Автореферат Узденбаева

 

 

УДК    681.516                                                                    На правах рукописи

                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

УЗДЕНБАЕВ ЖАНБАЙ ШУЙНШАЛИЕВИЧ

 

 

 

 

 

Разработка и исследование системы адаптивного управления технологическими процессами спекания агломерационной шихты

 

 

 

05.13.06 - Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

 

 

 

 

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы, 2007

          

Работа выполнена в Восточно- Казахстанском Государственном университете им. Д.Серикбаева

 

 

 

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор                      Мутанов Г.М.

кандидат технических наук, профессор                  Хасенова Г.И.

 

 

           Официальные оппоненты:

           доктор технических наук, профессор                    Утепбергенов И.Т.

            кандидат технических наук, профессор                   Волобуева О.П.

 

 

           Ведущая организация:

Алматинский институт энергетики и связи, г.Алматы

 

 

 

 

Защита состоится "6" декабря 2007 года в 14.30 на заседании диссертационного совета ОД 14.13.03 при Казахском национальном техническом университете имени К.И.Сатпаева по адресу: 050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Сатпаева 22, нефтяной корпус, 1 этаж, конференц-зал.

 

 

 

           С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени  К.И.Сатпаева.

 

 

 

 

Автореферат разослан                       " 5"  ноября 2007г.

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                             Б.Х.Айтчанов

 

 

 

 

 

 

Актуальность работы. Рыночные отношения хозяйствования обуславливают необходимость повышения эффективности научных исследований, качества выпускаемой продукции, улучшению экологии, ресурсосбережению на основе широкого внедрения автоматизированных систем в различные сферы производства, управления оборудованием и технологическими процессами на базе средств вычислительной техники.

В связи с массовым переходом техники управления на цифровую базу появляется возможность реализовать сложные алгоритмы управления, основанные на достижениях современной теории управления. Разработка эффективных алгоритмов, реализуемые и эффективно использующие ресурсы систем на базе цифровых аппаратно- программных средств, становится ещё более актуальной задачей при создании автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Агломерационный процесс является одним из крупных входных технологических потоков металлургического комплекса передела УКМК  АО "Казцинк". Его основные динамические характеристики являющиеся переменными величинами, зависят от множества параметров процесса, включая технологические режимы и физико-химические характеристики шихты, поступающей на спекание, их химизма, взаимодействия этих факторов. Изменения свойств шихты не поддаются оперативному автоматическому измерению, результаты лабораторных анализов поступают с значительными запаздываниями.

Процесс агломерации шихты характеризуется достаточным разнообразием внешних возмущений в описании объекта, обусловленные неконтролируемым, имеющим, как правило, случайный характер, изменением статических и динамических свойств управляемого объекта в режиме нормальной эксплуатации.

Основным путем получения удовлетворительных показателей качества агломерата является совершенство технологии его производства. С этой целью необходимо определять такие технологические параметры, которые обеспечивали бы требуемые свойства агломерата при различных неконтролируемых изменениях свойств шихты, спекаемого слоя шихты, температурного и дутьевого режимов и т.д.

Существующие системы и методы управления технологическими процессами производства не в полной мере обеспечивают достижение требуемых параметров ведения процесса получения агломерата и технико-экономических показателей процесса. В связи с этим возникает необходимость определения адекватных математических описаний объекта управления. Несмотря на многообразие методов и алгоритмов управления, отличающихся используемыми формами математического описания и математическим аппаратом обработки экспериментальных данных, вопросы управления технологическими процессами производства агломерата еще не полностью решены. Одним из возможных подходов к повышению качества управления технологическими процессами спекания агломерационной шихты является использование адаптивных принципов управления. Поэтому актуальной представляется задача разработки адаптивной системы управления технологическими процессами производства агломерата.

Цель   работы   заключается   в   разработке   системы адаптивного управления  технологическими процессами спекания агломерационной шихты, обеспечивающей высокое качество продукции.

Методы исследования. В диссертации использованы методы теории автоматического управления, теории идентификации, адаптивного управления, методы математического моделирования.

Научная новизна полученных результатов:

- разработаны алгоритмы исследования и обработки экспериментальных данных для решения задачи топологической идентификации, позволивших впервые конкретизировать решения  функциональных задач раскрытия рангов неопределенностей;

- разработана математическая модель технологического процесса спекания агломерационной шихты, отличающаяся тем, что учитывается одновременно температура в зоне спекания, превращения серы и сульфидов, а также условия значительного разброса характеристик технологических параметров;

- обоснован выбор метода общего параметра и разработан алгоритм идентификации сложных технологических процессов, для случаев, когда присутствуют ограниченные случайные возмущения;

- впервые построена иерархическая адаптивная система управления технологическим процессом спекания агломерационной шихты на базе цифровой промышленной системы.

