RU2012065C1 - Simulator for operator of manufacturing process control systems - Google Patents
Simulator for operator of manufacturing process control systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2012065C1 RU2012065C1 SU4917947A RU2012065C1 RU 2012065 C1 RU2012065 C1 RU 2012065C1 SU 4917947 A SU4917947 A SU 4917947A RU 2012065 C1 RU2012065 C1 RU 2012065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- control
- unit
- block
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к техническим средствам обучения и может быть использовано для начального обучения, повышения квалификации и тренировки операторов систем управления технологическими процессами. The invention relates to technical training aids and can be used for initial training, advanced training and training of operators of process control systems.
Известен тренажер оператора систем управления технологическими процессами, содержащий пульт преподавателя, подключенный через коммутатор к пультам обучаемых, блоки моделирования реальных процессов, блоки задания возмущений, соединенные с пультом преподавателя и блоками моделирования реальных процессов, блоки анализа процесса, блоки анализа управляющих воздействий обучаемых, блоки отображения информации, подключенные к соответствующим пультам обучаемых, блокам анализа процесса и управляющих воздействий обучаемых (авт. св. СССР N 629544, кл. G 09 В 9/00, 11.08.76). A known simulator of an operator of technological process control systems, comprising a teacher’s console connected to trainees’s panels, simulation units for real processes, perturbation task units connected to the teacher’s console and simulation units for real processes, process analysis blocks, analysis blocks for the control actions of students, display units information connected to the corresponding trainees' panels, process analysis blocks and control actions of the trainees (ed. St. USSR N 62954 4, CL G 09 B 9/00, 11.08.76).
Недостаток известного тренажера заключается в низком качестве обучения вследствие ограниченных возможностей моделирования, так как построение и реализация адекватных математических моделей технологических процессов во всем диапазоне варьирования управляющих и возмующающих воздействий является сложной, а зачастую, и нереализуемой задаей. Применение неадекватных моделей приводит к низкому качеству моделирования и, как следствие, низкому качеству обучения. Кроме того, в известном тренажере не предусмотрена возможность обучения на реальных типовых ситуациях, представленных натурными данными. A disadvantage of the known simulator is the low quality of training due to the limited modeling capabilities, since the construction and implementation of adequate mathematical models of technological processes in the entire range of variation of control and disturbing influences is a difficult and often unrealizable task. The use of inadequate models leads to a low quality of modeling and, as a consequence, low quality of training. In addition, the well-known simulator does not provide for the possibility of training in real typical situations represented by field data.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тренажер оператора систем управления технологическими процессами (авт. св. СССР N 1208571, кл. G 09 В 9/00, 01.12.83), содержащий пульт преподавателя, последовательно соединенные пульт обучаемого, первый блок сравнения, первый ключ, первую модель канала регулирования, первый сумматор и второй блок сравнения, последовательно соединенные блок задания возмущений, третий блок сравнения, второй дополнительный ключ, модель канала преобразования возмущений, последовательно соединенные первый и второй переключатели, блок отображения информации, блоки запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходов, причем пульт преподавателя соединен выходами с входами пульта обучаемого, первого ключа, блока задания возмущений, блоков запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходов, второго дополнительного ключа, первого и второго переключателей, выходы пульта обучаемого соединены с входом второго переключателя, выходы блоков запоминания натурных управлений, возмущений и выходов соединены с входами второго переключателя, к котторому подсоединен выход второго блока сравнения, второй вход первого блока сравнения соединен с выходом блока запоминания натурных управлений, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом блока запоминания натурных выходов, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом блока запоминания натурных возмущений, выход модели канала преобразования возмущений соединен с входом первого сумматора, выходы второго переключателя соединены с входами блока отображения информации. The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a simulator of an operator of technological process control systems (ed. St. USSR N 1208571, class G 09 B 9/00, 12/01/83), containing a teacher’s console, connected to the student’s console in series, the first comparison unit, first key, first model of the control channel, first adder and second comparison unit, series-connected perturbation unit, third comparison unit, second additional key, model of the perturbation conversion channel, properly connected first and second switches, an information display unit, storage units for full-scale controls, disturbances, tasks and exits, and the teacher’s console is connected to the inputs of the trainee’s console, the first key, disturbance assignment blocks, storage blocks for full-scale controls, disturbances, tasks and outputs, the second additional key, the first and second switches, the outputs of the trainee’s console are connected to the input of the second switch, the outputs of the storage units for field controls, disturbances, and outputs with are dined with the inputs of the second switch, to which the output of the second comparison unit is connected, the second input of the first comparison unit is connected to the output of the storage unit for full-scale controls, the second input of the second comparison unit is connected to the output of the storage unit for full-scale outputs, the second input of the third comparison unit is connected to the output of the storage unit full-scale disturbances, the output of the channel model of the transformation of disturbances is connected to the input of the first adder, the outputs of the second switch are connected to the inputs of the information display unit.
Недостаток известного тренажера заключается в его ограниченных функциональных возможностях. Это связано с тем, что обучение осуществляется при натурных значениях управлений, заданий и выходов, отражающих, как правило, режимы нормального функционирования технологического процесса или близкие к ним режимы, тогда как очевидна необходимость обучения операторов в режимах технологии, имитирующих разнообразные аварийные или предаварийные ситуации. Другой недостаток заключается в низкой эффективности обучения, что связано со сложностью получения объективной оценки качества управления и обучения. Для получения такой оценки необходимо иметь некоторые базовые (образцовые) решения, относительно которых следует оценивать качество работы обучаемых операторов. Натурные данные в общем случае не могут служить объективной основой для оценки качества управления и обучения, так как даже предварительно отобранные "хорошие" натурные данные могут являться результатом деятельности не только операторов-производственников, но и взаимодействующих с ними автоматизированных систем управления, реализующих сложные алгоритмы управления, для оценки качества работы которых требуются специальные эксперименты или моделирующие контуры на действующем объекте. A disadvantage of the known simulator is its limited functionality. This is due to the fact that training is carried out at full-scale values of controls, tasks and exits, which, as a rule, reflect the modes of normal operation of the technological process or similar modes, while the need for training operators in technology modes that simulate a variety of emergency or pre-emergency situations is obvious. Another disadvantage is the low effectiveness of training, which is associated with the difficulty of obtaining an objective assessment of the quality of management and training. To obtain such an assessment, it is necessary to have some basic (exemplary) decisions regarding which the quality of work of trained operators should be evaluated. Field data in general cannot serve as an objective basis for assessing the quality of management and training, since even pre-selected "good" field data can be the result of the activities of not only production operators, but also automated control systems interacting with them that implement complex control algorithms , to assess the quality of work which requires special experiments or modeling contours at the existing facility.
Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности обучения. The purpose of the invention is the expansion of functionality and increase the effectiveness of training.
