Рис. 3.1. Схема современной АСУ ТП (схема Рея)

Процесс (диагностируемый и управляемый).

Величины на входе (рис.3.1):

d1-вектор контролируемых возмущений (технологический регламент: производительность, требования к конечной продукции, характеристики сырья, технологические ограничения);

U-вектор управляющих воздействий;

d2-вектор неконтролируемых возмущений (трудно организовать всеобъемлющий контроль входных величин объекта);

 d3- вектор вспомогательных идентифицирующих воздействий (используется при переопределении структуры математической модели (ММ)).

На выходе имеем вектор y - вектор наблюдения за процессом (показания датчиков);

     - вектор фактического состояния процесса,

 - параметры модели процесса.

Функции отдельных подсистем АСУ ТП.

ИИС (инфрмационно-измерительная система).

Позволяет контролировать координаты состояния процесса (вектор y) в условиях помех ( - вектор измерительных помех), а также контролирует d1 и U, т.е. принимает всю информацию о процессе. ИИС осуществляет системную обработку полученной информации (предварительная фильтрация измерительной информации y, системная обработка d1 и U в виде введения баз данных, анализ во времени всей информации, систем отображения технологической информации в виде графиков, таблиц и т.д.). На выходе имеем вектор y, который представляет собой упорядоченный полный набор технологически измеренной информации о процессе.

Подсистема оценивания текущего состояния процесса.

По измеренным параметрам y и по модели процесса проводит оптимальную оценку состояния ( ) процесса. Подсистема снабжена блоком настройки (адаптации), который осуществляет по мере необходимости настройку параметров алгоритма оценивания k и p. 

Подсистема параметрической идентификации.

По результатам математической обработки измерений y и данных моделирования  восстанавливает (переопределяет) вектор параметров модели . При этом может оказаться необходимым подавать дополнительно на вход процесса специальным образом сформированные вспомогательные (идентифицирующие) входные воздействия – вектор d3.

Подсистема оптимального управления.

Эта подсистема ообеспечивает принятие решения о том, что является оптимальным для управления процессом с учетом его динамики, текущего состояния  и прогноза состояния вектора контролируемых возмущений d1 на ближайшее будущее. Здесь U_d и x_d соответственно оптимальное управляющее воздействие и оптимальное (желаемое) состояние процесса на ближайшее будущее. В блоке прогнозирования состояния процесса с помощью ММ (управления) проводится цикл прогнозных расчетов, при этом на ММ проигрываются результаты различных пробных управлений. В блоке оптимизации режима процесса на основе информации об управляемости процесса (результат прогнозирования) проводится непосредственно решение оптимизации задачи с помощью выбранного метода её решения: математическое программирование, динамическое программирование (принцип Бэлмана), принцип max. При выборе решения об оптимальном управлении используется ММ.

Подсистема адаптивного регулирования (управляющее устройство).

Для распределенных процессов представляет в себе систему сопряженных регулирующих устройств (регуляторов), но эта подсистема функционально не принимает решения, а отрабатывает, реализует оптимальные уставки, поэтому является вторичной, подчиненной системе оптимального управления. С учетом динамики всей системы: в блоке настройки параметров управляющего устройства на основе анализа текущих знаний динамических характеристик процессов  определяются оптимальные настройки k локальных регуляторов. Адаптация регулирующих устройств позволяет поддерживать на оптимальном уровне процессы регулирования (авторегулирования).

Таким образом, рассматриваемые выше подсистемы функционируют, как оптимальные (адаптивные) системы на основе соответствующих алгоритмов:            - оценивания,

- параметрической идентификации,

- оптимального управления, включая имитационное (прогнозирование) моделирование,

- алгоритмов адаптивного регулирования.