Положения,  выносимые на защиту:

- методы моделирования обобщенного технологического процесса получения агломерата, с учетом его физико-  химических особенностей;

- алгоритмы сбора и обработки экспериментальных данных, идентификация технологических каналов процесса производства агломерата;

- математические модели многостадийного технологического процесса производства агломерата с учетом температурного режима процесса спекания и превращения серы и сульфидов в соответствии с методологическими принципами исследования обобщенного технологического процесса;

-  алгоритмы идентификации на базе метода общего параметра сложных технологических процессов при ограниченных случайных возмущениях;

- методы управления технологическим процессом по изменению контролируемых параметров технологического режима спекания;

 

Практическая ценность работы:

- по результатам теоретических и экспериментальных исследований созданы научно- обоснованные математические модели систем автоматического управления технологическими процессами спекания агломерационной шихты;

- решена важная задача стабилизации качественных показателей агломерата путем оптимальной коррекции режимов тепловой обработки с учетом высокого уровня стохастичности технологии;

- разработана цифровая система адаптивного управления технологическим процессом спекания агломерационной шихты.

Практическая ценность работы подтверждается тремя авторскими свидетельствами на изобретение, актами использования результатов работы.

Реализация результатов работы. В составе проекта создания автоматизированной системы управления агломашиной №3 ОАО "Казцинк" произведены опытные испытания по разработанной методике проведения эксперимента, использованы скалярные функции качества для оптимальной коррекции технологических стадии, а также проведено моделирование адаптивной системы управления с применением алгоритмов метода общего параметра. Система проектировалась на базе современных микропроцессорных средств SIMATIC серии S7 -300 и промышленных компьютеров SIEMENS.

Результаты работы используются также в учебном процессе в ВКГТУ им. Д.Серикбаева для студентов специальности 3401 "Приборостроение и системы автоматизации".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научно-практи­ческой конференции "Обра­зование и наука в современ­ных условиях развития Ка­захстана: опыт, проблемы и перспективы" (Уральск, 2002); международной научно- практической конференции «Состояние, проблемы и задачи информатизации в Казахстане» (Алматы , 2004г.); на 1-й международной научно- технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение» (Усть- Каменогорск,  2005); международной научно-практической конференции "Информационно-коммуникационные технологии как основной фактор развития инновационного общества"  (Усть – Каменогорск, 2007г.); научном семинаре кафедры ''Автоматика и телемеханика" Казахского национального техничес­кого университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ, в том числе монография.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделах с выводами, заключения, списка использованных источников и приложений.

 

 

Основное содержание работы

 

Во введении обоснована актуальность проблемы и темы, определены цель и задачи диссертационной  работы, отмечена новизна и практическая ценность работы.

В первом разделе приведен анализ технологического процесса агломерации шихты, его основных технологических операций, взаимосвязи факторов и параметров технологических каналов. Рассмотрены методы оценки эффективности процесса спекания агломерационной шихты. Эффективность процесса агломерации зависит от многих факторов, причем влияние каждого из них часто связано с влиянием других. Поэтому не всегда можно говорить об оптимальных параметрах какого-либо отдельно взятого технологического канала, ибо эти оптималь­ные параметры могут существенно изменяться в зависимости от поведения других технологических цепочек. Задачей оценки эффективности является отыскание взаимосвя­зи наиболее значимых факторов процесса, нахож­дение оптимальных их соотношений для спекаемой шихты определенного вещественного состава с целью использования этих данных при автоматиза­ции процесса.

Анализ методов автоматизации процесса спекания агломерационной шихты показал, что  агломерационный процесс представляет собой  нели­нейный объект автоматического регулирования. Его основные динами­ческие характеристики, такие как транспортное запаздывание, постоян­ная времени, коэффициент усиления, являются переменными величина­ми, зависящими от некоторых параметров процесса (скорости аглоленты, высоты слоя шихты на паллетах) и физико-химических характеристик шихты, поступающей на спекание. Процесс агломерации шихты характеризуется достаточным разнообразием внешних возмущений, априорной и текущей неопределенностью в описании модели объекта. Приведенные факторы определяют необходимость разработки адаптивной системы управления технологическим процессом агломерации шихты. Системы управления агломерационным процессом с использованием физико - химических свойства спекаемой шихты имеют значительные трудности  сбора оперативно- измерительной информации, значительных запаздываний их поступлений и изменением  состава шихты в зависимости от поставки.

Во втором разделе разработаны методологические принципы моделирования обобщенного технологического процесса, его функционального состава, характера используемых в нем явлений, которые могут применяться в различных областях промышленности для решения задач при разработке систем. В рамках общей методологии  разработаны методология и алгоритм для этапов раскрытия рангов неопределенности моделей сложных технологических систем. Проведены экспериментальные исследования и решена задача идентификации. Согласно разработанной методике проведения эксперимента  представлена функциональная и алгоритмическая структуры экспе-

риментальных исследований для промышленных объектов, конкретизирующих  последовательность решения  функциональных задач. При анализе априорной информации об объекте и обработке экспериментальных данных получены модели сигналов отдельных каналов контроля, оценок технологических параметров объекта, решения которых позволили создать дополнительные информационные каналы и косвенными методами восполнить недостающую информацию и/или осуществлять прогнозные оценки.

Практическое использование моделей, использующих такие параметры, как э.д.с., соответствующей температуре зажигания,  коэффициент температурного режима зажигания, электромагнитная проводимость спеченного агломерата, содержание углерода в шихте и т.д., сопровождается cложностями, заключающимися в трудностях  сбора информации о физико- химических свойствах продуктов технологического процесса, значительных запаздываниях ее поступлении. Кроме того, содержание радиоактивных элементов в шихте и его широкий диапазон изменения, например содержание свинца в шихте меняется в пределах от 44.0 до 75.0%, значительно затрудняет разработку средств оперативного измерения.