Цель достигается тем, что в тренажер содержащий пульт преподавателя, пульт обучаемого, первый ключ, первый блок сравнения, последовательно соединенные первую модель канала регулирования, первый сумматор и второй блок сравнения, последовательно соединенные блок задания возмущений, третий блок сравнения, второй ключ и модель канала преобразования возмущений, также содержащий переключатель видов возмущений, блок отображения информации, блоки запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходов, причем пульт преподавателя первым, вторым, третьим, четвертым и пятым выходами соединен соответственно с входом пульта обучаемого, с первым входом первого ключа, вторым входом второго клюач, входом блока задания возмущений и первым входом переключателя видов возмущений, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом блока запоминания натурных возмущений, выход модели канала преобразования возмущений соединен с вторым входом первого сумматора, введены генераторы ошибок реализации управления и ошибок измерения выходов, блок изменения заданий, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, вторая и третья модели каналов регулирования, четвертый и пятый блоки сравнения, первый и второй блоки оценки эффективности, третий, четвертый, пятый и шестой ключи и образцовая управляющая система, при этом генератор ошибок реализации управлений через вторую модель канала регулирования соединен с первым входом четвертого сумматора, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом генератора ошибок измерения выходов и выходом блока запоминания натурных выходов, выход блока изменения заданий соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока запоминания натурных заданий, выход генератора ошибок реализации управлений соединен также с первым входом второго сумматора, с вторым входом которого соединен выход блока запоминания натурных управлений, входы блоков натурных управлений, натурных возмущений, натурных заданий и натурных выходов соединены через шестой ключ с шестым выходом пульта преподавателя, пульт обучаемого через второй вход первого ключа соединен с первым входом первого блока сравнения, с вторым входом которого соединен выход второго сумматора, выход первого блока сравнения соединен с входом первой модели канала регулирования, образцовая управляющая система через первый вход пятого блока сравнения, третью модель канала регулирования и первый вход пятого сумматора соединена с первым входом четвертого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, выход четвертого блока сравнения соединен с первыми входами образцовой управляющей системы, пятого ключа, первого блока оценки эффективности и четвертого ключа, второй вход второго блока сравнения соединен с выходом четвертого сумматора, а выход второго блока сравнения соединен с вторым входом пятого ключа, второй вход пятого сумматора соединен с выходом модели канала преобразования возмущений, выход образцовой управляющей системы также соединен с третьим входом пятого ключа, вторыми входами первого блока оценки эффективности и четвертого ключа, второй вход пятого блока сравнения соединен с выходом второго сумматора, выход третьего сумматора соединен с вторым входом образцовой управляющей системы и с первым входом блока отображения информации, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами четвертого ключа, четвертый и пятый входы блока отображения информации соединены соответственно с выходом первого блока оценки эффективности и с седьмым выходом пульта преподавателя, восьмой выход которого соединен с третьим входом образцовой управляющей системы, шестой вход блока отображения информации соединен с выходом переключателя видов возмущений, который соединен также с четвертым входом образцовой управляющей системы, седьмой вход блока отображения информации соединен с выходом первого ключа, который соединен также с первым входом второго блока оценки эффективности, выход которого соединен с восьмым входом блока отображения информации, девятый вход блока отображения информации соединен с первым выходом пятого ключа, который соединен также с вторым входом второго блока оценки эффективности, третий и четвертый входы которого соединены с вторым и третьим выходами пятого ключа, десятый и одиннадцатый входы блока отображения информации соединены с первым и вторым выходами третьего ключа, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно второго и четвертого сумматоров, второй и третий входы переключателя видов возмущений соединены соответственно с выходом блока задания возмущений и выходом блока запоминания натурных возмущений, третий и четвертый входы первого блока оценки эффективности соединены с выходами второго и четвертого сумматоров, седьмой выход пульта преподавателя соединен также с четвертым входом образцовой управляющей системы, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый и четырнадцатый выходы пульта преподавателя соединены соответственно с входами генератора ошибок реализации управлений, блока изменения задания, генертатора ошибок измерения выходов, с третьими входами третьего и четвертого ключей и четвертым входом пятого ключа. The goal is achieved in that in the simulator containing the teacher’s panel, student’s panel, first key, first comparison unit, series-connected first model of the control channel, first adder and second comparison unit, series-connected perturbation task unit, third comparison unit, second key and channel model transformations of perturbations, also containing a switch of types of perturbations, an information display unit, storage units for field controls, perturbations, tasks and outputs, and the teacher’s console is the first m, the second, third, fourth and fifth outputs are connected respectively to the input of the student’s console, with the first input of the first key, the second input of the second key, the input of the perturbation unit and the first input of the perturbation type switch, the second input of the third comparison unit is connected to the output of the full-scale memory unit of disturbances, the output of the channel model of the transformation of disturbances is connected to the second input of the first adder, introduced generators of errors in the implementation of control and measurement errors of the outputs, the unit for changing tasks, the second, third, the fourth and fifth adders, the second and third models of control channels, the fourth and fifth comparison blocks, the first and second blocks of performance evaluation, the third, fourth, fifth and sixth keys and an exemplary control system, while the error generator for implementing controls through the second model of the control channel is connected with the first input of the fourth adder, the second and third inputs of which are connected respectively with the output of the error generator for measuring the outputs and the output of the storage unit for full-scale outputs, the output of the unit for changing the task th is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the unit for storing full-scale tasks, the output of the error generator of control implementations is also connected to the first input of the second adder, with the second input of which is connected the output of the unit for storing full-scale controls, inputs of the blocks of full-scale controls, full-scale disturbances , full-time tasks and full-scale outputs are connected through the sixth key to the sixth output of the teacher’s remote control, the student’s remote control is connected to the first input of the first a comparison latch, with the second input of which the output of the second adder is connected, the output of the first comparison unit is connected to the input of the first model of the control channel, an exemplary control system is connected through the first input of the fifth comparison unit, the third model of the control channel, and the first input of the fifth adder is connected to the first input of the fourth comparison unit , the second input of which is connected to the output of the fourth adder, the output of the fourth comparison unit is connected to the first inputs of the exemplary control system, the fifth key, the first evaluation unit and efficiency and the fourth key, the second input of the second comparison unit is connected to the output of the fourth adder, and the output of the second comparison unit is connected to the second input of the fifth key, the second input of the fifth adder is connected to the output of the disturbance conversion channel model, the output of the exemplary control system is also connected to the third input of the fifth key, by the second inputs of the first block for evaluating the effectiveness and the fourth key, the second input of the fifth block of comparison is connected to the output of the second adder, the output of the third adder is connected to the second the first input of the exemplary control system and with the first input of the information display unit, the second and third inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the fourth key, the fourth and fifth inputs of the information display unit are connected respectively to the output of the first efficiency assessment unit and to the seventh output of the teacher's console, the eighth output of which is connected to the third input of the exemplary control system, the sixth input of the information display unit is connected to the output of the perturbation mode switch, which also connected to the fourth input of the exemplary control system, the seventh input of the information display unit is connected to the output of the first key, which is also connected to the first input of the second efficiency evaluation unit, the output of which is connected to the eighth input of the information display unit, the ninth input of the information display unit is connected to the first output the fifth key, which is also connected to the second input of the second block of performance evaluation, the third and fourth inputs of which are connected to the second and third outputs of the fifth key, the tenth the eleventh inputs of the information display unit are connected to the first and second outputs of the third key, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the second and fourth adders respectively, the second and third inputs of the perturbation type switch are connected respectively to the output of the perturbation task unit and the output of the storage unit for perturbations, third and the fourth inputs of the first block of performance evaluation are connected to the outputs of the second and fourth adders, the seventh output of the teacher’s console is also connected to four the first input of the exemplary control system, the ninth, tenth, eleventh, twelfth, thirteenth and fourteenth outputs of the teacher's console are connected respectively to the inputs of the control implementation error generator, the task change unit, the output measurement error generator, the third inputs of the third and fourth keys and the fourth input of the fifth key .
