Управление процессом вакуумной сепарации губчатого титана
Диссертация
Автор: Ерыпалова, Мария Николаевна
Название: Управление процессом вакуумной сепарации губчатого титана
Справка: Ерыпалова, Мария Николаевна. Управление процессом вакуумной сепарации губчатого титана : диссертация кандидата технических наук : 05.13.06 / Ерыпалова Мария Николаевна; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т] - Березники, 2010 - Количество страниц: 150 с. ил. Березники, 2010 150 c. :
Объем: 150 стр.
Информация: Березники, 2010
Содержание:
Основные обозначения и сокращения
Введение
Глава 1 Описание предметной области
11 Процессы производства губчатого титана
12 Постановка задачи оптимального управления
13 Варианты решения задачи синтеза позиционного регулятора
14 Конечно-разностная модель аппарата сепарации титана
15 Численная реализация конечно-разностной модели
16 Результаты применения модели
17 Выводы по главе 1
Глава 2 Построение математической модели объекта и определение оптимальных настроек регулятора
21 Модель объекта управления с переменными свойствами
22 Реализация модели в программных пакетах MS Excel и MathCAD
23 Моделирование объекта управления в среде Simulink
24 Метод определения оптимальных настроек регуляторов для объектов с переменными свойствами
25 Описание существующих численных методов оптимизации
26 Исследование стандартных регуляторов применительно к процессу регулирования температуры вакуумной сепарации губчатого титана
27 Выводы по главе 2
Глава 3
31 Поиск оптимальных настроек ПИ-регулятора
32 Поиск оптимальной настройки позиционного регулятора
33 Поиск оптимальных настроек компенсирующего звена
34 Поиск оптимальных настроек ПИ-регулятора с учетом колебательности переходных процессов
35 Поиск оптимальных настроек регулятора при заданном соотношении управляющих и возмущающих воздействий
36 Вывод по главе 3
Глава 4 Реализация системы адаптивного управления процессом вакуумной сепарации 1убчатого титана,
41 Общий алгоритм адаптации к изменению свойств объекта управления
42 Комбинированная система с подачей корректирующего сигнала на вход регулятора
43 Комбинированная система с подачей корректирующего сигнала на вход объекта
44 Адаптивная позиционная система
45 Реализациястемыиспользованиемандартных алгоблоков;
46 Физическая реализация импульсной позиционной системы автоматического регулирования:
47 Выводы по главе 4
Введение:
Многие промышленные объекты, повышение качества управления которыми имеет большое значение для экономики страны, характеризуются нестационарностью свойств. Она может быть вызвана механическим износом, изменением свойств рабочего тела, активности катализаторов в химико-технологических системах, изменением физических или электромагнитных свойств в металлургических объектах и так далее. При этом оптимальные условия ведения процессов часто находятся в опасной близости от границы области параметров, опасных для состояния оборудования или ведущих к неизбежному браку продукции. Поэтому разработка методов поддержания параметров промышленных объектов как можно ближе к критической зоне, но без попадания в нее, несмотря на изменчивость свойств самого объекта, является важной и актуальной научной задачей.
Так, в корпорации ВСМПО-Ависма (г. Березники Пермского края) подобными объектами являются рудно-термические печи, колонны ректификации, аппараты сепарации титановой губки и др. Корпорация является единственным в РФ производителем титана и обеспечивает около 32% мировой потребности в титановых изделиях, поставляемых для Boeing, Airbus Industrie и других потребителей. Качество таких изделий, в значительной степени, определяется именно качеством титановой губки. В процессе сепарации требуется поддерживать температуру внутренней поверхности аппарата как можно ближе, но не достигая температуры образования эвтектики титан-железо, при наличии которой весь блок губки бракуется. Следовательно, повышение качества управления объектом с нестационарными свойствами ведет к значительной экономии энергии и повышению доходности предприятия за счет повышения качества продукции. Аналогичная ситуация складывается и на других промышленных предприятиях, где есть технологически важные объекты с нестационарными свойствами.
Для многих из этих объектов характерно также наличие транспортного запаздывания, в том числе, изменяющегося во времени, что дополнительно осложняет оптимальную настройку регуляторов.
По перечисленным выше причинам, промышленные объекты с нестационарными свойствами (ПОНС) являются нелинейными объектами управления. Исследование управления линейными объектами хорошо изучено, существуют методы синтеза оптимальных регуляторов, например, принцип динамической компенсации; метод порождающих функций синтеза регуляторов; метод матричных операторов; проекционный метод синтеза; сеточно-параметрический метод синтеза; методы модального управления и др. Они, в общем случае, неприменимы для ПОНС из-за нестационарности свойств, вследствие чего решение уравнений объекта нельзя получить в аналитическом виде.
По мере изменения параметров ПОНС, настройки систем управления должны адекватно изменяться, следовательно, речь идет о синтезе адаптивной системы автоматического управления (САУ) с идентификацией свойств объекта. Применение классических методов идентификации (исследования при заданных или псевдослучайных воздействиях, спектральные методы идентификации и др.) нежелательно, так как для получения достоверных результатов необходимо проведение активного эксперимента в ходе промышленного производства. То есть необходимо также разработать методы идентификации ПОНС в ходе работы САУ без дополнительных воздействий на него.
Вопросами автоматизации процессов производства губчатого титана долго и плодотворно занимался Ю.П. Кирин. Задачи моделирования, идентификации и оптимального управления промышленными объектами с нестационарными свойствами привлекали внимание многих исследователей: Балакирев B.C., Емельянов С.В., Закгейм А.Ю., Кафаров В.В. Коростелев В.Ф., Красовский А.А., Магергут В.З., Макаров Р.И., Мешалкин В.П., Иетушил А.В. Островский Г.М., Попов A.M., Пупков К.А., Ротач В.Я.,
Солодовников В.В., Стефании Е.П., Фрадков A.JL, Фролов С.В., Цыпкин Я.З., Черепанов А.И. и другие. Однако работы данных авторов больше ориентированы на оптимальное управление линейными объектами и на аналитическое исследование качества регуляторов. Цель работы
Улучшение качества управления технологическими объектами с нестационарными характеристиками, с целью снижения себестоимости конечного продукта и повышения его качества. Объект исследования
Процесс вакуумной сепарации губчатого титана. Предмет исследования
Система автоматического управления (САУ) технологическим процессом.
Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
1. Выявлены особенности процесса вакуумной сепарации губчатого титана как промышленного объекта с нестационарными свойствами, поставлена задача управления, определены ограничивающие условия.
2. Проведен анализ возможности применения традиционных методов идентификации и управления применительно к объекту исследования.
3. Разработана обобщенная математическая модель объекта исследования с переменными коэффициентами, уточнены теплофизические параметры системы.
4. Разработан метод численного определения оптимальных настроек регуляторов, позволяющий также определять качество настроек САУ.
5. Исследованы с применением разработанного метода несколько комбинированных и адаптивных автоматических систем регулирования (САР).
Методика исследования
При решении поставленных задач использовались методы теории управления, структурного анализа и моделирования, аналитической и численной оптимизации, имитационного моделирования. Использовались программные средства MS Excel, VBA, MATLAB, Simuiink, MathCAD и другие. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач и методов их решения, корректным использованием теории моделирования и автоматического управления, теории оптимизации, теории планирования эксперимента.
|
