Введение к работе
Актуальность темы. Недостаточность природных запасов нефти и газа в Украине, ют стоимости импортного сырья и одновременное увеличение объемов потребления ергоносителеи, получаемых из него, определяют развитие альтернативных направлений шения топливно-энергетической проблемы. Одним из наиболее целесообразных путей решения является организация производства синтетических моторных топлив из бурого ля, запасы которого в Украине достаточно велики.
Данные технологические процессы, как и многие другие сложные химико-кнологические процессы, являются многосвязными, нелинейными, нестационарными, к что управление такими процессами с помощью локальных регуляторов без учета этих обенностей и специфики объектов становится неэффективным. Снижение эффекта от равления и оптимизации объясняется неудовлетворительным исполнением оптимальных шений на нижних уровнях управления, обусловленном как частой сменой уставок регу-горам при переводе в оптимальные режимы, так и недостаточной точностью их отработ-в условиях многосвязности процесса, а наличие связей по передаче сырья и энергии из дсистемы в подсистему, существование рециклов и разветвления потоков по нескольким йлам еще более усугубляет ситуацию.
Таким образом, возникает проблема исследования влияния многосвязности, нелиней-сти и нестационарности процессов на динамику и качество управления и создания таких ;тем, которые были бы способны оперативно идентифицировать процессы, формировать [Орректировать модель и алгоритм управления с учетом изменений в объекте, обеспечи-[ высокое качество управления за счет непрерывной компенсации взаимного влияния кду каналами и учета изменений в окружающей среде.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнена в соот-ствии с тематическим планом Донецкого государственного технического университета темам 0195U026886 иО19ШО02312.
Целью работы является разработка компьютерной технологии синтеза и создание темы автоматизированного управления технологическими модулями (ТМ) процессов еперерабатывающих и химико-технологических производств, обеспечивающей повы-яие производительности и качества выходного продукта, путем оптимизации распределил нагрузок по агрегатам и поддержания требуемой точности управления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
провести исследования статических и динамических свойств многосвязных про-сов углеперерабатывающих и химико-технологических производств и разработать об-S принцип модульно-иерархического моделирования сложной системы;
разработать компьютерную технологию получения и самоорганизации модели в цессе управления ТМ с учетом нелинейности, нестационарности и многосвязности цессов;
определить концепцию и разработать обобщенную структуру иерархической сие-
2 темы управления ТМ с оптимизацией распределения нагрузки по технологическим агр« там;
сформировать обобщенный критерий и разработать методику синтеза локальг подсистем с учетом многосвязности динамических процессов;
разработать принцип динамического разобщения многосвязных процессов и ме дику синтеза развязывающих компенсаторов из условия автономности систем с промь ленными регуляторами;
провести моделирование, исследование и оценку качества системы. Определ область использования и внедрения системы.
Объектом исследования является класс многосвязных нестационарных хими технологических процессов, в частности, процесс комплексной переработки бурого угл жидкое топливо, нуждающихся в непрерывном эффективном управлении.
Предметом исследования являются многосвязные системы автоматического управ ния ТМ и агрегатами углеперерабатывающих и химико-технологических процессов. ..Методы исследования.
При разработке моделей, идентификации их структуры и параметров в основу по. жены модульно-иерархический принцип представления сложных систем, существую!! закономерности развития углеперерабатывающих и химико-технологических произволе анализ и обобщение опыта моделирования химико-технологических процессов. Для amj за и синтеза систем управления многосвязными технологическими модулями примене методы пространства состояний, оптимального управления и динамического разобщен сепаратных каналов многосвязного объекта на базе общей теории инвариантности. П исследовании объекта и системы управления использовался метод математического МО; лирования.
Научная новизна полученных результатов.
-
Предложен новый принцип получения адекватной модели в адаптивной системі процессе управления, отличающийся от известных возможностью идентификации, cai. организации, оценки и отбора моделей на основе лишь информации о топологии объек количестве входов и выходов, заданного класса опорных функций и усовершенствован! го критерия отбора в виде минимума смещения на выборках.
-
Разработана новая модель и структура адаптивной системы управления процесса; углеперерабатывающих и химико-технологических производств, отличающаяся наличи циклов идентификации модели в замкнутом контуре и организацией прямого (ассоциат* ного) и многосвязного управления с обратной связью. Эффективность оптимизации и or ративного управления в адаптивной иерархической системе достигается функционалм временной декомпозицией задачи по уровням управления и динамическим разобщена каналов локального уровня на базе принципов автономности и инвариантности.