С введением образцовой управляющей системы, первого и второго блоков оценки эффективности, блока изменения заданий, генераторов ошибок управлений и ошибок измерения выходов, второй и третьей моделей каналов регулирования, второго, третьего, четвертого и пятого сумматоров, четвертого и пятого блоков сравнения, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей предлагаемый тренажер оператора приобретает существенно новые (по сравнению с известными тренажерами для обучения путем моделирования операторов систем управления) свойства, а именно позволяет осуществлять обучение операторов в сопоставлении с нормативными решениями, вырабатываемыми образцовой управляющей системой, что обеспечивает эффективное усвоение алгоритмов функционирования образцовой управляющей системы и способствует быстрому и качественному формированию навыков управления технологическими процессами. Кроме того, введение блоков изменения заданий, генераторов ошибок управлений и ошибок измерения выходов с соответствующими моделями, сумматорами и блоками сравнения обеспечивает более широкие возможности обучения за счет воспроизведения путем моделирования режимов, отличающихся от натурных-аварийных, с имитацией разнообразных ошибок управления и контроля, а также режимов с новыми технологическими заданиями на выходные переменные. При этом возможно качественное изменение содержания процесса обучения за счет введения таких дополнительных осваиваемых функций, как, например, выделение полезных составляющих выходных переменных на фоне высокочастотных ошибок их измерения. With the introduction of an exemplary control system, the first and second units for evaluating the effectiveness, the unit for changing tasks, the generators of control errors and measurement errors for the outputs, the second and third models of control channels, the second, third, fourth and fifth adders, the fourth and fifth comparison units, the third, fourth , of the fifth and sixth keys, the proposed operator simulator acquires substantially new properties (in comparison with the known simulators for training by modeling the operators of control systems), namely It allows operators to be trained in comparison with regulatory solutions developed by the exemplary control system, which ensures the efficient mastering of the functioning algorithms of the exemplary control system and contributes to the rapid and high-quality formation of process control skills. In addition, the introduction of task change blocks, control error generators and output measurement errors with the corresponding models, adders and comparison blocks provides more training opportunities through reproduction by modeling modes different from full-scale emergency ones with a simulation of various control and monitoring errors, and also modes with new technological tasks for output variables. In this case, a qualitative change in the content of the learning process is possible due to the introduction of such additional mastered functions as, for example, highlighting the useful components of the output variables against the background of high-frequency measurement errors.
На основании этого считают, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия", так как отличительные от прототипа и аналогов признаки, известные в технике, проявляют в предлагаемом решении новые свойства, а именно обеспечивают повышение эффективности обучения, т. е. сокращение сроков обучения и повышение его качества, а также расширение возможностей процесса обучения за счет модельного воспроизведения режимов технологии, отличающихся от натурных, введения новых функций по управлению для освоения их обучаемыми. Based on this, it is believed that the proposed technical solution meets the criterion of the invention "significant differences", as distinctive features from the prototype and analogues, known in the art, exhibit new properties in the proposed solution, namely, they provide increased learning efficiency, that is, reduced time training and improving its quality, as well as expanding the capabilities of the learning process through model reproduction of technology modes that differ from full-scale ones, the introduction of new management functions for oeniya their trainees.
На фиг. 1 изображена структурная схема тренажера оператора систем управления технологическими процессами; на фиг. 2 и 3 - структурные схемы первого и второго блоков оценки эффективности; на фиг. 4 - структурная схема образцовой управляющей системы; на фиг. 5 - схема переключателя видов возмущений; на фиг. 6 - схема третьего ключа. In FIG. 1 shows a block diagram of a simulator operator of process control systems; in FIG. 2 and 3 are structural diagrams of the first and second blocks of performance evaluation; in FIG. 4 is a block diagram of an exemplary control system; in FIG. 5 is a diagram of a switch of types of disturbances; in FIG. 6 is a diagram of a third key.
Тренажер оператора систем управления технологическими процессами содержит (фиг. 1) блок 1 запоминания натурных управлений, блок 2 запоминания натурных возмущений, блок 3 запоминания натурных заданий, блок 4 запоминания натурных выходов, пульт 5 обучаемого, пульт 6 предподавателя, генератор 7 ошибок реализации управлений, генератор 8 ошибок измерения выходов, блок 9 изменения заданий, блок 10 задания возмущений, первую 11, вторую 12 и третью 13 модели каналов регулирования, модель 14 канала преобразования возмущений, первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 и пятый 19 сумматоры, первый 20, второй 21, третий 22, четвертый 23 и пятый 24 блоки сравнения, первый 25 и второй 26 блоки оценки эффективности, блок 27 отображения информации, переключатель 28 видов возмущений, первый 29, второй 30, третий 31, четвертый 32, пятый 33 и шестой 34 ключи, образцовую управляющую систему 35. The simulator of the operator of the process control systems contains (Fig. 1) a unit 1 for storing field controls, a unit 2 for storing field perturbations, a unit 3 for storing field tasks, a unit 4 for storing field outputs, a student 5, a teacher 6 console, a control implementation error generator 7, generator 8 of error in measuring the outputs, block 9 for changing tasks, block 10 for setting disturbances, first 11, second 12, and third 13 models of control channels, model 14 of the channel for transforming disturbances, first 15, second 16, third 17, Thursday the first 18 and fifth 19 adders, the first 20, the second 21, the third 22, the fourth 23 and the fifth 24 blocks of comparison, the first 25 and second 26 blocks of the evaluation of effectiveness, block 27 display information, switch 28 types of disturbances, the first 29, second 30, third 31, fourth 32, fifth 33 and sixth 34 keys,
Первый блок 25 оценки эффективности состоит (фиг. 2) из шестого 36 и седьмого 37 блоков сравнения, первого 38 и второго 39 квадраторов, первого 40 и второго 41 интеграторов, первого 42 и второго 43 масштабирующих блоков, шестого сумматора 44. The
Второй блок 26 оценки эффективности состоит (фиг. 3) из восьмого 45 и девятого 46 блоков сравнения, третьего 47 и четвертого 48 квадраторов, третьего 49 и четвертого 50 интеграторов, третьего 51 и четвертого 52 масштабирующих блоков, шестого сумматора 53. The
Образцовая управляющая система 35 состоит (фиг. 4) из десятого 54 и одиннадцатого 55 блоков сравнения, регулятора 56 по возмущению, регулятора 57 обратной связи, седьмого сумматора 58, переключателя 59. The
