Разработка метода спектральных плотностей для синтеза систем управления с дискретным запаздывающим контролем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Кадыров, Энвер Джумагелдиевич

• Кадыров, Энвер Джумагелдиевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кадыров, Энвер Джумагелдиевич

ВВЕДЕНИЕ-----------------------------------------------------------------------------—

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБЗОР ПРЕДЫДУЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Характеристика металлургических процессов как объектов управления

1.2. Особенности технологического контроля параметров печи Ванюкова------------------------------------------------------------------------—

1.3. Применение методов синтеза для проектирования АСУ ТП.

1.4. Основные вопросы разработки метода спектральных плотностей и постановка задач исследований

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода спектральных плотностей для синтеза систем управления с дискретным запаздывающим контролем»

Технологические процессы металлургического производства, в частности, процесс плавки сульфидного сырья на штейн в печи Ванюкова (ПВ) отличаются значительными трудностями в осуществлении автоматического контроля их основных параметров, которые обусловлены невозможностью непрерывного измерения химического состава и ряда физических свойств материалов (руды, кварцита и др.) и продуктов (штейна, шлака и отходящих газов). В настоящее время недостаточно разработаны методы синтеза систем управления при дискретном запаздывающем контроле (ДЗК) технологических параметров, который характерен для подобных объектов металлургического производства. Другими особенностями этих объектов являются многосвязность и нелинейность. Решение многих вопросов для таких объектов возможно с помощью методов имитационного моделирования. Однако, большое теоретическое и практическое значение в настоящее время имеет развитие более простых приближенных методов расчета, позволяющих хотя бы в первом приближении оценить основные динамические качества проектируемой многосвязной автоматической системы с учетом дискретного запаздывающего контроля. Такая оценка позволяет разработать первоначальную структуру автоматической системы и определить область наивыгоднейших значений её параметров. Без указанного предварительного расчетного этапа применение имитационного моделирования часто оказывается непродуктивным.

Сказанное определяет актуальность данной диссертации, направленной на развитие прямых приближенных методов расчета многосвязанных систем регулирования с учетом дискретного запаздывающего контроля для металлургического производства.

Целью работы является разработка методов синтеза для проектирования систем управления с дискретным запаздывающим контролем, разработка применения метода спектральных плотностей (СП) для объектов управления в 5 условиях недостаточности технологического контроля и разработка алгоритмов реализации метода спектральных плотностей для проектировании систем управления объектами металлургического производства.

Результаты исследований применены при разработке технико-экономического обоснования АСУ ТП при проектировании комплекса печи Ванюкова для переработки сульфидного сырья на площадке пос. Никель ОАО "Кольская горно-металлургическая компания". Промышленное применение результатов исследований поможет обеспечить рациональное использование возможностей аналитических служб, стабилизацию состава штейна и шлака и уменьшить потери цветных металлов с шлаком.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Кадыров, Энвер Джумагелдиевич

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. На основе системного подхода проведен анализ методов параметрического синтеза для сложных многосвязных технологических процессов. При этом учитывалось, что период отбора проб и запаздывание получения результатов измерения, обработки и анализа пробы, являются основными параметрами, определяющими точность управления составом продуктов.

2. Разработана методика приближенного прямого расчета многосвязанных систем управления с дискретным запаздывающим контролем путем применения для таких объектов метода спектральных плотностей, состоящая из следующих этапов:

• Методами теории инвариантности в многомерную систему стабилизации вводятся перекрестные регуляторы так, что многомерная совокупность контуров обратной связи, корректирующих работу компенсатора, распадается на одноконтурные, автономные системы - квазисистемы.

• Структурные линейные преборазования квазисистемы позволяют рассматривать ее в виде двух взаимодействующих подсистем. Первая из них квазиинвариантный компенсатор, подвергающийся стационарным случайным возмущающим воздействиям в виде неуправляемых колебаний. Вторая - замкнутый контур, включающий линейную модель технологического процесса и оператор формирования сигналов обратной связи по результатам дискретного запаздывающего контроля выходного показателя. Возмущающим воздействием для этого контура является сигнал недокомпенсации на выходе первой подсистемы.

