Введение к работе
Важную роль в увеличении производства алюминия и повышении эффективности процесса получения алюминия электролизом криолито-глинозенных расплавов играет совершенствование методов контроля и управления.
Одним из валлых условий достижения высоких технике-экономических показателей процесса производства алюминия является поддержание оптимального технологического режима электролиза, заключающегося в стабилизации основных технологических показателей (температуры электролита, его состава и электрического сопротивления, величины междуполюсного расстояния).
Существенной особенностью процесса электролитического получения алюминия как объекта управления является недостаточный объем оперативного технологического контроля за состоянием процесса. Одним их главных сдерживающих Факторов в развитии методов и технических средств контроля тепловых, электрохимических и других характеристик процесса является отсутствие датчиков, способных надежно работать в условиях чрезвычайной агрессивности расплава, высоких температур, мощных электромагнитных полей.
В этих условиях основным направлением повышения качества управления процессом электролиза алюминия является использование методов косвенного оценивания неиэнеряемых параметров. Оценивание становится возможным благодаря наличию зависимости неиэмеряеных величин от параметров процесса элекролиза. доступных для автоматического контроля. Особенностью процесса электролиза, существенно усложняющей синтез алгоритмов оценивания, является нелинейность (экстремальность) основного уравнения измерений.
Современная теория управления располагает широким спектром методов оценивания, однако в отечественных АСУТП их применение не нашло широкого распространения, основные причини, по-вилиноиу. состоят в тон, что в математическом аппарате оценивания педоста-
Автор выражает благодарность к. т. н. Фитерману к. Я, и к. т. н. фирсову А. ю. за поношь в проведении работы.
точно проработаны прикладные вопросы, такие как упрощение строго оптимальных алгоритмов оценивания и их реализация в ЛСУТП. отсутствие необходимого объема априорной информации об объектах управления, настройка алгоритмов оценивания в промышленных условиях и т.д.
в связи с вышеизложенным весьма актуальной является задача синтеза алгоритмов косвенного оценивания параметров процесса электролиза, позволяющих существенно повысить качество их стабилизации и. в первую очередь. - поддерживать технологически оптимальный концентрационный режим процесса электролиза, важность решения задачи стабилизации концентрации глинозена в электролите определяется несколькими причинами.
Являясь сырьем для получения алюминия, глинозем должен постоянно находиться в электролите, при этом его содержание жесткс регламентируется узкими рамкани допустимых значений кониентраит (1.5 -5.0 X). Нарушение нижней» границы данного диапазона приводит к росту числа анодных эффектов, что характеризуется резкга падением производительности электролизера, ростом напряжения і перегревом электролита. Наличие верхней границы данного диапазон; обусловлено ограниченной растворимостью глинозема в электролите, поэтому превышение этой границы приводит к выпадению трудноустрэ нимых глиноземистых осадков, нарушению токораспределения в поди не. что также снижает производительность, повышает ггсход элек троэнергии и определяет дополнительные затраты ручного труда. : любом случае несоблюдение определенного диапазона изменения кон центрации глинозема в электролите ведет к росту себестоимости вы пускаеноя продукции.
' Особенности процесса растворения глинозема в электролите жесткие требования стабилизации концентрации глинозема, отсутст ще надежных методов контроля и эффективных систем управлени концентрацией глинозена в электролите, - все это определяет акту альиость решения задачи управления концентрацией глинозема электролите, этим же объясняется и.тот факт, что контур стабили заиии концентрации является наименее автоматизированным'.
_ Использование алгоритмов косвенного оценивания концентрам :глинозема в электролите позволяет решить проблему недостатка one 'ративной информации о состоянии электролизера; применить новь
принцип управления составом электролита, учитывающий текушее' состояние электролизера; повысить качество стабилизации концентрации глинозема в электролите, что, в свою очередь, дает возможность оптимизировать процесс электролиза и снизить себестоимость производимой продукции - первичного алюминия.
Универсальность применяемого математического аппарата современной теории оценивания делает результаты, полученные автором, актуальными не только в АСУТП электролиза алюминия, но и для широкого класса управляемых объектов с неполной текушей информацией о состоянии этих объектов.