В моделях, где  для    восстановления   структуры оператора объекта используется понятие конфигурационного пространства, определяется пространство, по осям которого отложены, помимо пространст­венных координат слоя, непрерывные параметры, характеризующие внут­реннее состояние (степень превращения) взаимодействующих твердых частиц. При этом существенные для протекания процесса черты движения ха­рактеризуются некоторыми простыми числами или комплексами, образованными из тех или иных усредненных величин, характери­зующих процесс, и  предполагается, что такие числа могут быть вве­дены хотя бы для отдельных зон. Решение такой задачи требует для каждой технологической цепочки, на которые разбивается исследуемый технологический процесс, описания поведения j- го вещества в i-ой реакции, знание степеней превращения веществ в этих реакциях.

Степень превращения веществ, как показывают исследования кинетики окисления сульфида свинца,  зависит от флюсовых подложек, присутствующих в шихте и от температуры. Механизм окисления сульфида свинца определяется исходя их конкретных условий ведении процесса.

Данная модель требует также ввод матрицы расходных коэффициентов, причем определение расходного коэффициента для каждой технологической цепочки должно решаться в виде отдельных задач. Такая система идентификации должна формировать оценки коэффициентов матрицы для отдельных технологических единиц - состоящих из химико- металлургического оборудования (одного или несколько связанных), вспомогательного оборудования (питатели, транспортные устройства, воздуходувки, дымососы и др.) и бригад, обеспечивающих эксплуатацию, обслуживание агрегатов и  вспомогательного оборудования.

В процессе анализа существующих подходов аналитического описания, информации лаборатории физико- химического анализа комбината и технологий ведения процесса на объекте получено математическая модель процесса спекания агломерационной шихты, учитывающее баланс тепловых и материальных потоков, включая содержание SO2 в отходящих газах и кислорода  в дутьевом воздухе применительно к условиям комбината "Казцинк" в следующем виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

где ФД - расход дутьевого воздуха, м3;

Т1 , Т2 , Т3 - эквивалентные постоянные времени, ч;

Фш - расход загружаемой шихты, т/ч;

Кy - коэффициент усиления тепловой модели процесса, ч/град;

 - безразмерный коэффициент, учитывающий тепловое расширение газов;

 - содержание соответственно кислорода и SO2 в отходящих газах и кислорода  в дутьевом воздухе, т/м3;

Vr - объем отходящих газах, м3;

а1, а2 - стехиометрические коэффициенты;

G'- масса агломерата, получаемой из слоя шихты, размещаемой на рабочей зоне агломашины, т;

k' - константа скорости реакции, м3/;

 - предэкспоненциальный фактор;

Е'- тепловой поток полного спекания;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура в точке завершения спекания;

Фi, Ci - приведенные тепловые потоки, покидающие кипящий слой с твердой и газовой фазой, отнесенные к 1 граду ккал/;

G - масса слоя агломерата, т;

,CS - концентрация серы соответственно в шихте и агломерате, доли;

kТ.П - коэффициент тепловых потерь, ккал/;

ср - средняя  теплоемкость  твердой фазы слоя, ккал/;

q - тепловой эффект реакции, ккал/ч·т.

Модель (1) содержит макрокинетические константы, как константа скорости реакции, предэкспоненциальный фактор, энергия активации (Е'), а также термодинамические коэффициенты, как теплоты реакций, теплоемкости, тепловое расширение, приведенные тепловые потоки, которые несут информацию об особенностях процесса и служит параметрами идентификации.

Приведены результаты, полученных при  исследований координат особых точек равновесных состояний объекта, с использованием полученной модели, представлением областей теплового состояния, снижения степени использования кислорода, технологически благоприятной зоны для различных значений содержания серы, охарактеризовано состояние объекта при увеличении дутья, при увеличении расхода кислорода.

В третьем разделе поставлена и решена задача необходимости применения адаптивных моделей для оптимизации технологических процессов, приведен анализ алгоритмов параметрической идентификации. Предложены и обоснованы алгоритмы метода общего параметра с целью повышения скорости оценивания параметров при ограниченном времени наблюдения. Обосновано использование алгоритмов метода общего параметра для последовательной идентификации многостадийных процессов, координируемых с помощью некоторого супервизорного регулятора, когда ставится задача достижения приемлемых результатов за конечный промежуток времени.

При выборе адаптивных алгоритмов метода общего параметра рассматривается объект управления описываемый разностным уравнением вида

 

,                                         (2)

 

где  - N-мерный вектор измерений, содержащий, например, имеющие запаздывания входы и выходы в момент времени t;  - N-мерный вектор неизвестных параметров;  - выходное значение объекта в момент t;  - последовательность возмущений.

Модель объекта (2) определена структурой в виде

 

                                       (3)

 

где  - N-оценка выходных значений объекта в момент (t); - N-мерный вектор оценок неизвестных параметров объекта.

