Алгоритмы автоматической оптимизации

Статическая и динамическая оптимизация

Оптимизация технологических процессов является основным назначением АСУТП. Уже на стадии проектирования ставится задача обеспечения возможностей оптимизации управляемого техпроцесса в различных направлениях: достижение максимума производительности, минимума себестоимости, требуемого качества продукции, экономии энергии и сырьевых ресурсов и пр. Зависимость между критерием эффективности и параметрами техпроцесса описывается целевой функцией (см. §1.2). Управление техпроцессом должно быть организовано таким образом, чтобы соотношение его параметров соответствовало заданному экстремуму целевой функции или допустимому граничному режиму, близкому к экстремальному. Если оптимальный режим может быть рассчитан заранее и поддерживаться в соответствии с рассчитанными значениями параметров, то такую оптимизацию называют статической, и ее задачи решают методами программного управления. Если же условия функционирования ТО непрерывно меняются и эти изменения трудно оценить заранее, то АСУТП должна вести автоматический поиск оптимального режима. Организацию такого поиска называют динамической оптимизацией.

Реальные техпроцессы зачастую подвергаются возмущениям, имеющим случайный характер и существенно изменяющим характеристики техпроцессов. В результате воздействия различных возмущений режим функционирования технологического оборудования может отклоняться от оптимального несмотря на поддержание управляющих параметров на заданном первоначально уровне. В таком случае возникает задача определения и задания новых значений управляющих параметров, обеспечивающих оптимальный режим в изменившихся условиях. Если эти значения не могут быть по тем или иным причинам определены заранее и заданы программно, то они определяются по ходу техпроцесса по мере отклонения последнего от оптимального режима. В описанных условиях такие отклонения возникают постоянно, так что необходимо вести поиск оптимального режима в течение всего времени техпроцесса. Иными словами, необходимо непрерывно совершать, одну за другой, попытки достижения оптимального режима. Такие попытки носят название шагов оптимизации. Алгоритмы управления, обеспечивающие непрерывный пошаговый поиск оптимального режима, называются алгоритмами автоматической оптимизации.

Методы оптимизации зависят от характера решаемых задач. Если целевая функция линейна и линейны уравнения ограничений, действующих в управляемом техпроцессе, то прибегают к методам линейного программирования. Если целевая функция нелинейна, то применяют преимущественно градиентные методы. Линейное программирование обычно представлено различными модификациями симплексного метода. Чаще всего оно применяется при решении задач экономического характера, являющихся для АСУТП типичными задачами статической оптимизации. Однако возможно применение линейного программирования и для автоматической оптимизации в процессе функционирования ТО, если целевая функция и ограничения техпроцесса являются линейными или могут быть линеаризированы.