• Структурными преобразованиями контура обратной связи в автономной квазисистеме, при дискретном запаздывающем контроле сводится к двум последовательно решаемым задачам: параметрической оптимизации ПИ-алгоритма формирования сигналов обратной связи и анализу спектральной плотности колебаний выходных показателя при оптимальных параметрах настройки контура обратной связи и заданной функции спектральной плотности сигнала недокомпенсации возмущений. При этом оптимизация дискретного контура обратной связи, заменяется оптимизацией непрерывной обратной связи эквивалентной системы, характеризующейся величиной эквивалентного запаздывания тэкв •

3. Формализована зависимость параметра тэкв от параметров дискретного запаздывающего контроля путем регрессионной обработки результатов идентификации во всех точках плана. Использование полученной зависимости тэкв позволяет исследовать непрерывную функцию спектральной плотности сигнала на выходе объекта с целью выбора оптимальных значений настроек регулятора в цепи обратной связи и решения вопроса о целесообразности компенсации тех или иных возмущений на входе.

4. Установлено, что на этапе проектирования системы представляется возможным оценить те параметры непрерывного косвенного контроля выходной величины Рф, непосредственно не поддающейся непрерывному измерению, обеспечение которых делает целесообразным применение косвенных измерений вместо непосредственного дискретного и запаздывающего контроля в цепях оперативного управления.

5. Для прямого приближенного расчета дисперсии на выходе системы стабилизации с линейным фильтром оценивания необходимо представить уравнения фильтра в виде передаточных функций по разработанной методике и применить для расчета дисперсии метод спектральных плотностей.

6. Применение разработанных методов к анализу проекта печи Ванюкова позволило выявить неэффективность управления составом штейна и шлака по

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе дано решение научной задачи, заключающейся в разработке метода параметрического оптимизационного синтеза для систем автоматического управления при дискретном запаздывающем контроле выходного сигнала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кадыров, Энвер Джумагелдиевич, 2000 год

1. Закгейм А.Ю., Введение в моделирование химико-технологических процессов. М.: Химия, 1982. 288 с.

2. Кагонов В.Ю., Блинов О.М.: Беленький A.M.: Автоматизация управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1974. 416 с.

3. Ванюков A.B., Уткин Н.И., Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск, Металлургия, 1988. 432 с.

4. Куо Б., Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1986. 447 с.

5. Справочник металлурга по цветным металлом. Производство глинозема. (Аграновский A.A., Берх В.И., Кавина В.А. и др.). М.: Металлургия, 1970. 320 с.

6. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение, 1989. 752 с.

7. Прангишвили И.В., Амбарцумян A.A., Основы построения АСУ сложными технологическими процессами.М: Энергоавтомиздат, 1994. 304с.

8. Михайлович B.C., Волкович В.Л., Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982. 286с:

9. Воронов A.A., Теория Автоматического управления, 2-час. М.: Высшая школа, 1986. 367с.

10. Мееров М.В., Многосвязные системы управления. М.: Радио и связи, 1990. 325с.

11. Fiman М., Waller K.V., Автонастройка многосвязных систем управления, Ind. and Eng. Chem. Res. 1994. -33, №7, -cl708-1717, Англ.

12. Оптимальная разработка многоконтурных систем с обратной связью на основании искусственного интеллекта. AlChe Journal 1995. 41 №2 -с430-434. Англ.

13. Низамутдинов О.Б., Математическое моделирования процесса производство в условиях случайных возмущений. Пермскик политехнический институт, Пермь, 1989.

14. Вырубова Т.Ф., Количественная оценка схемы аналитического контроля в АСУ ТП приготовления сырьевой смеси при наличие проточной гомогенезации. В кн. Опыт создания, разработки, внедрения и эксплотации АСУ ТП., ЛДНТП, 1982. с. 53-58.

15. Титов Н.И. и Успенский В.К., Моделирование систем с запаздыванием. 1969. вып. 361.

