.Р, Юсупбеков.А.Н, Интеллектуальные системы управления и принятия решений. Государственное научное издательство «Ўзбекистон миллий энциклопедияси», Ташкент, 2014 – 490 с. 2. YusupbekovN.R., Marakhimov, A.R.IgamberdievH.Z., UmarovSh.X.An Adaptive Fuzzy-Logic Traffic Control System in Conditions of Saturated Transport Stream // Scientific World Journal 2016,6719459. DOI: 10.1155/2016/6719459. 3. Yusupbekov A.N., Kh.S.Turaev., Intellectual Decision-Making Support System, International Conference on 4. Intelligent Systems for Industrial Automation, WCIS-2020,Tashkent, Uzbekistan, November 26– 28, 389-393 р. 5. Афанасьев В. Н., Бобылев Ю. И. Надёжность автоматических систем управления. – М.: Энергия, 2019. – 320 с. “Фан ва технологиялар тараққиёти” Илмий–техникавий журнал №6/2025 203 Информатика и информационно-коммуникационные системы 6. Воронов А. А., Кириллов В. В. Теория автоматического управления. — М.: Академия, 2021. – 480 с. 7. Костромин В. А. Методы повышения надёжности автоматизированных систем управления технологическими процессами. – СПб.: Политехпресс, 2020. – 276 с. 8. Гончаров В. В., Кузнецов Н. П. Надёжность и диагностика технических систем и автоматизированных комплексов. – М.: Машиностроение, 2018. – 344 с. 9. Морозов В. И. Обратные связи и устойчивость нелинейных систем управления. – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2020. – 290 с. 10. Пономарёв С.А. Информационно-измерительные системы и условная обратная связь. – Новосибирск: НГТУ, 2021. – 215 с. 11. Романовский Ю.М. Теория надёжности и безопасность систем управления. – М.: Радио и связь, 2019. – 356 с. 12. Суслов Г.В. Математическое моделирование и анализ устойчивости сложных динамических систем. – М.: Наука, 2018. – 400 с. 13. Соловьёв В.А. Интеллектуальные системы управления и принципы условной обратной связи. – СПб.: БХВ-Петербург, 2022. – 288 с. 14. Голубев Ю.Ф., Ширшов В.Н. Автоматизация технологических процессов. Часть 2: Надёжность и безопасность систем. – М.: Инфра-М, 2021. – 372 с. Тураев Хуршид Салим угли – доцент кафедры “Aвтоматизации и управления технологическими процессами” Ташкентского государственного технического университета. Тел:+998-90-325-85-55; E-mail: xturayev@mail.ru, УДК 621.311.243:317.11 INTELEKTUAL QURILMALARNING INTERNET TARMOG‘I (INTERNET OF THINGS) GA ASOSLANGAN OZIQ - OVQAT ISHLAB CHIQARISH VA QAYTA ISHLASH KORXONALARINING UMUMIY MODELINI ISHLAB CHIQISH Sobirov M.N. Farg‘ona davlat texnika universiteti. Annotatsiya. Internet narsalari turli energiya sarfini tahlil qilish, shaffoflikni oshirish va energiya sarfi darajalarini yaxshiroq anglash uchun tadqiq qilingan. Ushbu maqolada oziq-ovqat ishlab chiqarish va qayta ishlash korxonalarida real vaqt ma’lumotlarini yig‘ish orqali energiya samaradorligini oshirish uchun tahlil va tavsiyalar taqdim etiladi. Oziq-ovqat qayta ishlash va ishlab chiqarish korxonalaridagi ichimliklar zavodi misolida, mahsulot energiya modeliga asoslangan IoT texnologiyalarini qo‘llab-quvvatlovchi sensor texnologiyasini joriy etish orqali energiya iste’molini kamaytirish choralari ishlab chiqilgan. Kalit so‘zlar: oziq-ovqat ishlab chiqarish, energiya samaradorligi, energiya tejash, real vaqt, aqlli qurilmalar, samarali yoritish yechimlari, isitish va sovutish, energiya tejash, mahsulot birligi boshiga energiya sarfi, uskunalar ishlash samaradorligini oshirish, chiqindilarni kamaytirish. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МОДЕЛИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ПЕРЕРАБОТКЕ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕРНЕТА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ (INTERNET OF THINGS) Собиров М.Н. Ферганский государственный технический университет. Аннотация. Интернет вещей был изучен для повышения видимости, прозрачности и осведомленности о различных уровнях потребления энергии. В этой статье приведен анализ и предложения по достижению энергоэффективности через сбор данных в реальном времени на предприятиях пищевого производства и переработки. Приведен пример завода по производству напитков, где были разработаны меры по сокращению потребления энергии путем внедрения сенсорных технологий, поддерживающих Интернет вещей, на основе модели энергопотребления продукта. Ключевые слова: пищевое производство, энергоэффективность, энергосбережение, реальное время, интеллектуальные устройства, эффективные решения по освещению, отопление и охлаждение, энергосбережение, энергия на единицу продукции, улучшение эффективности использования оборудования, сокращение отходов. “Развитие науки и технологий” Научно–технический журнал №6/2025 204