Блоки 1,2, 3 и 4 запоминания натурных управлений, возмущений, заданий и выходов, генератор 7 ошибок реализации управлений, генератор 8 ошибок измерения выходов и блок 10 задания возмущений могут быть реализованы, например, на базе запоминающих устройств на магнитной ленте (магнитофонов). Блок 9 изменения заданий реализован может быть в виде, например, ручного дистанционного задатчика, применяемого в системах автоматики. Пульт 5 обучаемого содержит, например, такой же, как и в блоке 9, ручной дистанционный задатчик и световое табло индикации режима работы с двумя надписями "Режим пассивного обучения" и "Режим активного обучения". Пульт 6 преподавателя содержит органы управления переключателем 28, ключами 29-33, световым табло на пульте обучаемого. Эти органы управления могут быть выполнены, например, в виде кнопок или ключей включения-выключения реле, контакты которых выполняют функции переключателей или ключей. Кроме того, пульт 6 преподавателя содержит ручной дистанционный задатчик, аналогичный рассмотренным выше и предназначенный для ввода опорных значений возмущений в образцовую управляющую систему 35. С пульта 6 осуществляется также управление переключателем 59 системы 35. Переключатель 59 встроен в систему 35, которая может располагаться в пределах досягаемости преподавателя, работающего за пультом 6. Blocks 1,2, 3 and 4 of storing field controls, disturbances, tasks and outputs, a generator 7 of errors in the implementation of controls, a generator of 8 errors in measuring the outputs and a block of 10 settings for disturbances can be implemented, for example, on the basis of memory devices on magnetic tape (tape recorders) . Unit 9 changes tasks can be implemented in the form of, for example, a manual remote master used in automation systems. The student’s remote control 5 contains, for example, the same as in block 9, a manual remote control and a light board indicating the operation mode with two inscriptions “Passive learning mode” and “Active learning mode”. The teacher’s console 6 contains the controls for the
Образцовая управляющая система 35 реализована по типу комбинированной управляющей системы, выполняющей совместно регулирование по возмущению и по обратной связи (см. Цыпкин Я. З. Основы теории автоматических систем. М. : Наука, 1977, с. 80, рис. 6.5), дополненной переключателем 59 выбора режимов работы (регулирования) образцовой управляющей системы. Техническая реализация образцовой управляющей системы может быть выполнена, например, согласно схеме регулятора по авт. св. СССР N 815713, кл. G 05 В 13/02, 12.01.79. Один из частных вариантов реализации образцовой управляющей системы 35 рассмотрен ниже при описании работы тренажера. The
Переключатели и ключи, входящие в состав тренажера, обеспечивают взаимодействие блоков тренажера в различных режимах обучения и моделирования. Переключатель 28 вида возмущений (фиг. 5) имеет два рабочих положения (I и II). Положение I соответствует режиму моделирования с натурными возмущениями, когда на вход образцовой управляющей системы 35 и на вход блока 27 отображнеия информации поступают через этот переключатель натурные возмущения из блока 2 запоминания натурных возмущений. Положение II соответствует режиму моделирования с возмущениями произвольного вида (натурно-модельными), которые вводятся в моделирующую схему (и через переключатель 28 в блоки 35 и 27) из блока 10 задания возмущений. The switches and keys that make up the simulator provide interaction between the simulator blocks in various training and simulation modes. The
Первый ключ 29 предназначен для отключения пульта 5 обучаемого от входов моделирующей схемы в режиме пассивного обучения. Шестой ключ 34 предназначен для синхронного запуска блоков запоминания натурных управлений 1, натурных возмущений 2, натурных заданий 3 и натурных выходов 4 по команде с пульта 6 преподавателя. Третий ключ 31 (фиг. 6) предназначен для подключения натурных или измененных (натурно-модельных) управлений и выходов к блоку 27 оттображения информации. Четвертый ключ 32 предназначен для подключения управляющих воздействий образцовой управляющей системы 35 и соответствующих им модельных образцовых выходов объекта управления из блока 23 к входу блока 27 отображения информации. Пятый ключ 33 предназначен для подключения выходов блоков 21, 23, 35 к второму блоку 26 оценки эффективнотсти, где оценивается качество регулирования обучаемого, и выхода блока 21 дополнительно к входу блока 27 отображения информации. The first key 29 is designed to disconnect the remote control 5 of the learner from the inputs of the modeling circuit in the passive learning mode. The sixth key 34 is designed to synchronously start the memory blocks for full-scale controls 1, full-scale disturbances 2, full-scale tasks 3 and full-scale outputs 4 on command from the teacher’s remote control 6. The third key 31 (Fig. 6) is designed to connect full-scale or modified (full-scale) controls and outputs to the information display unit 27. The fourth key 32 is designed to connect the control actions of the
Ключи 29-34 могут быть реализованы в виде нормально разомкнутых контактов электрических реле, которые включаются с пульта 6 преподавателя. Переключатель 28 может быть реализован в виде, например, поляризованного реле, также управляемого с пульта преподавателя. Keys 29-34 can be implemented in the form of normally open contacts of electrical relays, which are turned on from the remote control 6 of the teacher. The
Переключатель 59 образцовой управляющей системы 35 представляет собой галетный переключатель (фиг. 4) с двумя группами контактов (К1 и К2) на каждом поле. Каждая контактная группа имеет по три контакта, обозначенные К1-1, К1-2, К1-3 и К2-1, К2-2, К2-3 соответственно для первой (К1) и второй (К2) групп. Переключатель 59 позволяет организовать три режима работы системы 35: при замыкании контактов К1-1, К2-1 - регулирование по возмущению, при замыкании контактов К1-2, К2-2 - регулирование по обратной связи, при замыкании контактов К1-3, К2-3 - комбинированное регулирование. Переключатель 59 переключается в требуемое положение преподавателем вручную и позволяет демонстрировать обучаемому за счет изменения схемы подключения регуляторов 56 и 57 эффективность различных принципов регулирования. The switch 59 of the
Первая 11, вторая 12 и третья 13 модели каналов регулирования реализованы каждая в виде, например, последовательного соединения блока сравнения, интегратора и звена задержки, причем выход интегратора соединен также с вторым входом блока сравнения, т. е. в виде инерционного звена первого порядка с запаздыванием с передаточной функцией вида
φи(p)= , (1) где ku, Т и τ - коэффициент передачи по каналу управление - выход, постоянные времени инерции и запаздывания.The first 11, second 12 and third 13 models of control channels are implemented each in the form of, for example, a serial connection of the comparison unit, integrator and delay link, and the output of the integrator is also connected to the second input of the comparison unit, i.e., in the form of a first-order inertial link with delay with the transfer function of the form
φ and (p) = , (1) where k u , Т and τ are the transmission coefficient for the control - output channel, the inertia and delay time constants.
Модель 14 канала преобразования возмущений реализована, например, в виде пропорционального звена с передаточной функцией вида
φω(p)= kω, (2) где kω - коэффициент передачи по каналу возмущение - выход.The perturbation transformation channel model 14 is implemented, for example, in the form of a proportional link with a transfer function of the form
φ ω (p) = k ω , (2) where k ω is the transmission coefficient of the channel perturbation - output.
Модели каналов регулирования, модель канала преобразования возмущений, сумматоры, блоки сравнения, интеграторы, масштабирующие блоки могут быть реализованы, например, на базе стандартных операционных элементов аналоговой вычислительной техники (см. Тетельбаум И. М. , Шнейдер Ю. Р. Практика аналогового моделирования динамических систем. : Справочное пособие. - М. : Энергоатомиздат, 1987, с. 22, табл. В. 3; с. 74; табл. 1.3; с. 107, раздел 1.8). Models of control channels, a model of a perturbation transformation channel, adders, comparison blocks, integrators, scaling blocks can be implemented, for example, on the basis of standard operating elements of analog computing equipment (see Tetelbaum I.M., Shneider Yu.R. Practice of analog simulation of dynamic systems.: Reference manual. - M.: Energoatomizdat, 1987, p. 22, table B. 3; p. 74; table 1.3; p. 107, section 1.8).