16. Бендат Дж. Пирсол А., Измерение и анализ случайных процессов. Пер. с анг. Г.В. Матушевского и В.Е. Привальского. М.: Мир, 1974. 463с.

17. Разработка автоматизированной системы научных исследований и проектирование технологического процесса тепло массообмена. Журнал, Теор. Основы хим. Технологии, 1994. 28, №5, с 537-555.

18. Кулибанов Ю.М., Методы оптимизации. М. Наука, 1998. 110с.

19. Розов А.К., Оценивание параметров случайных сигналов в автоматических системах. Л.: Машиностроение, 1990. 171с.

20. Отчет по Х/Д 71/89, Разработка технико-экономического обоснования АСУ ТП для комплекса печи Ванюкова, 1989. 59 с.

21. Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов A.B. и др., Автогенные процессы в цветной металлургии, М.: Металлургия, 1991. 413 с.

22. Диомидовский Д.А., Контроль и автоматизация процессов в цветной металлургии, ч.1, М.: 'Металлургия, 1965. 376 с.

23. Автоматизация производственных процессов, сбор, научных трудов, 1973. 110с.

24. Прогнозирующие управление по нелинейной модели: анализ устойчивости замкнутой систем. AlChe Journal 1996. 42 №12 -с 3388-3402

25. Дризовский JIM. и др., Распределенные системы управления за рубежом. М.: Информприбор, 1988. 12с.

26. Алиев P.A., Абдикеев Н.М., Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связи, 1990. 264 с.

27. Журавлев В.М. Анализ и синтез САУ 1986. 252 с.

28. Турецкий В.Н., Анализ и Синтез Систем Управления с Запаздыванием. Пер. с польского, М.: Машиностроение, 1974. 328 с.(Henrik Gorecki,

29. Analiza i synteza ukladow regulacji z opoznieniem, wydawnictwa naukowo-techniczne warszawa).

30. Автоматическая настройка ПИД регулятора с использованием модели второго порядка с запаздыванием. I. Chem. Eng. Jap. 1996. 29, № 6 с -990999, Англ.

31. Асмылович И.К., Апериодическое управление линейными дискретными системами с запаздыванием. Минск, 1984. с 16-26.

32. Основы металлургии, т.6. Средство и система автоматического контроля и управления в цветной металлургии. Под ред. Стригина И.А. и др., М.: 'Металлургия, 1973. 500 с.

33. Ванюков А.В., Быстров В.П. и др., Плавка в жидкой ванне, М.: Металлургия, 1988. 208 с.

34. Левин. М.В., Иванов. А.О., Алгоритмическое обеспечение оптимального управления металлургическими процессами. Л.: ЛГИ, 1986. 83 с.

35. Левин М.В., Алгоритмическое обеспечение АСУ ТП производство глинозема. М.: Металлургия 1977. 160с.

36. Левин М.В., Аронзон В.Л., Ганзьург Я.Д. и др., Автоматизированная система управления приготовлением шихты на глиноземном заводе. Цветные металлы, 1972, №11, с.37-41.

37. Merriam C.W., Optimization theory and the design of feedback control systems. General Electric Researh Laboratory Schenectady, New York. 1964. 553 c.

38. Levin M.V., Aronson Y.L. a.o., Automatic Control of Batching and Mixing processes of Chemical-metallurgical production. Preprints of the IFAC 5-th World Congress, part la, Paris, 1972. p. 1-8.

39. Современное средства автоматизации и их применение в цветной металлургии. Цветная металлургия, 1994, №7, с-68-72.

40. Механизация и автоматизация производства на предприятиях цветной металлургии, Обзорная информация, выпуск №6, Москва, 1980.

41. Техническое, алгоритмическое и програмное обеспечение систем автоматизации цветной металлургии, тематический сбор. Научных трудов.1986. 96с.

42. Беленький A.M. Бердышев В.Ф., и д.р., Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы. М.: Металлургия, 1981. 244 с.