Предположим, что при оценивании вектора параметров Ө  независимо обновляются не все компоненты вектора оценок модели, а один параметр β(t), являющийся их общей составной частью. Здесь параметр β(t) определяется как общий параметр, а реализация различных подходов к оцениванию параметров с использованием β(t) - как метод общего параметра. Математическую модель системы (3) при адаптивной настройке общего параметра β(t) можно записать в виде:

 

,                                     (4)

 

где  - оценка значения выхода x(t) системы (3.19) на tшаге;

 - N - мерный вектор начальных значений оценок параметров;

q - вектор весовых коэффициентов;

u(t) - вектор входных переменных;

β(t) - общий параметр.

Процедура изменения общего параметра β(t) модели (4) может быть записана в виде следующего алгоритма:

 

β(t) = β(t -1) - γ(x(t) - )qTu(t),                                  (5)

 

где γ- некоторая заданная скалярная величина.

При выборе оптимального значения , можно оценить значение скорости сходимости для алгоритма (5) выражением вида:

 

     ,                  (6)

 

где Δβ(t) = β(t) - с, r*= -(0)-cq - вектор параметрических рассогласований в установившемся состоянии после проведения процедуры идентификации определенного этапа s и q =0. Значение дисперсии общего параметра для случая, когда случайные возмущения ненулевые можно представить на определенном этапе s идентификации как:

  .                                       (7)

Уравнения (7) определены при t→∞. Однако данное условие алгоритма (5) не является необходимым, поскольку при увеличении t точность оценивания уточнение быстро повышается и можно ограничиться их приближенным значением для t = 912.

Таким образом, величина дисперсии общего параметра является мерой точности процесса параметрической идентификации. Так, если задаться определенной точностью δ оценки параметров, то при выполнении условия ≤δ параметры объекта будут определены как =+M{β(t)}. Для случая, когда , т.е. точность оценки метода не удовлетворяет заданной, возможно перейти к методам идентификации, способным уменьшить ||r*||   до требуемых пределов, например, с введением вектора общих параметров размера m при постройке модели.

Согласно принципу представления нескольких общих параметров, модели оценки N параметров представляются в виде групп на основе определенных признаков, например технологических, областей определения неизвестных параметров, чувствительности некоторого показателя эффективности идентификации к изменениям параметров и др. Каждая j-я (j=l,m) группа состоит из Pj параметров, в которых по результатам эксперимента перестраивается только один βj(t) общий параметр. Идентификация методом векторного общего параметра предполагает представление модели (2) в виде:

 

,                                       (8)

 

где = - вектор и j-й подвектор начальных значений параметров модели;

 - вектор общих параметров.

Матрица Q размера nxm в зависимости от представления параметров модели имеет вид Q=diag(q1I1,…,qmIm) или Q=diag(h1,…,hm), где Ij – единичный вектор размера Pj;

qj – весовые коэффициенты;

hj =[ hj1,…,hjpj] – векторы весовых коэффициентов; m<N.

Представление модели в виде (8) определяет настройку не всех составляющих N  -мерного вектора параметров модели, а только m общих параметров, которые являются общими для определенных групп. Метод векторного общего параметра целесообразно применять при оценивании многомерных систем, поскольку представления многомерной системы в виде нескольких взаимосвязанных децентрализованных по выходу подсистем позволяем оценивать параметры каждой подсистемы независимо от идентификации всей системы в целом. Тогда для оценивания параметров каждой подсистемы можно применять все подходы метода общего параметра.

Для определения оценок вектора β(t) можно использовать рекуррентную форму метода наименьших квадратов. Тогда рекуррентные алгоритмы  оценки  общих параметров представимы в виде:

 

,

 

,      ,                          (9)

 

.

 

 

Метод векторного общего параметра может быть применен для идентификации больших систем с иерархической структурой, базирующихся на декомпозиции исходной системы на р подсистем, координируемых с помощью некоторого супервизорного регулятора. При этом связи xi какой либо i-й подсистемы с любой другой подсистемой измеримы. Для i-й подсистемы Si вида:

 

, ,                                         (10)

 

находится такая модель Mi:

 

,

 

что множество всех возможных моделей будет:

 

В четвертом разделе  для задач управления технологическим процессом производства агломерата сформулированы основные положения многоуровневой иерархической системы управления многостадийными технологическими процессами, определены скалярные функции качества, определена задача оптимальной коррекции технологического процесса с высоким уровнем стохастичности технологии, поставлена и решена задача разработки адаптивной системы управления с идентификатором (АСИ) технологическим процессом  (ТП) спекания агломерационной шихты. На базе метода общего параметра разработаны системы оптимальной стабилизации с настраиваемой моделью, определены необходимые условия сходимости алгоритмов идентифи­кации замкнутых АСИ. Сформированы концепции создания цифровой промышленной системы, на базе которой реализовывается система.

В соответствии с иерархической двухуровневой структурой управления  ТП включает в себя (рисунок 1):

1) координатор (систему верхнего уровня). Задачей координатора является оптимизация (оптимальная настройка) ТП в целом. Результатами решения этой задачи являются оптимальные режимы ТП;

2) локальные системы управления технологическими стадиями, которые являются по отношению к координатору системами нижнего уровня. Задачами локальных СУ являются задачи оптимальной настройки технологических стадий, задачи стабилизации и уменьшения разброса характеристик полуфабриката на выходе технологических стадий .