Квадраторы могут быть реализованы, например, в виде схемы на с. 124, рис. 2.7 (см. предыдущую книгу). Quadrators can be implemented, for example, in the form of a circuit on p. 124, fig. 2.7 (see previous book).
Блок 27 отображения информации реализован, например, в виде графического дисплея, одного или нескольких многоточечных самопишущих приборов или группы одноточечных регистрирующих приборов по числу контролируемых и отображаемых параметров (см. Андреев А. А. Автоматические показывающие, самопишущие и регулирующие приборы. М. : Машиностроение, 1973, с. 125, рис. 37). The information display unit 27 is implemented, for example, in the form of a graphic display, one or more multi-point recording devices or a group of single-point recording devices according to the number of monitored and displayed parameters (see A. Andreev A. Automatic indicating, recording and regulating devices. M.: Mechanical Engineering , 1973, p. 125, Fig. 37).
Устройство тренажера обеспечивает параллельное функционирование двух модельно-замкнутых управляющих систем: обучаемого, действующего через пульт 5 обучаемого, и образцовой управляющей системы 35. Управляющие воздействия обучаемого замыкаются через первую модель 11, управляющие воздействия образцовой управляющей системы 35 замыкаются через модель 13. The simulator device provides the parallel operation of two model-closed control systems: the learner, acting through the learner's console 5, and the
Образцовая управляющая система 35 в зависимости от задачи обучения может работать в режиме комбинированного регулирования, в режиме регулирования по обратной связи, в режиме регулирования по возмущению. Требуемый режим выбирается переключателем 59. An
Тренажер обеспечивает возможность реализации различных режимов моделирования. The simulator provides the ability to implement various modeling modes.
Моделирование при натурных возмущениях ω, управлениях U, заданиях y* и выходах y. Переключатель 28 установлен в положение I. На блок 27 отображения информации, в образцовую управляющую систему 35, на входы блоков 20, 21, 23 и 24 сравнения поступают без изменения данные из блоков 1,2,3 и 4. Генераторы 7 и 8 выключены. Блок 9 изменения заданий установлен в среднее (нулевой выход) положение. Вход модели 14 отключен от источников 2 и 10 возмущений вторым ключом 30.Simulation with full-scale disturbances ω, controls U, tasks y * and outputs y. The
Моделирование при заданных возмущениях ω*. Переключатель 28 установлен в положение II. Модель 14 канала преобразования возмущений подключена к входам источников возмущений через третий блок 22 сравнения ключом 30. Преподаватель с пульта 6 включает блок 10 задания возмущений. С его выхода поступает на вход третьего блока 22 сравнения возмущение требуемого вида ω* (заданное возмущение). Этот же сигнал ω* через переключатель 28 поступает на блок 27 отображения информации. На второй вход третьего блока 22 сравнения поступает сигнал о натурных возмущениях ω с выхода блока 2. На выходе блока 22 формируется разность δω= ω-ω*, которая поступает на модель 14 канала преобразования возмущений, где происходит преобразование δω в масштаб выходной величины объекта δyω мпо правилу
δy
δy
Режим моделирования с генерацией ошибок реализации управлений. В этом режиме с пульта 6 преподавателя запускается генераторт 7 ошибок реализации управлений, где записаны или формируются сигналы, имитирующие ошибки управления εи с желаемыми свойствами. Во втором сумматоре 16 ошибки управления εи с выхода генератора 7 суммируются с натурными управлениями U из блока 1 запоминания натурных управлений, образуя сигнал
UНМ(t)= U(t)+εи(t). (4)
Сигнал Uнм(t) является натурно-модельным, т. е. измененным целенаправлено по отношению к натурному управляющему воздействию U.Mode of simulation with the generation of errors in the implementation of controls. In this mode, from the teacher’s remote control 6, a generator 7 of control implementation errors is started, where signals simulating control errors ε and with the desired properties are recorded or generated. In the second adder 16, the control errors ε and from the output of the generator 7 are summed with the full-scale controls U from the unit 1 for storing full-scale controls, forming a signal
U NM (t) = U (t) + ε and (t). (4)
The signal U nm (t) is a full-scale model, that is, it changes purposefully with respect to the full-scale control action of U.
Сигнал εи поступает также на вход второй модели 12 канала регулирования, где формируется корректировка δyU ε (t) выходной величины объекта на величину ошибок управления по правилу
δy
δy
Сигнал δyи ε (t) суммируется в четвертом сумматоре 18 с натурным значением y(t) выхода объекта из блока 4. Величина yε,и нм(t)= y(t)+ δyи ε (t) показывает, каким было бы значение выходной величины объекта, если управляющее воздействие U было бы реализовано с ошибкой εи в момент времени t.The signal δy and ε (t) is summed in the fourth adder 18 with the field value y (t) of the object output from block 4. The value of y ε, and nm (t) = y (t) + δy and ε (t) show what was would be the value of the output value of the object if the control action U would be implemented with an error ε and at time t.
Режим моделирования с генерацией ошибок измерения выходов. В этом режиме с пульта 6 преподавателя запускается генераторт 8 ошибок измерения выходов εy(t) и в четвертом сумматоре 18 формируется натурно-модельный сигнал yε,y нм(t) = y(t)+ εy(t), показывающий, каким было бы значение выхода объекта при его измерении с ошибкой εy.Mode of simulation with the generation of measurement errors of the outputs. In this mode, from the teacher’s remote control 6, a generator 8 of measuring errors of the outputs ε y (t) is started and in the fourth adder 18 a field model signal y ε, y nm (t) = y (t) + ε y (t) is generated, showing what would be the value of the output of the object when measured with an error ε y .
Режим моделирования с изменением заданий на выход объекта. В этом режиме с пульта 6 преподаватель через блок 9 изменения заданий устанавливает требуемую корректировку δ y* натурного задания y* на выходную величину, записанную в блоке 3, в результате чего в блок 27 отображения информации и в образцовую управляющую систему 35 поступает новое задание y**(t)= y*(t)+ δ y*(t), которое формируется в третьем сумматоре 17.Simulation mode with changing tasks for the output of the object. In this mode, from the remote control 6, the teacher, through block 9, assigns the required correction δ y * of the full-scale job y * to the output value recorded in block 3, as a result of which a new task y * is received in the information display unit 27 and in the exemplary control system 35 * (t) = y * (t) + δ y * (t), which is formed in the third adder 17.
Режимы моделирования, кроме первого, могут быть реализованы все одновременно или в любой комбинации. Выбор режимов моделирования не зависит от режимов работы образцовой управляющей системы 35, т. е. все перечисленные режимы моделирования могут быть реализованы как при работе системы 35 в режиме комбинированного регулирования, так и в режимах регулирования по обратной связи или по возмущениям. Simulation modes, except the first one, can be implemented all at the same time or in any combination. The choice of simulation modes does not depend on the operating modes of the
Обучение оператора с помощью данного тренажера может осуществляться в двух режимах: пассивного обучения и активного обучения. Operator training using this simulator can be carried out in two modes: passive training and active training.
Режим пассивного обучения. Passive learning mode.