це..-.ю работы является Разработка алгоритмов косвенного оценивания концентрации глинозема в электролите и системы управления режимом питания электролизера глиноземом.
Поставленная цель определила решение следующих задач: 1. создание функциональной схены электролизера как объекта вправления, основанной иа анализе особенностей процесса электролитического получения алюминия.
Z. Обоснование структуры системы управления и фильтра опени-зания переменных состояния процесса электролиза.
-
Разработка методов построения алгоритмов оценивания кон-іентраиии глинозема в электролите.
-
создание имитационной модели процесса оценивания концентрации глинозема в электролите.
-
Синтез алгоритмов управления режимом питания электролизе->а глиноземом по результатам оценивания концентрации.
5. Постановка промыпленного эксперимента по исследованию эф
фективности автоматизированной системы управления питанием элек-
ролнэера глиноземом с использованием алгоритмов косвенного оце-
іивания. '
На основе анализа основных закономерностей протекани* процесса электролиза была создана Функциональная схема электролизера как объекта управления.
задача построения математической модели решалась на основе представлений об основных массо-, теплообменных и электрохимических процессах, протекающих в электролизере.
При синтезе алгоритмов оценивания концентрации глинозема в электролите использовались: метод описания динамической модели в терминах пространства состояний, метод линеаризации основного уравнения измерений путем расширения пространства состояний, метод линеаризации 8 окрестности движущейся точки.
при создании алгоритна управления концентрацией глинозема применялся метод управления по отклонению с использованием результатов работы Фильтра оценивания концентрации.
При обработке результатов исследований работы алгоритмої оценивания и управления применялись традиционные кгтоды статистического анализа.
1. Метод построения алгоритмов оценивания неизмеряемых пара метров при существенно нелинейном уравнении измерений на пример оценивания концентрации глинозема в электролите.
г. Метод управления концентрацией глинозема в электролите с использованием результатов косвенного оценивания.
-
Метод построения алгоритма параметрической идентификапи заданного значения концентрации глинозема в электролите.
-
Имитационная математическая модель процесса оценивай» концентрации глинозема в электролите.
5. методология комплексного эксперимента по определению К'
чества управления концентрацией глинозема в электролите.
НОВЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. ПОЛУЧЕННЫЕ В РА9СҐГЕ
Научной новизной обладают следуйте основные результаты исследований:
1. метод кваэилинеариэаиии основного уравнения измерения. основанный на описании состояния динамической модели в терминах расширенного пространства состояний. При создании данного нетода применялся прием описания состояния электролизера в отклонениях от некоторой точки, движущейся по детерминированной траектории.
г. Метод двухшаговоя оптимизации процесса оценивания, включающий в себя не только традиционно используемый в алгоритмах оценивания критерий минимизации дисперсии ошибки оценивания, но и критерия минимизации дисперсии ошибки прогноза оцениваемой величины.
3. закон управления концентрацией глинозема, позволяющий
осуществлять одновременное оценивание и управление и решающий
проблему дуализма при оценивании нелинейных процессов.
4. система управления концентрацией, основанная на использо
вании результатов функционирования алгоритна оценивания концент
рации глинозема и реализующая принцип замкнутого управления uj
отклонению.
' 5. Алгоритм параметрической идентификации заданного значения концентрации на основе оценивания частоты возникновения анодных эффектов.
На основании проведенных исследований получены следующие практические результаты:
1. разработан и внедрен алгоритм оперативного оценивания' концентрации глинозема в электролите по результатам измерений тока и напряжения.
г. Разработана и внедрена система автоматического управления концентрацией глинозема в электролите.
3. разработана имитационная математическая модель процесса оценивания величины концентрации глинозема в электролите алюмини-
- в -евого электролизера. Модель может быть использована для самых различных целей синтеза и наладки алгоритмов оценивания и управления электролизом алюминия в научно-исследовательской деятельности.
-
Результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, легли в основу системы автоматического питания п. .іноземок электролизных серий таджикского алюминиевого завода. Систена успешно прошла опытную эксплуатацию и включена в состав действующей АСУТП.
-
Благодаря универсальности используемого математического аппарата, данные результаты могут быть использованы для получения оперативной информации о самых различных объектах управления и синтеза алгоритмов управления.