При этом с учетом многостадийной структурой ТП и двухуровневой структурой системы управления необходимо представление модели ТП в виде последовательности моделей технологических стадий. Модель ТП, необходимая для решения рассматриваемых задач двухуровневого управления, должна описывать зависимость распределений наблюдаемых характеристик полуфабрикатов и готовых изделий от режимов работы ТП.

Для данного типа иерархической системы характерно взаимодействие с ТП управления нескольких локальных регуляторов, причем их действие координируется регулятором «верхнего уровня» - координатором. Без координации каждый локальный регулятор нижнего уровня управляет своей частью системы таким образом, чтобы достичь оптимума своей локальной целевой функции, без учета влияния на другие части системы и общую целевую функцию.

Целью координатора является обеспечение такой работы каждого локального регулятора, чтобы достигалось оптимальное значение общей целевой функции.

Предполагается, что i-ый локальный регулятор получает соответствующей подсистемы измерение хi , которое преобразуется и передается в координатор. Координатор собирает преобразованные, измерения zi от всех локальных регуляторов и в свою очередь передает в локальные регуляторы значения координирующих переменных р. При этом i-ый локальный регулятор передает управляющее воздействие ui в соответствующую подсистему .

Апостериорной информацией для i-oгo локального регулятора является измерение xi вместе с координирующей переменной pi, а z=[] представляет собой апостериорную информацию для координатора.

Априорная информация включает в себя математическое описание ТС и соответствующие вероятностные распределения технологических факторов влияющих на свойства агломерата.

Допустимыми законами управления для i-oro локального регулятора и координатора являются функции ui =fuiii,) и рi =fzi(z),i=, соответственно, каждая из которых отображает множество векторов xi, рi и z во множество векторов ui и р.i, соответственно.

Основная схема адаптивной системы управления с идентификатором приведена на рисунке 2.

 

                    f                                                                                    x

 

 


                                                                       u

 

                                                                                                    x0

 

 

       

                                                                             

 

 

 

Рисунок 2 - Основная схема адаптивной системы управления

с идентификатором

Здесь на входе неизвестного объекта Wo с меняющимися характеристиками действует вектор контролируемых возмущений f и скалярное управление u. Оператором объекта Wo эти входные переменные преобразуются в выходную переменную х. Параллельно объекту управления показан идентификатор I, который по измеренным входам f, u и входным переменным определяет оценки  параметров  оператора объекта. По этим оценкам  и входным переменным и в блоке R определяется управляющее воздействие, минимизируется заданный критерий качества Q. Таким образом, ставится задача поддержания выхода объекта Wo на заданном уровне хо, когда параметры объекта е неизвестны, т.е. целью управления является требование x(t)хо при t.

Формулировка задачи адаптивного управления включает описания модели объекта, допустимых управлений и критерия качества. Будем рассматривать дискретные линейные модели с одним входом и одним выходом, соотношения «вход-выход» которых задаются в развернутом виде:

 

                          (11)

 

где u(t)-вход системы;

x(t)-выход системы;

v(t)-возмущение, действующее на систему в момент времени t, причем <;

ai, bj-неизвестные параметры.

Необходимо найти допустимый закон управления, который обеспечивает предельную близость выходного сигнала к нулю, имея в виду стабилизацию выхода вблизи нулевого уровня, приняв в качества критерия минимум квадратичной ошибки стабилизации:

 

Q=Mx(t)2 .                                                  (12)

 

Однако классически применяемые алгоритмы адаптации являются достаточно инерционными, поскольку ведется одновременно настройка всех N=n+т+1 параметров модели (11).

Алгоритм адаптации значительно упростится, если настраивать не каждый параметр модели (11), а их общую часть, т.е. использовать алгоритмы идентификации метода общего параметра.

В соответствии с данными методом параметры модели (11) возможно представить в виде:

 

        (13)

 

где (0), (0)-начальные значения оценок параметров;

(t), (t)-настраиваемые общие параметры.

Как следует из метода общего параметра, здесь для модели (11) проводится настройка не всех N параметров, а только двух общих параметров, являющихся каждый общим для своей группы.

Алгоритмы настройки общих параметров в градиентной схеме определяется в виде

 

                                     (14)

,

 

где -некоторые скалярные величины.

Реальный алгоритм управления, полученный для задачи стабилизации имеет вид: 

                                      (15)

 

где (t), (t) –оценки параметров объекта. Если (t)ai, (t)bj при

t, то имеет место сходимость процессов управления. Для (15) является естественным значительное упрощение алгоритма адаптации, когда необходимо настраивать не каждый неизвестный параметр (t), (t), а их суммы

 

                                  (16)

Таким образом, применение алгоритмов метода общего параметра позволяет создавать достаточно упрощенные по сложности и более быстродействующие по управлению адаптивные системы управления с идентификатором.

Результаты приведенных экспериментов модели адаптивной системы управления приведены на рисунках 3 и 4. В  первом случае в момент перехода к регулированию система имеет настроечные параметры предыдущего шага, установленных для базисной кривой 1, а фактическое изменение без регулятора соответствует кривой 3,  во втором случае в момент перехода к регулированию система имеет настроечные параметры предыдущего шага, установленных для кривой 3, а фактическое изменение без регулятора соответствует кривой 1. Полученные результаты подтверждают теоретические результаты на эффективность использования адаптивной системы с настраиваемой моделью на базе общего параметра. Кривые 1 и 3 соответствуют максимальным границам изменения значения температуры в средней зоне спекания.

