Управление оптимальными статистическим режимами ректификационных колонн на оснве нелинейных моделей процесса Торгашов, Андрей Юрьевич

Введение к работе

Актуальность работы. По оценке западных специалистов около 3% от общего количества производимой энергии в США тратится на процесс ректификации. Данный технологический процесс является основным в производстве таких нефтепродуктов как бензин, керосин, дизельное топливо и мазут, поэтому проблема качественного управления установившимися (сгатичссіаши) режимами ректификационных колонн является актуальной.

Вопросы управлении и оптимизации процесса ректификации получили развитие в трудах отечественных ученых. И.В. Анисимова, В.И. Бодрова, Ю.А. Алексеева. Широко известны труды зарубежных ученых Ф. Шински, С. Скогестада, Д.Б. Ригса, М. Морари, П.Л. Ли, Д. Себорга, Д. Перкииса.

Несмотря на большое количество работ, связанных с управлением процессом рекгнфикации, проблема синтеза систем управления, обеспечивающих поддержание оптимальных статических режимов остается до конца не решенной для сложных ректификационных колонн. В связи с этим, целесообразно разработать структуру системы управления оптимальными статическими режимами ректификационных колонн на основе нелинейных (физико-химических) моделей процесса, которые задействованы в работе регулятора и оптимизатора, а также учесть неадекватность моделей реальному процессу.

Учитывая, что потребительский рынок может изменяться по ассортименту продукции, то рассмотрение и решение задачи синтеза систем управления оптимальными статическими режимами ректификационных колонн, в соответствии с условиями спроса, позволяет производственнику выбрать требуемый режим функционирования технологического процесса.

Основные направления исследований выполнены в соответствии с Федеральной целевой программой ФЦП "Интеграция" на 1997-2000 гг. по теме "Учебно-научный центр информационных технологий" №А0025 (инв. номер госрегистрации темы: 01.9.70009935), а также грантом губернатора Приморского края по теме "Разработка методологии автоматизированного управления технологическими процессами на основе феноменологических моделей" (1999 г.).

4 Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - разработка метод синтеза систем управления оптимальными статическими режимами ректификацио ных колонн на основе нелинейных моделей процесса. Для достижения общей це: поставлены следующие основные задачи:

1. Разработать структуру системы управления оптимальными статическш режимами технологического процесса на основе нелинейных моделей;

2. Разработать обратные нелинейные модели (OHM) процесса ректификаці как для задач управления, так и оптимизации;

3. Решить задачу поиска оптимального статического режима технологическо: процесса в условиях параметрической неопределенности используемой модели;

4. Разработать способ синтеза робастных регуляторов с OHM на базе извес ныл. методов современной теории управления;

5. Решить задачу определения оптимального статического режима ректифик; ционных колонн в смысле векторного критерия оптимальности (с обоснованием и пользуемого метода);

6. Дать сравнительную оценку переходных процессов системы управлені-, сложной колонной с использованием OHM и типовым ПИ-законом управления.

Научная новизна. Научная новизна проведенных исследований заключается следующем:

7. Получен общий вид математической модели статических режимов процесс ректификации (для любого уровня сложности колонн), позволяющий определять II измеренному вектору выходных координат, вектор управляющих воздействий. Это вид модели получил название обратной нелинейной модели процесса и использовало как в контуре регулирования, так и в оптимизаторе;

8. На базе процедуры векторной оптимизации предложено простое решены задач оптимизации в условиях неопределенности. Показано, что в данном случае пс тери критерия представляют собой меру незнаний об управляемом процессе;

9. Впервые выполнен синтез робастного регулятора на основе Н„ - опгимиза ции и р. - синтеза применительно к системам управления процессом ректификации і использованием OHM; .. . .<

10. Установлена эффективность решения задачи оптимизации по векторном; критерию над однокритериальной задачей на примере распространенной ректифика

5 ционной колонны: депропанизатора. Указано, каким образом из множества Парето следует выбирать рабочую точку, чтобы снизились энергозатраты на ведение процесса как минимум на 2%, по сравнению с однокритериальной задачей статической оптимизации по каждому из критериев.

Практическая ценность работы. Разработанная OHM для установки первичной переработки нефти принята Хабаровским нефтеперерабатывающим заводом для ее использования при анализе режимов функционирования и при оптимальном управлении процессом получения бензина, керосина и дизельного топлива.

Программные модули расчета робастных систем управления па основе OHM использовались студентами ВГУЭС при дипломном проектировании.

Программные модули, содержащие OHM для процесса ректификации, использовались также в исследованиях сотрудниками ИАПУ ДВО РАН при определении области допустимых робастных управлений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на: 4-ой международной конференции "Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов (ИКАПП-97)", г. Барнаул, 1997 г.; научно-технических международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых ВГУЭС, г. Владивосток, 1999, 2000 гг.; научно-технической конференции "Вологдипские чтения" ДВГТУ, г. Владивосток, 1998, 1999 гг.; 5-ой международной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов", г. Уфа, 1999 г.; Third international Student's Congress of the Asia-Pacific Region Countries, FESTU, Vladivostok, Russia, 1999; 14^th World Congress of IFAC, Beijing, P. R. China, 1999; а также приняты на: 13-ую Международную научно-техническую конференцию "Математические методы в технике и технологиях", г. Санкт-Петербург, 2000 г.; 11* IF AC Workshop Control Applications of Optimization, St. Petersburg, Russia, 2000; 14^th International Congress of Chemical and Process Engineering, Praha, Czech Republic. 2000.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 8-ми печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 5 глав основного текста, выводы по диссертации, список литературы, содержащий 133 наименований. Текст работы изложен на 113 страницах, содержит 54 рисунка, 24 таблицы и 4 приложения.