Обучение осуществляется путем наблюдения обучаемым за натурными или измененными натурно-модельными данными и работой образцовой управляющей системы 35. Активное уравление обучаемым не производится. Выход пульта 5 обучаемого отключается ключом 29 от входа моделирующей схемы (блок 20) и блока 27 отображения информации. Размыкание ключа 29 осуществляется с пульта 6 преподавателя. С этого же пульта включается табло на пульте 5 обучаемого "Режим пассивного обучения". Выход модельного объекта регулирования обучаемого отключается от второго блока 26 оценки эффективности и блока 27 отображения информации путем размыкания контактов ключа 33. Этим же ключом оттключаются от блока 26 выход системы 35 и выход блока 23 (выход моделирующей схемы системы 35). Второй блок 26 оценки эффективности не работает. К входам блока 27 отображения информации оказываются подключенными через переключатель 28 натурные (из блока 2) или заданные (из блока 10) возмущения; опорные значения возмущений, вводимые с пульта 6 преподавателя; оценка эффективности натурных управлений из первого блока 25 оценки эффективности; образцовые управления и выходы из блоков 35 и 23 соответственно через четвертый ключ 32; натурные или натурно-модельные управления и выходы из сумматоров 16 и 18 соответственно через третий ключ 31; натурные или измененные задания с выхода сумматора 17. The training is carried out by observing the trainee for full-scale or altered field-model data and the operation of the
Преподаватель с пульта 6 запускает через шестой ключ 34 блоки запоминания натурных управлений 1, возмущений 2, заданий 3 и выходов 4. В зависимости от выбранного режима моделирования включает или не включает генератор 7 ошибок реализации управлений и генератор 8 ошибок измерения выходов, корректирует при необходимости задание через блок 9. Переключатель 28 устанавливается в требуемое положение. Если выбран режим моделирования с заданными возмущениями, то дополнительно включается блок 10 задания возмущений с пульта 6 преподавателя. Ключом 59 задается режим работы образцовой управляющей системы 35 - комбинированное регулирование, регулирование по обратной связи, регулирование по возмущению. The teacher from the remote control 6 launches through the sixth key 34 blocks for storing field controls 1, disturbances 2, tasks 3 and outputs 4. Depending on the selected simulation mode, the generator 7 of errors in the implementation of controls and the generator of 8 errors in measuring the outputs turn on or off, corrects the task if necessary through block 9. The
В этом режиме на блоке 27 отображения информации обучаемому демонстрируются натурные или натурно-модельные данные в сопоставлении с образцовыми решениями. Обучаемый, наблюдая за ними, учится принимать решения в конкретных производственных ситуациях, записанных в блоках 1-4 или смоделированных с помощью блоков 7-10 и соответствующих моделей 12 и 14. In this mode, on-site information display unit 27, the student is shown full-scale or full-scale model data in comparison with model solutions. The student, observing them, learns to make decisions in specific production situations recorded in blocks 1-4 or simulated using blocks 7-10 and the corresponding models 12 and 14.
Режим активного обучения. Active learning mode.
В этом режиме обучаемый оператор осуществляют непосредственное управление моделируемым объектом, воздействуя на модель 11, и наблюдает за реакцией объекта на свои воздействия. Как и в режиме пассивного обучения, в этом режиме работает образцовая управляющая система 35 и оператор имеет возможность сопоставлять результаты своей деятельнотсти с образцовыми результатами, которые вырабатываются в системе 35. In this mode, the trained operator directly controls the simulated object, acting on model 11, and monitors the reaction of the object to its effects. As in the passive training mode, the
Для работы в этом режиме обучения преподаватель с пульта 6 выполняет следующие действия: ключом 29 подключает пульт 5 обучаемого входу модельного объекта управления обучаемого (вход блока 20 сравнения), к входу второго блока 26 оценки эффективности и к входу блока 27 отображения информации; ключом 33 подключает выход модельного объекта управления обучаемого (выход блока 21) к входу второго блока 26 оценки эффективности и к входу блока 27 отображения информации; этим же ключом к блоку 26 подключаются образцовые управления и выходы из блоков 35 и 23 соответственно; на пульте 5 обучаемого включается табло "Режим активного обучения". To work in this learning mode, the teacher from the remote control 6 performs the following actions: with the key 29 connects the learner's remote control 5 to the input of the learner’s model control object (input of the comparison unit 20), to the input of the second
К входам блока 27 отображения информации дополнительно к перечисленному в описании режима пассивного обучения теперь оказываются подключенными управляющие воздействия обучаемого с выхода пульта 5 обучаемого через ключ 29, выход модельного объекта управления обучаемого с выхода блока 21 через ключ 33, оценка эффективности деятельности обучаемого с выхода второго блока 26 оценки эффективности. In addition to the passive learning mode listed in the description of the passive learning mode, the inputs of the information display block 27 now include the student’s control actions from the student’s remote control 5 output via key 29, the student’s model control object’s output from block 21 output through key 33, and the student’s activity efficiency assessment from the
В зависимости от задачи обучения преподавателем с пульта 6 от блока 27 отображения информации могут быть отключены в любой комбинации группы переменных: натурные или натурно-модельные управления и выходы из сумматоров 16 и 18 ключом 31, образцовые управления и выходы из блоков 35 и 23 ключом 32. Это, например, необходимо сделать на заключительных этапах обучения, когда обучаемый должен работать совершенно самостоятельно без какой-либо подсказки, в качестве которой могут быть использованы натурные данные и данные работы образцовой системы, затем преподаватель с пульта 6 устанавливает переключателем 28 требуемый режим воспроизведения возмущений. Если переключатель установлен в положение II (заданные возмущения), то запускается блок 10 задания возмущений. Переключателем 59 выбирается режим работы системы 35. Запускаются через ключ 34 блоки 1-4 запоминания натурных данных и при необходимости в зависимости от выбранного режима моделирования генераторы 7 и 8. Depending on the task of teaching the teacher from the remote control 6 from the information display unit 27, groups of variables can be disabled in any combination: full-scale or full-scale controls and exits from adders 16 and 18 with
Обучаемый, наблюдая за показаниями приборов блока 27 отображения информации, принимает решение по управлению процессом и реализует его с помощью ручного дистанционного задатчика, установленного на пульте 5 обучаемого. С выхода задатчика сигнал Uм поступает на вход первого блока 20 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал о натурном U или натурно-модельном Uнм управляющем воздействии из сумматора 16. Далее для удобства изложения рассмотрим режим моделирования с натурными данными.The student, observing the readings of the devices of the information display unit 27, makes a decision on the process control and implements it with the help of a manual remote set-up, installed on the student’s remote control 5. From the output of the setter, the signal U m enters the input of the first comparison unit 20, the second input of which receives a signal about the full-scale U or full-scale model U nm control action from the adder 16. Next, for the convenience of presentation, we consider the simulation mode with full-scale data.
В блоке 20 формируется сигнал разности
δUм(t)= U(t)-Uм(t), (6) который поступает на вход первой модели 11 канала регулирования, где формируется реакция модели
δy
δU m (t) = U (t) -U m (t), (6) which is fed to the input of the first model 11 of the control channel, where the reaction of the model is formed
δy
Сигнал δyи М проходит без изменения через сумматор 15 и поступает на вход второго блока 21 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал о натурном выходе y из сумматора 18.The signal δy and M passes without change through the adder 15 and enters the input of the second comparison unit 21, the second input of which receives a signal about the full-scale output y from the adder 18.