 


                                                                   

Заключение

1. Разработаны методологические принципы моделирования обобщенно­го технологического процесса спекания агломерационной шихты, его функционального состава, характер ис­пользуемых в нем явлений физической природы.

2. В рамках общей методологии построения моделей разработаны методо­логия и алгоритм этапов раскрытия рангов неопределенности моделей сложных технологических систем. Проведены  эксперимен­тальные исследования. При анализе априорной информации об объекте и обработке экспериментальных данных получены модели сигналов отдельных каналов контроля, оценок технологических параметров объекта, решения которых позволили создать дополнительные информационные каналы и решена задача идентификации .

3. В соответствии с методологическими принципами исследования обоб­щенного технологического процесса получено математическая модель процесса спекания агломерационной шихты, с использованием материального и теплового балансов, степеней превращения веществ.

4. Проведен анализ алгоритмов параметрической идентификации, ориен­тированных к оцениванию параметров при ограниченных детерминированных и случайных возмущениях, воздействующих на исследуемый технологи­ческий процесс.

5. Предложены и обоснованы алгоритмы метода общего параметра с целью повышения скорости оценивания параметров при ограниченном времени  наблюдения.

6. Обосновано использование алгоритмов метода общего параметра для последовательной идентификации многостадийных процессов,  координи­руемых с помощью некоторого супервизорного регулятора, когда ставится задача дос­тижения приемлемых результатов за конечный промежуток времени.

7. Для задач управления технологическим процессом производства по изменению контролируемых характеристик компонентов шихты, технологических параметров и готового агломерата сформулированы основные положения многоуровневой иерархической системы адаптивного управления.

8. Определены скалярные функции качества для входов технологических стадий в условиях значительного разброса технологических параметров спекания агломерационной шихты. При двухуровневой структуре системы управления функции качества для выходов технологических стадий могут рассматриваться как средства координации систем управ­ления технологических стадий, являющихся локальными системами по отношению к системе управления технологическим процессом как координатору.

9. Формализована задача иерархического адаптивного управления много­стадийным технологическим процессом непрерывного производ­ства агломерата. Разработа­ны системы оптимальной стабилизации с настраиваемой моделью.

На основе полученных в работе теоретических результатов разработаны алгоритмы  проведения экспериментов на промышленном объекте и построена  адаптивная система управления с настраиваемой моделью для агломашины №3 металлургического комбината АО "Казцинк".

Список опубликованных работ по теме диссертации:

 

1                        Фризен Я.Г., Узденбаев Ж.Ш. Исследование методов непрерывного измерения уровня сыпучих материалов. //Сборник докладов 12-ой конференций молодых ученых.  Темиртау, 1984. С. 89-93.

2                       Фризен Я.Г., Узденбаев Ж.Ш., Безыменко Г. Математическое обеспечение системы дозирования шихтовых материалов ДП4 КарМК. //Тезисы докладов республиканской межотраслевой научно- технической конференции "Автоматизация производственных процессов в отраслях тяжелой промышленности Казахстана".  Караганда, 1986. С. 112.

3                       Фризен Я.Г., Узденбаев Ж.Ш. Система автоматического дозирования компонентов доменной шихты. //Сборник материалов всесоюзного научно- технического семинара "Автоматизация управления доменным производством".  Киев, 1987. С. 47-49.

4                       Муканов Д.М., Фризен Я.Г., Безыменко Г.Г., Узденбаев Ж.Ш. Система автоматического управления дозированием шихтовых материалов с применением микро-ЭВМ. //Бюллетень института "Черная металлургия" "Черметинформация".  Москва, 1988, №5. С. 59-60.

5                       Конуров У.К., Узденбаев Ж.Ш. Автоматизированная система управления шихтовкой доменной плавки. //Тезисы докладов республиканской межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы, опыт создания и использование средств контроля и АСУ ТП в техническом пере вооружений производства ".  Караганда, 1989. С.123.

6                       Узденбаев Ж.Ш., Конуров У.К. Устройство контроля интенсив­ности  хода доменной печи.  Авторское свидетельство №1712427 в Госреестре изобретений СССР, 1990г.

7                       Нагайцев Ю.В., Узденбаев Ж.Ш., Тиштыбекова С. Опыт разработки и внедрения АСУ "Шихтовка" на ДП2 КарМК. //Сборник материалов всесоюзного совещания ВДНХ "Создание и внедрение АСУ ТП в черной металлургии". Москва, 1990. С.45.

8                       Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Автоматизация процесса обработки результатов фотометрического экспресс анализа химсостава сырья. //Тезисы докладов Республиканской  конференции. Наука и образование в стратегии регионального развития. Караганда, 1999. С.348-349.

9                       Узденбаев Ж.Ш., Касенов А.Б. Автоматизация процесса классификации дисперсных частиц с использование многомерных моделей. //Тезисы докладов Республиканской  конференции "Наука и образование в стратегии регионального развития". Караганда, 1999. С.347-348.