43. Автоматика и кибернетика, сбор. ст. вып 1. Казахский политтехнический институт им. В.И.Ленина, Алма-Ата, 1973. 153с.

44. Аронзон В.Л., Ганзьург Я.Д., Левин М.В. и др., Алгоритмизация управления участком приготовления шихты глиноземного цеха на нефелиновом заводе. В кн., Производство глинозема, труды ВАМИ №70. М.: Металлургия, 1970. с.28-34.

45. Оптимизация и анализ сложных систем управления сбор, трудов, институт проблем управления, М.: 1990. 60с.

46. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие. Под. ред. A.C. Клюев, М.: Энергоавтомиздат, 1989. 368 с.

47. Попов Р.Б., Многопараметрический вычислительный метод автоматического анализа многокомпонентных производственных растворов. В кн., Автоматизация химических производств, Киев, Институт автоматики, 1964. с. 61-67.

48. Решетников В.Я., Минимизация погрешностей автоматического контроля состава многокомпонентных веществ. Измерительная техника, 1970. №6, с.62-64.

49. Адаскин М.Г., Яковис Л.М.: Оценка достижимого качество управления в непрерывных технологических системах с дискретными контролям переменных. Опыт создания, внедрения и использования АСУТП в объединениях и на предприятиях. Л.: ЛДНТП, 1984. с. 81-85.

50. Вальков В.М.: Вершинин В.Е., Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Л.: Политехника, 1991. 269 с.

51. Справочник по теории автоматического управления. Под ред. A.A. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

52. Дроздов В.И., Мирошник И.В. и др., Системы автоматического управления с ЭВМ. Л.: Машиностроение, 1989. 284с.

53. Бесекерский В.А. Попов Е.П., Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука. 1966. 992с.

54. Райбман Н.С., Типовые линейные модели объектов управления. М.: Энерго-Атомиздат, 1983. 310 с.

55. Солодов A.B., Солодова Е.А., Системы с переменным запаздыванием, М.: Наука, 1980. 384 с.

56. Солодов A.B., Теория информации и ее применение к задачам автоматического управления и контроля. М.: Наука, 1967. 432 с.

57. Колосов Т.Е., Синтез оптимальных автоматических систем при случайных возмущениях. М.: Наука, 1984. 256 с.

58. Бойчук JIM., Синтез координирующих систем автоматического управления. М.: Энергоатомиздат, 1991. 160 с.

59. Райцын Т.М., Синтез систем автоматического управления методом направленных графов. JL: Энергия, 1970. 96с.

60. Современные методы проектирования систем автоматического управления. Под редакцией академика, Б.Н. Петрова, М.: Машиностроение, 1967. 703 с.

61. Левин М. В., Автоматизация пиро и гидрометаллургических производств. Л.: ЛГИ, 1986. 98 с.

62. Клюев A.C., Лебедев А. Т., и др., Наладка систем автоматического регулирования барабанных паровых котлов. М.: Энергоатомиздат, 1985.

63. Гальнбек A.A., Шалыгин Л.М. и Шмонин Ю.Б., Расчеты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии. Челябинск, Металлургия, 1990. 448 с.

64. Диомидовский Д.А., Шалыгин Л.М.: Гальнбек A.A. и др., Расчеты пиропроцессов и печей цветной металлургии. М.: Металлургиздат, 1963. 495 с.

65. Winer Н., Extrapolation, interpolation and smoothing of stationary times series. J. Willey, N.Y., 1960.

66. Алексанкин Я.Я., Бржозовский А.Э. и др., Автоматизированное проектирования систем автоматического управления. М. Машиностроение, 1990.332 с.

67. Юрков С.В., Пути улучшения технико-экономических показателей производства цветных металлов на базе создания новых методов метематического моделирования балансов технологических процессов. СП.: диссертация, к.т.н. 1985. 177с.

68. Взягин A.B., Федоров В.В., Математические методы автоматизированного проектирования. М.: Высшая школа, 1989. 183 с.

