Number 11/2010

 Eugeniusz Ratajczyk

Studenckie Koło Naukowe Cybernetyki Politechniki Warszawskiej

Jerzy Kurek

W pracy pokazano, jak w prosty sposób, bez wyznaczania odpowiedzi skokowej, wyznaczyć analitycznie zastępczy model inercyjny I rzędu z opóźnieniem transportowym dla inercyjnego układu n-tego rzędu z opóźnieniem na podstawie znajomości jego transmitancji. Metoda może być stosowana przy modelowaniu i projektowaniu układów regulacji cyfrowej, np. przy doborze nastaw regulatora.

Słowa kluczowe: układ wieloinercyjny, model zastępczy

Approximation of inertial model with time delay for nth order inertial systems

There is presented simple method for calculation of inertial model with time delay for nth order inertial system with time delay described by the transfer function without calculation of the system step response. The method can be used for modeling and calculation of the control systems, e.g. for calculation of controller settings.

Keywords: multiinertial system, inertial system model

Jerzy Kurek

W pracy przedstawiono serworegulator dla klasy nieliniowych ciągłych układów o zmiennych w czasie parametrach z niemierzalnym ograniczonym zakłóceniem. Regulator może być zastosowany do regulacji niepewnych układów liniowych. Do syntezy układu regulacji wykorzystano drugą metodę Lapunowa.

Słowa kluczowe: układ nieliniowy, serworegulator, metoda Lapunowa

Servocontroller for a class of nonlinear continuous-time system

Servocontroller for a class of nonlinear time-varying continuous-time systems with unmeasurable bounded disturbances is presented. The controller can be also used for control of uncertain nonlinear systems. The second Lyapunov stability theorem has been applied for synthesis of stable control system.

Keywords: nonlinear system, servocontroller, Lyapunov method

Janusz Będkowski, Andrzej Masłowski

W pracy przedstawiono ideę hierarchicznej reprezentacji wiedzy dla automatycznego podejmowania decyzji. Hierarchiczna reprezentacja wiedzy została zaproponowana do modelowania predykcji. Pokazano efektywne podejmowanie decyzji na przykładzie klasyfikacji zbioru danych, który nie jest separowany liniowo. Warto podkreślić, że nie założono wiedzy a priori o zbiorze danych oraz relacji między elementami tego zbioru oraz że proponowany algorytm automatycznie odkrywa optymalne granice decyzyjne między nimi. Przedstawiono algorytm konstrukcji hierarchicznej reprezentacji wiedzy, który wprowadza ocenę jakościową powstałej struktury na poszczególnych poziomach decyzyjnych. Przeprowadzony eksperyment numeryczny pokazuje zalety proponowanego algorytmu, który może być wykorzystany do zadań klasyfikacji, gdzie występuje problem doboru algorytmu klasyfikacji.

Słowa kluczowe: sieć neuronowa, maszyna wektorów nośnych, drzewo decyzyjne, hierarchiczna reprezentacja wiedzy

Hierarchical knowledge representation for automated reasoning

In the paper the study of knowledge hierarchical representation for automated reasoning is presented. The hierarchical knowledge representation is proposed for predictive modeling purpose. It is improved an effective automated reasoning structure for data set analyzes and making decisions based on complex relations between this data. It is important to emphasize that it is not considered a – priori knowledge concerning data structure, therefore the approach automatically discovers particular constraints between data. It provides a technique of the verification the hierarchical knowledge representation building process that can be useful for the model justification. The presented numerical experiment shows an advantage of proposed approach. It is assumed that the presented automated reasoning can be used for classification purpose where there is a difficulty of proper classifier choice.