10                  Узденбаев Ж.Ш., Косой А.А. Автоматизированный фотометрический экспресс анализ химсостава сырья. //Тезисы докладов Республиканской  конференции "Наука и образование в стратегии регионального развития". Караганда, 1999. С.346-347.

11                  Узденбаев Ж.Ш., Узденбаева Ж.К. Многосвязное автоматизированное управление процессом очистки воды в аэротенках. //Тезисы докладов Республиканской  конференции "Наука и образование в стратегии регионального развития". Караганда, 1999. С.349-350.

12                  Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Адаптированный алгоритм автоматической настройки параметров конвейерных весов. //Сборник материалов научно-практи­ческой конференции "Обра­зование и наука в современ­ных условиях развития Ка­захстана: опыт, проблемы и перспективы". Уральск, 2002, С.38–40.

13                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Применение цифровых технологий и адаптивного алгоритма градуировки  в конвейерных системах взвешивания. //Вестник КазНТУ.  Алматы, 2004., том4. С.55-57.

14                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Цифровой алгоритм адаптивной  градуировки конвейерных систем взвешивания. //Вестник ВКГТУ.  Усть-Каменогорск, 2004., №3. С. 113-117.

15                  Узденбаев Ж.Ш., Мутанов Г.М., Кылышканов М.К.Разработка алгоритма адаптивной градуировки  конвейерных систем взвешивания  с применением микроконтроллерных технологий. МАИН. //Сборник трудов международной научно- практической конференции «Состояние, проблемы и задачи информатизации в Казахстане».  Алматы, 2004. С.115-162.

16                  Узденбаев Ж.Ш., Мутанов Г.М., Кылышканов М.К. Синтез цифровых адаптивных  алгоритмов управления непрерывными технологическими процессами. МАИН. //Сборник трудов международной научно- практической конференции «Состояние, проблемы и задачи информатизации в Казахстане». Алматы , 2004. С. 146-154.

17                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Авторское свидетельство №48486 «Способ градуировки конвейерных весов». Комитет по правам интеллектуальной собственности МЮ РК, 2004г.

18                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Авторское свидетельство №48082 «Способ тарировки конвейерных весов» Комитет по правам интеллектуальной собственности МЮ РК, 2004г.

19                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Цифровая промышленная система с адаптивным алгоритмом управления инерционным непрерывным технологическим процессом. //Сборник материалов 1-й международной научно- технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение». Усть- Каменогорск, 2005. С.224-225.

20                  Мутанов Г.М., Узденбаев Ж.Ш., Кылышканов М.К. Применение цифровых средств и адаптивного алгоритма управления градуировки в конвейерных системах взвешивания. //Сборник материалов 1-й международной научно- технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение». Усть- Каменогорск, 2005. С.195-196.

21                  Мутанов Г.М., Сыздыков Д.Ж., Узденбаев Ж.Ш, КылышкановМ.К. Синтез адаптивных алгоритмов управления непрерывными технологическими процессами. Монография.  Усть – Каменогорск, 2006.

22                  Узденбаев Ж.Ш. Использование взаимной корреляции параметров для контроля технологического режима. //Материалы международной научно-практической конференции "Информационно-коммуникационные технологии как основной фактор развития инновационного общества".  Усть – Каменогорск, 2007. С.316-322.

23                  Узденбаев Ж.Ш. Оценки технологических параметров при  недостаточной измерительной информации. //Материалы международной научно-практической конференции "Информационно-коммуникационные технологии как основной фактор развития инновационного общества". Усть – Каменогорск, 2007. С.319-322.

24                  Узденбаев Ж.Ш. Аналитический фильтр оценок при наличии помех технологического характера. //Вестник ВКГТУ.  Усть – Каменогорск, 2007, №2. С. 32-35.

25                  Узденбаев Ж.Ш. Динамические оценки взаимной корреляции технологических параметров. //Вестник ВКГТУ. Усть – Каменогорск, 2007, №2. С.29-32.

 

05.13.06- Технология үрдістері мен өндірістерді автоматтандыру

және басқару мамандығы бойынша

 

ӨЗДЕНБАЕВ ЖАНБАЙ ШҮЙІНШӘЛІҰЛЫНЫҢ

 

"Агломерациялық қоспаны қуыру  технология үрдістерін бейімді басқару жүйесін жасау және зерттеу" тақырыбына диссертациялық жұмысының

 

Түйіні

 

Автоматизация объектісі тұрғысында технология үрдісіне, технология арналары факторлары мен параметрлерінің өзара байланысына сараптау жүргізілген, агломерациялық қоспаны қуыру  технология үрдісінің тиімділігін бағалау әдістері қарастырылған, агломерациялық қоспаны қуыру  үрдісін автоматтандыру тәсілдері сарапталған.

Агломерациялық үрдістерді математикалық модельдермен көрсеткенде айнымалылардың априорлық және ағынды кездейсоқ құрамдастардың болуы қазіргі кездегі агломерациялық қоспаны қуыру  технология үрдісін автоматтты реттеу жүйелерінің қолданылуын тиімсіз етеді.