69. Бендат Дж. Пирсол А., Прикладной анализ случайных данных. Пер. с англ. В.Е. Привальский и А.И. Кочубинский, под ред. акад. И.Н. Коваленко. М.: Мир, 1989. 540с.

70. Цянь Сюэ-сень, Техническая кибернетика, М.: Литерат., 1956.

71. Солодов А. В., Методы теории систем в задаче непрерывной линейной фильтрации. М.: Наука, 1976. 264с.

72. Многоканальные цифровые следящие фильтры для управления вибрацией с помощью синусоидальных сигналов. Journal IES 1994. 37 №5, с23-29. Англ.

73. Печорина И.Н., Расчет систем автоматического управления. М.: Машгиз, 1962.110с.

74. Попов Е.П., Динамика систем автоматического регулирования. Гостехиздат, 1954.

75. Ротач В.Я., Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоавтомиздат, 1985. 296 с.

76. Антомонов Ю. Г., Синтез оптимальных систем. К.: Наукова думка, 1972. 320с.

77. Винер Н., Кибернетика: Пер. с англ. М.: Наука, 1983. 344.

78. Аронзон В.Л., Ганзьург Я.Д., Левин М.В. и др. Технологические схемы автоматизированного приготовления шихты. В кн. Усовершенствование технологии и аппаратуры комплексной переработки нефелинсодераащего сырья, Л.: ВАМИ, 1975. с.353-360.

79. Аронзон В.Л., Левин М.В., Локюин Р.Г. и др., Априорная оценка погрешности управления процессами глиноземного производства. В кн. Производство глинозема. Труды ВАМИ №73, Л.: ВАМИ 1970. с.192-199.

80. Изерман Р., Цифровые Системы Управления: Перевод с англ. М.: Мир, 1984. 541с. (Rolf ISERMANN, Digital Control Systems Springer-Verlag Berlin Heidelberg, New York, 1981.).

81. Доклады III Международной конференции "Горное оборудование, переработка минерального сырья, новые технологии, экология" СПбГИ (ТУ), СПб.: 1998. 152 с.

82. Синтез оптимальных управлений в реальном времени с использованием ЭВМ параллельного действия, д.т.н., проф. Булычов Б.Г., Автоматика и вычислительная техника, 1996. №5, с 3-16.

83. Кузнцов Л.А., Гордеев В.В., Система построения имитационной модели и управления имитацией сложного производства. М.: Металлургия 1994. №7, с 66-69.

84. Квакернаак Р. Сиван, Линейные оптимальные системы управления. М.: Мир, 1977. 650 с.

85. Алгоритмизация и автоматизация технологических процессов и промышленных устройств, сборник научных трудов, 1973. 140 с.

86. Автоматизированное проектирование систем управления. М.: Машиностроение, 1989. 344 с.

87. Волик Б.В., Буянов Б.Б., Лубков Н.В. и др., Методы анализа и синтеза структур управляющих систем. Под. ред. С. П. Павлова. М.: Энергоатомиздат, 1988. 296 с.

88. Мышляев Л.П., Купчин М.Б. и др., Алгоритмизация управления объектами с запаздыванием. КГУ, Кемерова, 1989. 83с.

89. Барковский A.B., Захаров В.Н., Шаталов A.C. Методы синтеза систем управления. Под редакцией A.C. Шаталова М.: Машиностроение, 1969. 325 с.

90. Берх В.И., Ганзьург Я.Д., Левин М.В. и др., ЭВМ в комбинированных системах управления технологическими процессами глиноземного производства. В кн. Применение ЭВМ в металлургии. М.: Металлургия, 1975. с.371-378.

91. Богатиков В.Н., Вершков A.B., Палюх Б.В., Программное средства проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами. Журнал, Программные продукции и системы, 1995. №2, с. 2934.

92. Болнокин В.Е., Чинаев П.И., Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ. Алгоритмы и программы. Справочник, М.: Радио и связь, 1991.256 с.

93. Параев Ю.И., Перепелкин Е.А., Влияние периода дискретизации измерений на качество оценки состояния непрерывной стохастической системы. Томск-Барнаул, Научный журнал Автометрия №2 1998. с. 99-102.