Keywords: neural network, support vector machine, decision tree, hierarchical knowledge representation

Zofia Magdalena Łabęda-Grudziak

W artykule przedstawiono identyfikację i symulację pracy sieci przesyłowej gazu za pomocą modeli addytywnych w celu oszacowania wartości ciśnienia w określonych punktach węzłowych oraz zbadania zachowania się sieci. Modele cząstkowe odzwierciedlające funkcjonowanie określonych fragmentów instalacji zostały pozyskiwane z zastosowania technik eksploracji danych pomiarowych. Do wyznaczenia parametrów modeli addytywnych zastosowano algorytm dopasowania wstecznego i nieparametryczne techniki estymacji. Badania przeprowadzono dla wybranego fragmentu rzeczywistej sieci przesyłowej gazu.

Słowa kluczowe: model addytywny, sieci przesyłowe gazu, symulacja, przewidywanie ciśnienia, eksploracja danych

The identification and simulation of pressure decomposition in gas network using additive regression model

In this paper identification and simulation methods to predict pressure values at determinated nodes and to analyse the operation of gas network is presented. The proposed method is based on additive models and knowledge discovery data application. The backfitting algorithm with nonparametric smoothness techniques has been used for estimating the additive model. The results of modeling has been presented. All research has been carried out based on the part of long range gas pipelines. Received results are satisfactory because the proposed method is very suitable for the multivariate dynamical process fitting in the analyzed structures.

Keywords: additive model, gas pipelines, simulation, pressure prediction, data mining

Łukasz Tabor

W artykule opisano metodę automatycznego tworzenia grafu przyczynowo-skutkowego procesu przemysłowego. Metoda polega na wyszukiwaniu w całym zbiorze zmiennych procesowych takich sygnałów, które związane są pewnymi znanymi zależnościami często występującymi w instalacjach przemysłowych (np. algorytm regulacji PID). Następnie poszukiwane są pary sygnałów o wysokiej wartości współczynników korelacji liniowej Pearsona oraz monotonicznej Spearmana i Kendalla między zmiennymi. Dodatkowo analizowana jest sekwencja rozchodzenia się zaburzeń w instalacji. Na podstawie zdobytych informacji tworzony jest graf przyczynowo-skutkowy opisujący obiekt lub jego część. Przedstawiono efekt działania algorytmu dla dwóch obiektów. Pierwszy składa się z trzech zbiorników z cieczą z regulacją poziomu w jednym z nich. Drugim jest fragment sieci przesyłowej transportującej gaz ziemny na dużym obszarze.

Słowa kluczowe: graf przyczynowo-skutkowy, diagnostyka, modelowanie procesów, obiekt liniowy, obiekt nieliniowy

Building cause-effect graph of processes with use of archival signal values

The paper presents cause-effect graphing method applied to industrial process. Method is based on searching in process dataset such signals, that are tied together by relations often occurring in industrial installations (for example PID algorithm). Subsequently algorithm is looking for pairs of signals having high values of Pearson, Spearman and Kendall correlation coefficients. Additionally sequence of spreading disturbances is analyzed. On the basis of the gathered information case-effect graph that describes analyzed object or its part is build. Effect of described method is presented with two example industrial objects. First is a three tank system. Second is a part of gas network.

Keywords: cause-effect graph, diagnostics, process modeling, linear system, nonlinear system

Anna Sztyber, Jan Maciej Kościelny

Przedstawiono nowe możliwości monitorowania pętli regulacji wynikające z rejestracji danych pomiarowych. Opisano wymagania stawiane programom do nadzoru obwodów regulacji oraz wykorzystywane w nich metody obliczeniowe. Zaprezentowano rozwiązanie problemu, które zostało zaimplementowane w systemie modelowania, nadrzędnego sterowania i diagnostyki procesów przemysłowych DiaSter.

Słowa kluczowe: obwód regulacji, monitorowanie, detekcja stanów nienormalnych

Algorithms and software for monitoring control loop performance

Article is about new possibilities in monitoring control loop performance provided by registration of large data sets. Tasks that should be performed and calculation methods used in software to monitoring control loop performance were described. Idea and implementation of software which is solution to that problem in system to modeling, advanced control and diagnostics of industrial processes DiaSter was presented.

