Введение к работе
Актуальность работы. Тепловые процессы являются наиболее энерго-:мкими и распространенными процессами в химической, металлургиче-:кой, машиностроительной, строительной, пищевой и других отраслях промышленности. Затраты на электроэнергию и различные виды топлива (теп-юносителей) для большинства промышленных и сельскохозяйственных іредприятии относятся к числу основных и становятся сопссталимыми с іатратами на сырье. Значительная доля энергозатрат приходится на нагре-штельные установки, теплообменники, печи, реакторы и другие аппараты, і которых протекают тепловые процессы. Важным резервом снижения інергопотребления в таких машинах и аппаратах является оптимальное 'правление динамическими режимами с учетом изменяющихся состояний функционирования. Теоретические исследования показывают, что при оп-имальном управлении уменьшение затрат энергии (расхода топлива) может [остигать от 10 % до 30 % по сравнению с традиционными видами управ-[яюших воздействий. Серьезным сдерживающим фактором в реализации ттимального управления (ОУ) тепловыми процессами является отсутствие ілгоритмов синтеза ОУ в реальном времени, которые могут быть использованы простыми и дешевыми микропроцессорными устройствами. Поэтому іешение задач анализа и синтеза энергосберегающего управления тепловы-«1 процессами является актуальной темой исследования.
Данная работа выполнена в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства общего и профессионального образования РФ ТГТУ и темами оздоговорных НИР ТГТУ 1994 - 1999 гг. (33-94, 41Г-94,' 1Г-96, 10Г-97, Г-98, 12-98, 9Г-99), проводимых по тематике энергосбережения, в учебном [роцессе ТГТУ, а также договором о международном сотрудничестве между ~ГТУ и фирмой Zila Elektronik (Германия) от 4.11.97 г.
:Цель работы. Целью работы является решение комплекса задач анали-
а и синтеза оптимального энергосберегающего управления тепловыми
іроцессами с учетом возможных изменений состояний функционирования,
оздание на базе полученных решений алгоритмического обеспечения для
шкропроцессорных устройств, синтезирующих в реальном времени ОУ,
іроверка работоспособности новых алгоритмов на реальных тепловых уста-
ювках. " := ' -- - - ;
Научная новизна работы.
Предложена модель, учитывающая особенности нагрева тел и позво-
яющая оперативно решать задачи энергосберегающего оптимального
правления. '
Разработан алгоритм идентификации модели динамики, который по-воляет определить число стадий нагрева, виды моделей отдельных стадий, раницы температурных диапазонов к параметры моделей.
Определены виды функций оптимального управления процессами агрева при программной стратегии и синтезирующих функций при позици-нной стратегии, учитывающие особенности процессов нагрева тел.
Предложены виды функций квазиоптимального управления, алгоргп мы расчета параметров в реальном времени, которые могут быть реализовг ны простыми микропроцессорными средствами.
На защиту выносятся. .. Постановки задач анализа и синтеза при проектировании систем эне{ госберегающего управления тепловыми объектами с учетом возможных изм< нений состояний функционирования в процессе эксплуатации.
Результаты решения задач энергосберегающего управления тепловым объектами.
Модели динамики тепловых процессов, позволяющие оперативно ре шать задачи синтеза энергосберегающих управляющих воздействий, алгс ритмы идентификации моделей динамики.
Алгоритмы синтеза квазиоптимального управления.
Фреймы базы знаний экспертной системы для автоматизированног решения задач анализа и синтеза энергосберегающего управления процес сами нагрева жидких.и твердых тел.
Методы исследования. В работе использованы методы моделировани
и идентификации динамических объектов, современной теории автоматичс
ского управления, автоматизированного проектирования и системного анг
лиза. -
Обоснованность научных результатов. Исследования по теме выполни
лись с помощью современных математических методов теории оптималі
ного управления, с применением информационных технологий, компыс
терного тестирования программных продуктов. Получаемые теоретически
положения проверялись на лабораторных и промышленных установках.
" Практическая ценность работы. Разработаны программные средстг
для автоматизированного проектирования систем оптимального управлени
тепловыми процессами, в частности, для идентификации объектов управлс
ния, синтеза оптимальных программ нагревом тел, определения синтезії
. рующих функций оптимальных регуляторов, расчета эффективных квазиоп
тимальных. управляющих воздействий. Созданные программные средсті
могут использоваться как самостоятельно, так и в качестве модулей экс
пертной системы "Энергосберегающее управление динамическими объекте
ми". .... '
Реализация работы.
Результаты решения задач анализа и синтеза ОУ тепловыми процессе ми позволяют выбирать целесообразную структуру автоматической систем: энергосберегающего управления и оперативно разрабатывать ее алгоритму ческое обеспечение, позволяющее в реальном времени синтезировать ОУ изменяющихся условиях работы объекта.
Полученные алгоритмы использованы в автоматических система управления ЭВН-400 (ВИНИТиН), при разработке энергосберегающих сие тем управления, осуществляющих в.реальном времени синтез оптимальног
правления нагревом печей отжига, металлических заготовок, прессового
борудования, а также электроприводами. . .
Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и об-уждались на международных и всероссийских научных конференциях: ТІ международная научно-техническая конференция "Оптические, радио-олновые,. тепловые методы и средства контроля природной среды, мате-иалов и промышленных изделий" (Череповец, 1997 г.); Международная аучно-техническая конференция "Системные проблемы надежности магматического моделирования и информационных технологий" (Москва, 998 г.); VIII международная конференция-выставка "Информационные гхнологии в профессиональной подготовке" (Москва, 1998 г.); IV междуна-одная конференция "Актуальные проблемы электронного приборострое-ия" (Новосибирск, 1998 г.); Международная научно-техническая конфе-енция "Системные проблемы качества, математического моделирования и нформационных технологий" (Сочи, 1999 г.); III Международная научно-гхническая конференция "Динамика систем, механизмов и машин" (Омск, 6-28 октября 1999 г.); V Всероссийская научно-техническая конференция Повышение эффективности методов и средств обработки информации" Тамбов, 1997 г.); III Всероссийская научно-техническая конференция "Ди-амика нелинейных дискретных электротехнических и электронных истем" (Чебоксары, 1999 г.); II научно-практический семинар "Новые ин-юрмационные технологии" (Москва, 1999 г.); III научная конференция реподавателей и студентов ТГТУ (Тамбов, 1996 г.); II Тамбовская межву-овская научная конференция "Актуальные проблемы информатики и ин-юрмационных технологий" (Тамбов, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 печатные работы, олучены 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
пав, заключения, списка литературы и приложения. !