94. Гайдук А.Р., Алгебраические методы анализа и синтеза системы автоматического управления. М.: Мир, 1988. 243 с.

95. Гайцгори В.Г., Управления системами с быстрыми и медленными движениями. М.:Наука, 1991. 224с.

96. Горвиц A.M.: Синтез систем с обратной связью. Пер. с англ. Под ред. Меерова M.B. М.: советское радио, 1970. 600с.

97. Ермаченко А.И., Методы синтеза линейных систем управления низкой чувствительности. М. : Радио и связь, 1981. 104с.

98. Стрейц А.Н., Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления. М.: Наука, 1985. 294 с.

99. Ту Ю., Цифровые и импульсные системы автоматического управления. М.: Машиностраение 1964. 703с.

100. ЮО.Живоглядов В.П., Проектирование и исследование систем управление. Фрунзе, Илим, 1985. 95с.

101. Ю1.Иващенко H.H., Автоматическое регулирование. М.: Машиностроение, 1973. 606с.

102. Ю2.Ицкович Э.Л., Сорокин JI.P., Автоматизация оперативного управления непрерывным производством. Задача линейной статической оптимизации. М.:ИПУ, 1985. 50с.

103. ЮЗ.Ицкович Э.Л., Статические методы при автоматизации производства. М.: Энергия, 1964. 193с.

104. Кафаров В.В., Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1971. 496 с.

105. Кирин Ю.П., Разработка системы управления процессом вакумной сепарации губчатого титана. СПб.: диссертация к.т.н. 1991. 142с.

106. Кудрявцев Е.М.: Основы автоматизации проектирования машин. М.: Машиностроение, 1993. 334 с.

107. Ю7.Первозванский A.A., Курс теории автоматического управления. М.: Наука, 1986.616 с.

108. Дмитриев А.Н. и др., Спектральные мотоды анализа и синтеза и идентификации систем управления. АН КиргССР Ин-т автоматики. -Фрунзе, Илим, 1986. 234с.

109. Солодовников В.В. и др., Спектральные методы расчета и проектирования систем управления. М.: Машиностроения, 1986. 439с.

110. Ю.Медведев B.C., Потемкин В.Г., Control System Tolbox. MATLAB 5 для студентов. Под ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. М.: Диалог-мифи, 1999. 287с.

111. Ш.Липатов Л.Н., Типовые процессы химической технологии или объекты управления. М.: Химия, 1973. 320 с.

112. Мита С., Хара С., Кондо Р., Введение в цифровое управление. Перевод с японского, М.: Мир, 1994. 256 с.

113. ПЗ.Окунов А.И., Галимов М.Д., Окисление железа и серы в оксидно-сульфидных расплавах. М.: Недра, 1983.

114. Хестанов Т.Х., Ежов В.М.: Камьянов В.К., Быстров В.П., Цветные металлы, 1985, №1, с. 17-20.

115. Отчет ЛГИ по теме "Разработка непрерывного конвертирования медно-никелевых штейнов" № гос. Регистр. 70062371, Л.: 1974.

116. Технологическая инструкция плавка медного никельсодержащего сырья в печах Ванюкова. НГМК, Норильск, 1989. 130 с.

117. Севастьянов Н.П., Алгоритмы регулирования и дискретной коррекции в задачах оперативной управление Рига: Зинатие, 1975. 162с.

118. Червинский P.A., Методы синтеза систем в целевых программах. М.: Наука, 1987. 223с.

119. Практика разработка пропорционально интегрального регулятора для многовариантных промышленных процессов. Ind. And Eng. Chem Res. -1997. 36 №7, C2739-2748. -Англ.

120. Рыжонов Д.И., Падерин С.Н. и др., Расчеты металлургических процессов на ЭВМ. М.: Металлургия, 1987. 231 с.

121. Шаршеналиев Ж.Ш., Спектральные квазиоптимальные методы оценка и расчет динамического процесса с ограниченной энергией. Фрунзе: Илим, 1982.210с.