Keywords: control loop, monitoring normal state, abnormal state detection

Michał Bartyś

W artykule zaprezentowano konstrukcję inteligentnego przetwornika do pomiaru strumienia objętościowego płynów. Przetwornik jest przeznaczony zwłaszcza do współpracy z indukcyjnymi, impulsowymi czujnikami przepływu. Przedstawiono podstawowe właściwości metrologiczne generacyjnych czujników indukcyjnych. Wskazano na główne wielkości fizyczne wpływające na niepewność pomiaru. Sprecyzowano wnioski dotyczące możliwości zmniejszenia niepewności pomiaru. Przedstawiono charakterystykę techniczną inteligentnego przetwornika pomiarowego oraz podano przykładowe wyniki badań eksperymentalnych pomiarów strumienia objętościowego.

Słowa kluczowe: przetwornik strumienia objętościowego, przepływomierz indukcyjny, inteligentny przetwornik pomiarowy, przemysłowe sieci komunikacyjne

Smart volume flow rate transmitter

The smart flow volume transmitter has been presented in this paper. Transmitter has been designed particularly for the use with the inductive volume flow sensors. However, it can be applied also with the variety of other flow volume sensors. The main metrological properties of some class of inductive fluid flow sensors as well as main influencing physical values have been described. The concluding remarks regarding possibilities of the improvement of measurement uncertainty have been formulated. The technical parameters of the smart flow meter have been briefly described. Exemplary experimental results achieved have been shown.

Keywords: flow volume transmitter, inductive flow meter, smart transmitter, fieldbus system

Anna Jankowska

Przedstawiono zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do wczesnej detekcji stanu narastania nieszczelności parowych w obrębie komory spalania kotła energetycznego. Zestaw proponowanych w literaturze sygnałów wrażliwych na przeciek rozszerzono o dalsze zmienne pomiarowe osiągając znacznie lepszą jakość klasyfikacji niż przy minimalnym zestawie 3-4 zmiennych. Jako sieci klasyfikujące zbadano struktury radialne Radial Basis Function (RBF) oraz struktury wielowarstwowego perceptronu Multilayer Perceptron (MLP) o jednej lub dwu warstwach ukrytych, uczone metodami z nauczycielem. Redukcję rozważanego początkowo zbioru zmiennych wejściowych prowadzono poprzez analizę wrażliwości uzyskanych sieci, testując ich zdolności generalizacji na nieznanych sytuacjach awarii tego samego typu. Uzyskano klasyfikację przekraczającą 90 % poprawnego przyporządkowania stanów procesu na nieznanych na etapie uczenia przypadkach niesprawności. W niezależnych testach na 11 awariach potwierdzono większą przydatność w omawianym zadaniu struktur MLP niż RBF, mimo wyższej wrażliwości sieci RBF na sygnały wejściowe.

Słowa kluczowe: sztuczne sieci neuronowe, kotły fluidalne, wczesna detekcja awarii kotłów energetycznych, analiza wrażliwości

Evaluation of the power boiler process signals regarding their diagnostic applicability

An application of artificial neural networks for early detection of rising steam leaks and leaks within the combustion chamber of power unit, is presented. A set of signals sensitive to leakage proposed in the literature has been supplemented with further measuring variables enabling reaching significantly better classification quality than with the minimum set of 3-4 variables. As classification networks the Radial Basis Function (RBF) and Multilayer Perceptron (MLP) having one or two hidden layers trained with the teacher, were examined. Reduction of input variables belonging to the considered set was realised with sensitivity analysis of resulting networks, testing their generalisation ability on unknown failure situations of the same type.

Classification exceeding 90 % of proper process states attribution for unknown during the learning phase faults cases was obtained. The 11 independent test cases confirmed that for discussed tasks MLP structures were more useful than RBF ones, despite higher sensitivity of RBF networks to input signals.

Keywords: artificial neural network, fluidized bed boiler, early boiler fault detection, sensitivity analysis