-
В отличие от известных, предложен комбинированный метод синтеза, базиру щийся на обобщенном критерии и объединяющий возможность минимизации отклонен выходных координат и времени переходного процесса в соответствии с принципом от
ільности Беллмана и достижение необходимой степени устойчивости в соответствии с жнципом Ляпунова, что обеспечивает требуемую точность в статических и динамиче-жх. режимах.
4. Предложен принцип и новая модель прямой ассоциативной компенсации развития благоприятных для системы ситуаций, являющиеся дальнейшим развитием принципа шариантности, при которых по ситуации в матрице альтернативных управлений ассо-шруется и выбирается управление, компенсирующее негативное воздействие ситуации і ее полного развития, что повышает быстродействие и точность без потери устойчиво-и.
Таким образом, научное значение работы состоит в развитии принципов модульного іделирования сложных многосвязных промышленных объектов с получением оператив-гх моделей и идентификацией связей в автоматизированном режиме и принципов опти-ізации распределения нагрузки по агрегатам с учетом влияния реальных производствен--технологических условий, а также развитии методов синтеза цифровых систем управ-ния технологическими процессами утлеперерабатывающих и химико-технологических оизводств и принципов придания многосвязным системам свойств автономности и ин-риантносги.
Практическое значение полученных результатов.
1. Разработана новая модель технологической установки дая комплексной переработ-
бурого угля, учитывающая наличие связей по передаче сырья и энергии из подсистемы
тодсистему, рециклы и разветвления потоков и позволяющая описывать технологиче--ій процесс на уровне распределения сырья по агрегатам установки.
-
Сформулированы методологические основы и разработана структура иерархиче-)й системы с оптимизацией распределения нагрузки и ситуационным управлением, :спечивающим повышение производительности, качества выходного продукта и уведите прибыли.
-
Разработана адаптивная многосвязная система, обеспечивающая формирование іуктурьі модели и идентификацию параметров объекта непосредственно в замкнутом пуре управления, без специальных экспериментальных исследований и отключения ре-іятора.
-
Разработана цифровая система многосвязного управления углелерерабатываюши-и химико-технологическими процессами, обеспечивающая требуемую точность, гру-ть к изменению параметров объекта, гибкость, перестраиваемость и преемственность гулей, что позволяет использовать ее для управления другими процессами данного сса.
-
Предложена методика разобщения сепаратных каналов и разработаны структуры тенсирующих блоков обеспечивающие значительное улучшение качества управления в темах с локальными промышленными регуляторами без кардинального изменения уктуры и технической реализации исходной системы управления.
Разработанные в диссертационной работе методики и модели, результаты исследова-
4 ний и синтеза САУ углеперерабатывающими и химико-технологическими производства!» использованы при создании опытно-промышленной установки для полукоксования и г зификации бурого угля (ГХК «Александрияуголь»), при создании экспертной системы системы диагностики состояния химико-технологических процессов в условиях арендної концерна «Стирол».
Личный вклад соискателя. Автором лично разработаны математическая модель прі цесса переработки бурого угля в жидкое топливо как объекта автоматизации, иерархии екая система ситуационного управления, оптимальный алгоритм цифрового управлені технологическими модулями установки, математическое описание блоков комленеащ задающих воздействий и взаимного влияния сепаратных каналов многосвязного объекта.
Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационных исследований д ложены, обсуждены и получили одобрение на кафедре автоматики и телекоммуникащ Донецкого государственного технического университета (1999-2000 гг); на междунаро, ной конференции «Современные технологии ресурсо-энергосбережения» (Киев, ГАЛГП 1997 г.); на 13-й Международной конференции по автоматизации процессов в горной прі мышленности ІСАМС98 и процессам управления и моделирования ASRTP98 (Словаки технический университет в Кошице, 1998 г.), на второй Всеукраинской конференщш мі лодых ученых «Інформаційні технології в науці та освіті» (Черкассы, ЧГУ, 2000 р.).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 8 печатных работах, в то числе в 5 научных изданиях и в 3 докладах на международных научно-технических конфі ренциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и закля чения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков, 4 та! лицы, список литературы из 106 наименований и 23 страниц приложений.