В блоке 21 формируется модельное значение выходной величины
yм(t)= y(t)- δyи м(t), (8) которая показывает, что было бы на объекте, если вместо натурных управляющих воздействий U(t) были реализованы воздействия обучаемого Uм(t).In block 21, a model value of the output quantity is formed.
y m (t) = y (t) - δy and m (t), (8) which shows what would happen on the object if instead of the full-scale control actions U (t), the effects of the learner U m (t) were implemented.
Сигнал yм с выхода блока 21 через ключ 33 поступает во второй блок 26 оценки эффективности и в блок 27 отображения информации, и процесс управления продолжается, пока не будет решена поставленная задача обучения.The signal y m from the output of block 21 through key 33 enters the
Если, например, обучение идет при заданных возмущениях, то сигнал δyм из модели 11 суммируется с сигналом δyω м из модели 14 в сумматоре 15, а модельное значение выходной величины в этом случае равно
y
Если обучение осуществляется в режиме моделирования с генерацией ошибок измерения выходов εy, то в выражениях (8) и (9) вместо величины y будет зайдействована величина yε,y нм(t)= y(t)+ εy(t).If, for example, training takes place with given perturbations, then the signal δy m from model 11 is added to the signal δy ω m from model 14 in the adder 15, and the model value of the output quantity in this case is
y
If training is carried out in the simulation mode with the generation of errors in measuring the outputs ε y , then in expressions (8) and (9), instead of y, the quantity y ε, y nm (t) = y (t) + ε y (t) will be involved.
Если обучение ведется в режиме моделирования с генерацией ошибок реализации управления εи, то выражение (6) записывается так:
δUм(t)= Uнм(t)-Uм(t), (10) где Uнм(t)= U(t)+ εи (t), а выражения (8) и (9) имеют соответственно вид
yМ(t)= y(t)-δy
yМ(t)= y(t)-[δy
δU m (t) = U nm (t) -U m (t), (10) where U nm (t) = U (t) + ε and (t), and expressions (8) and (9) have, respectively view
y M (t) = y (t) -δy
y M (t) = y (t) - [δy
Конкретный вид формул для расчета yм определяется выбранной комбинацией режимов управления, которые были охарактеризованы выше.The specific form of the formulas for calculating y m is determined by the selected combination of control modes, which were described above.
Параллельно с обучаемым работает образцовая управляющая система 35, замкнутая на своей модельный объект. Работу образцовой управляющей системы 35 рассмотрим последовательно по режимам управления. In parallel with the trainee, an
В режиме управления (регулирования) по возмущению к выходу системы 35 через переключатель 59 подключен только выход регулятора 56 по возмущению. Связь между регуляторами 56 и 57 отсуствует. На его вход поступает сигнал δω= ω-ωo, формируемый в блоке 54 сравнения и равный разности между натурным ω (из переключателя 28) и опорным ωo (из пульта 6) значениями возмущения. Если моделирование ведется по заданным возмущениям ω*, то δω= ω*-ωo. Регулятор 56 по возмущению может быть реализован, например, в виде пропорционального звена с настроечным коэффициентом kр,w. Тогда на его выходе формируется управляющее воздействие
U
U
При регулировании по обратной связи к выходу системы 35 подключен через переключатель 59 только выход регулятора 57 обратной связи, который реализует, например, следующий алгоритм:
U
kр,y - настроечный коэффициент регулятора обратной связи. Разность [y0(t- τ)-y*(t)] формируется в блоке 55 сравнения.When controlling by feedback, only the output of the
U
k p, y - tuning factor of the feedback regulator. The difference [y 0 (t-τ) -y * (t)] is generated in the
Сигнал Uy 0(t) проходит через переключатель 59 на выход системы 35.The signal U y 0 (t) passes through the switch 59 to the output of the
При комбинированном регулировании формируется суммарное управляющее воздействие
U0(t)= Uw 0(t)+U0 y(t), (15) где Uw 0(t)и Uy 0(t) - управляющие воздействия, сформированные регуляторами по возмущению 56 и обратной связи 57.With combined regulation, the total control action is formed
U 0 (t) = U w 0 (t) + U 0 y (t), (15) where U w 0 (t) and U y 0 (t) are the control actions generated by the regulators according to the
Моделирование с целью оценки эффектов образцовых управлений осуществляется следующим образом. Modeling to assess the effects of model controls is as follows.
Управляющее воздействие, например, U0(t) поступает на пятый блок 24 сравнения, в котором формируется разность, например, вида
δU0(t)= U(t)-U0(t), (16) где U - натурное управление (в общем случае вместо U может использоваться натурно-модельное управление Uнм).A control action, for example, U 0 (t) is supplied to the
δU 0 (t) = U (t) -U 0 (t), (16) where U is the full-scale control (in the general case, the full-scale control U nm can be used instead of U).
Сигнал δ U0(t) поступает на модель 13, где формируется реакция модели
δy
δy
Далее в сумматоре 19 и блоке 23 сравнения формируется модельный выход y0(t) образцовой управляющей системы аналогично модельному выходу обучаемого. Уравнения, описывающие этот процесс, для основных режимов моделирования имеют вид при использовании только натурных данных
y0(t)= y(t)- δ yи 0(t); (18)
при моделировании с заданными возмущениями
y0(t)= y(t)-y
в режиме моделирования с генерацией ошибок управления
y0(t)= y(t)-δy
в режиме моделирования с генерацией ошибок измерения выходов
y0(t)= y(t)-εy(t)-δy
Уравнения, описывающие процесс формирования выхода y0(t) при комбинации режимов, получаются из уравнений (18)-(21) путем комбинации составляющих их правых частей.Next, in the adder 19 and the comparison unit 23, a model output y 0 (t) of an exemplary control system is formed similar to the student’s model output. The equations describing this process for the main modeling modes have the form when using only field data
y 0 (t) = y (t) - δ y and 0 (t); (eighteen)
when modeling with given perturbations
y 0 (t) = y (t) - y
in simulation mode with control error generation
y 0 (t) = y (t) -δy
in simulation mode with output measurement error generation
y 0 (t) = y (t) -ε y (t) -δy
The equations describing the process of formation of the output y 0 (t) with a combination of modes are obtained from equations (18) - (21) by a combination of the right-hand sides that compose them.
Выход y0(t) поступает из блока 23 в блоки 26 и 25 оценки эффективности, на блок 27 отображения информации и на вход регулятора 57 образцовой управляющей системы 35.The output y 0 (t) comes from block 23 to
Сигнал y0(t) показывает, что было бы на выходе объекта управления, если бы вместо, например, натурных управлений U были реализованы управляющие воздействия U0(t) образцовой управляющей системы 35.The signal y 0 (t) shows what would be at the output of the control object if instead of, for example, full-scale controls U, the control actions U 0 (t) of the
Сигналы U0(t) и y0(t) служат базой для оценок эффективности управления натурным объектом и обучаемым, которые формируются соответственно в первом 25 и втором 26 блоках оценки эффективности. В первом блоке 25 оценки эффективности оценивается качество управления на натурном объекте в сопоставлении с образцовыми выходами y0 и управлениями U0 по следующему алгоритму:
QН(t)= γ1 [y(t)-y0(t)] 2dt+ [U(t)-U0(t)] 2dt, (22) где Qн(t) - оценка качества натурного управления; y(t) и U(t) - натурные выходы и управления; y0(t) и U0(t) - образцовые выходы и управления; γ1, γ2 - настраиваемые коэффициенты первого 42 и второго 43 масштабирующих блоков; γ1+γ2 = 1, например; пределы интегрирования: 0 - начало работы, Т - момент окончания управления, соответствующее началу и концу участка натурных данных.The signals U 0 (t) and y 0 (t) serve as the basis for evaluating the effectiveness of managing the full-scale object and the trainee, which are formed respectively in the first 25 and second 26 blocks of evaluating the effectiveness. In the
Q H (t) = γ 1 [y (t) -y 0 (t)] 2 dt + [U (t) -U 0 (t)] 2 dt, (22) where Q n (t) is the assessment of the quality of field control; y (t) and U (t) are field outputs and controls; y 0 (t) and U 0 (t) - exemplary outputs and controls; γ 1 , γ 2 - customizable coefficients of the first 42 and second 43 scaling blocks; γ 1 + γ 2 = 1, for example; limits of integration: 0 - the beginning of work, T - the moment of termination of control corresponding to the beginning and end of the field of field data.