Математикалық сипатталуы күрделі агломерациялық қоспаны қуыру  технология үрдісін басқаруда мейлінше мақсаттысы бейімді басқару принциптеріне негізделген   замаңгер әдістерін жасау мен пайдалану болып табылады. Жалпыланған технология үрдістерін модельдеу принциптері, оның функционалдық құрамы, онда пайдаланылатын табиғи физикалық құбылыстардың мінездемесін ескеретін әдістемелік принциптер жасалған.

Материалдық және жылулық баланстарды, заттардың бір- біріне айналу дәрежесін пайдаланатын математикалық модель алынған. Бұл модель үрдістің ерекшеліктерінен ақпарат беретін және идентификация параметрлері болып қызмет ететін реакция жылдамдығы, белсендірілу энергиясы сияқты макрокинетикалық тұрақтылар, сондай-ақ реакция жылулықтары, жылу сиымдылықтары, жылулықұлғаю, келтірілген жылу ағындары  сияқты термодинамикалық коэффициенттерді қамтиды.  

Алынған модельді пайдаланып объектінің тепе- теңдік күйленрінің айрықша нүктелерінің координаталарын зерттегендегі нәтижелері келтіріліп, жылулық күйлері облыстары, оттегіні пайдалану дәрежесінің төмендеу, күкірттің әр түрлі мәндеріндегі технологиялық қолайлы аумақтар көрсетілген, үрлеуді ұлғайтқандағы, оттегі шығынын ұлғайтқандағы объектінің күйі сипатталған.

Шектеулі уақыт интервалында қолданылуға жарайтындай нәтижеге қол жеткізу есебі жағдайындағы қайбір супервизорлық реттеуішпен бағытталатын көп сатылы үрдістерді тізбектей идентификациялау үшін жалпы параметр әдісі алгоритмі негізделінген.

Жасалған өндірістік объектіде эксперимент өткізудің және бейімді басқарудың алгоритмдік қамы нәтижелері "Қазмырыш" АҚ металлургия комбинатының №3 агломашинасының  ақпарат – басқару жүйесі жобасында пайдаланылған. Жүйе замангерлік S7 -300 сериялы SIMATIC микропроцессорлық құрылымдар мен SIEMENS өндірістік компьютерлер базасында жобаланған.

Жұмыс нәтижелері сондай-ақ Д.Серікбаев атындағы ШҚМТУ- дың магистрлері және 3401 "Аспаптар жасау және автоматтандыру жүйелері" мамандығы студенттерінің және туындас пәндер курсы бойынша оқу үрдісінде пайдаланылады. Жұмыстың практиқалық құндылығы үш өнер тапқыш авторлық куәлікпен айғақталады.

 

THE SUMMARY

 

of  ZHANBAY UZDENBAEV

 

Dissertation work of the theme

 

"Development and research system of adaptive control technological processes glazing agglomerate mixture"

 

05.13.06- Automation and control of technological processes and manufacture

 

The Organized analysis of the technological process, as object to automations, intercoupling factor and parameter technological channel, they are considered methods of the estimation to efficiency of the process glazing agglomerate mixture, analysis of the methods to automations of the process glazing agglomerate mixture.

Using existing systems of the automatic regulation technological mode process glazing agglomerate mixture not effectively at presence casual forming variable a priori and the current nature in presentation of the mathematical models process agglomeration.

The most expedient in management technological process glazing agglomerate mixture, which is characterized by difficulty маthematic description, is a development and use the modern methods, founded in a milieau of adaptive control.

It Is Designed methodological principles of modeling generalized technological process, his functional composition, nature used in him phenomenal physical natural.

It Is Received mathematical description of the process glazing agglomerate mixture, with use material and heat balances, degrees of the conversion substance. It Is Received mathematical description of the process glazing agglomerate mixture, with use material and heat balances, degrees of the conversion material. This model contains the macro kinetics of the constant, as constant to velocities to reactions, energy to activations, as well as thermodynamic factors, as heats reaction, heat expansion, brought heat flows, which carry information on particularity of the process and serves the parameter identification.

The Broughted results got at studies of the coordinates wasp-fighting point balance of the conditions of the object, with use got by model, presentation of the areas of the heat condition, reductions degree uses of the oxygen, technologically favourable zone for different importances of the contents of the sulphur, is characterized condition of the object under enlarge-thread blown, when increase the consuption oxygen.

Motivated use algorithm method of the general parameter for consequent identification processes, coordinated by means of a certain supervision of the regulator, when is put fordatcha of the achievement acceptable result for final gap times.

The Results designed algorithmic ensuring the undertaking the experiment on industrial object and adaptive management are used in project information- controlling systems vehicle agglomerated N3 metallurgical combines АО "Kazzinc". The System was designed on the base of the modern microprocessor facilities SIMATIC series S7 -300 and industrial computer SIEMENS. The Results of the work are used also in scholastic process in D.Serikbaev EKSTU for masters and student to professions 3401 "Instrument construct and systems to automations" and on adjacent discipline. Practical value of the work is confirmed three author's certificates on invention.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано к печати 22.10.2007 , Бум. №1

Печать офсетная. Гарнитура «Таймс». Объем 1,5 п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 238

 

Издательство «Идан» г.Алматы,

ул. Макатаева, 117

 

Вы 22531513-й посетитель.
Powered by Drupal
Copyright © KazNRTU, 2007-2016