Во втором блоке 26 оценки эффективности оценивается качество управления, которое достигается обучаемым, также относительно образцовых выходов и управлений. Блок 26 реализует следующий алгоритм:
QM(t)= γ1 [yМ(t)-y0(t)] 2dt+ [UM(t)-U0(t)] 2dt, где Qм(t) - оценка качества управления обучаемого;
yм(t) и Uм(t) - его управляющие воздействия и соответствующие им выходы; γ1, γ2 - коэффициенты третьего 51 и четвертого 52 масштабирующих блоков, равные коэффициентам γ1и γ2 из выражения (22).In the
Q M (t) = γ 1 [y M (t) -y 0 (t)] 2 dt + [U M (t) -U 0 (t)] 2 dt, where Q m (t) is the assessment of the student’s management quality;
y m (t) and U m (t) are its control actions and their corresponding outputs; γ 1 , γ 2 are the coefficients of the third 51 and fourth 52 scaling blocks, equal to the coefficients γ 1 and γ 2 from expression (22).
Оценки качества управления Qн(t) и Qм(t) поступают в блок 27 отображения информации и служат основой для стимулирования обучаемого, для управления процессом обучения, например, путем изменения сложности задач управления, изменения темпа воспроизведения участков данных и т. п.Assessment of the quality of management Q n (t) and Q m (t) are received in the information display unit 27 and serve as the basis for stimulating the learner, for controlling the learning process, for example, by changing the complexity of the control tasks, changing the tempo of reproduction of data sections, etc.
Применение предлагаемого тренажера для обучения операторов систем управления технологическими процессами, в частности, в металлургической промышленности позволило по сравнению с прототипом более чем в два раза сократить срок обучения. Темп формирования навыков управления с применением предлагаемого тренажера соответствует примерно экспоненциальной кривой с переходным периодом от начала обучения до установившегося качества управления в 150-200 плавок для конвертера и 50-70 выпусков для доменной печи. При обучении с применением тренажера-прототипа, выбранного в качестве базового объекта, эти цифры составляют соответственно 300-350 плавок и 70-120 выпусков. The use of the proposed simulator for training operators of process control systems, in particular, in the metallurgical industry, made it possible to reduce the training period by more than two times in comparison with the prototype. The rate of formation of management skills using the proposed simulator corresponds to an approximately exponential curve with a transition period from the beginning of training to the established control quality of 150-200 heats for the converter and 50-70 issues for the blast furnace. When training using the prototype simulator, selected as the base object, these figures are 300-350 swimming trunks and 70-120 issues, respectively.
К концу срока обучения качество управления обучаемых на предлагаемом тренажере составило 0,75 ед. от достигнутого на натурном объекте против 0,35 ед; при обучении с использованием тренажера-прототипа. By the end of the training period, the quality of management of students on the proposed simulator was 0.75 units. from achieved on a full-scale object against 0.35 units; when training using the prototype simulator.
Кроме того, применение предлагаемого тренажера позволило провести обучение оператора не только на натурных режимах, но и воспроизводить отличающиеся от натурных режимы, например аварийные и с имитацией различного рода ошибок управления, и обучать операторов действиям в этих режимах с моделированием и демонстрацией обучаемым результатов их деятельности, что обеспечило расширение возможностей процесса обучения на тренажере (по сравнению с тренажером-прототипом, выбранным в качестве базового объекта). In addition, the use of the proposed simulator made it possible to train the operator not only in full-scale modes, but also to reproduce modes different from natural ones, for example, emergency ones and with imitation of various kinds of control errors, and to train operators in actions in these modes with modeling and demonstrating to the learner the results of their activities, which ensured the expansion of the training process on the simulator (compared to the prototype simulator selected as the base object).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4917947 RU2012065C1 (en) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | Simulator for operator of manufacturing process control systems |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4917947 RU2012065C1 (en) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | Simulator for operator of manufacturing process control systems |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012065C1 true RU2012065C1 (en) | 1994-04-30 |
Family
ID=21564339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4917947 RU2012065C1 (en) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | Simulator for operator of manufacturing process control systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2012065C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615836C1 (en) * | 2016-04-11 | 2017-04-11 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Device for operators' training |
-
1991
- 1991-03-07 RU SU4917947 patent/RU2012065C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615836C1 (en) * | 2016-04-11 | 2017-04-11 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации | Device for operators' training |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fabregas et al. | Developing a remote laboratory for engineering education | |
Srivastava et al. | A laboratory testbed for embedded fuzzy control | |
RU2012065C1 (en) | Simulator for operator of manufacturing process control systems | |
von Hoegen et al. | Problem-based learning in automation engineering: Performing a remote laboratory session serving various educational attainments | |
RU115115U1 (en) | SIMULATOR FOR TRAINING OPERATORS | |
Ostojic et al. | Development and implementation of didactic sets in mechatronics and industrial engineering courses | |
Xu et al. | A simulation-based testing and training environment for building controls | |
JPH1039728A (en) | Plant simulator | |
JPH05316652A (en) | Training simulator for electric power system | |
Watson et al. | On-line laboratories for undergraduate distance engineering students | |
Župerl et al. | Remote controlled laboratory as a modern form of engineering education | |
Gillet et al. | Introduction to automatic control via an integrated-instruction approach | |
RU2047909C1 (en) | Trainer for operators of control systems over technological processes | |
SU1249568A1 (en) | Device for training operators of systems for controlling the manufacturing processes | |
Reck | Defining common aspects of undergraduate instructional laboratories for control systems | |
Diazgiron-Aguilar et al. | Virtual Lab Environment for Programmable Logic Controllers Training | |
SU1208571A1 (en) | Training device for operator of process control systems | |
Ahmedyanova | Simulator as a tool of training to modern equipment management | |
Trofimov et al. | Interactive Educational Complex on the Basics of" Digital Substation" Technology | |
JP4261426B2 (en) | Plant simulation device and plant simulation system | |
Gazil et al. | Simulating dynamically: A longitudinal and practical simulation approach for students | |
Beeman | Simulation-based tutorials for neuroscience education | |
Srinivasana et al. | Enhancing process control education using a web-based interactive multimedia environment | |
Kulakowski | Automatic control laboratory: New approach to classical problems | |
RU2065622C1 (en) | Device for training operator |