Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время потребности мирового рынка в благородных металлах с каждым годом увеличиваются. Наряду с этим производство драгоценных металлов из руд постепенно сокращается, а спрос на благородные металлы (Au, Ag, Pt и Pd) растёт. При производстве благородных металлов из отходов электротехнических производств огромную роль играет максимальное извлечение драгоценных металлов, а также уменьшение их потерь. Для этого необходимо создание автоматизированной системы управления, контроля и безопасности производства драгоценных металлов. Эта система позволила бы не только автоматизировать непосредственно технологический процесс, но и получать наиболее полные данные о содержании драгоценных металлов. Для управления сложными многостадийными процессами был разработан метод обобщающий опыт работы операторов сложных процессов. Этот принцип впервые сформулировал Лофти Заде и получил широкое применение в теории и практике управления. В дальнейшем был развит: Мамдани,Сугено, Цукамото, Ларсеном и др.
Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами основываются на классической теории управления с помощью математических моделей. Такого рода модели могут быть адекватными лишь в одной ограниченной области. В сложных системах присутствуют нелинейные характеристики, а также неконтролируемые внешние факторы и обратные связи. Это всё затрудняет моделирование динамических свойств объектов и реализацию управления. Ранее использовались математические модели, которые были основаны на выборе более оптимальной технологии по переработке отходов электротехнических производств.
В связи с этим необходимо создать новые или модернизировать существующие алгоритмы управления процессами производства драгоценных металлов. Это позволит увеличить эффективность управления.
Повышение эффективности сложного многостадийного процесса и усовершенствование системы учета и контроля движения драгоценных металлов при переработке отходов электротехнических производств является актуальной задачей совершенствования производства драгоценных металлов из отходов электротехнических производств.
Исследования выполнялись в соответствии с госбюджетной тематикой НИР СПГГУ по теме 6.30.020. «Разработка систем управления сложными техническими объектами с использованием математических моделей в контуре управления» (I кв. 2008 – IV кв. 2010 гг).
Цель диссертационной работы. Повышение качества управления, контроля и безопасности в процессе производства благородных металлов из отходов электротехнических производств.
Идея работы. Для усовершенствования автоматизированной системы управления процессом производства благородных металлов следует использовать вычислительные блоки системы управления, которые позволяют повысить ее адаптационные свойства к многостадийной технологии.
Задачи исследований:
анализ процессов производства благородных металлов из отходов электротехнических производств как объекта управления;
анализ основных методов управления технологическими процессами с применением нечеткой логики;
разработка модели процесса производства благородных металлов из отходов электротехнических производств на основе данных оперативного контроля по работе;
разработка структуры регулятора для управления процессом производства благородных металлов;
синтез алгоритмов для системы управления процессом производства благородных металлов;
оценка эффективности предложенной системы и выработка рекомендаций по ее применению.
Научная новизна работы.
Установлено, что применение в системе управления нечеткой модели процесса извлечения благородных металлов из отходов электротехнических производств, способна воспроизводить нелинейную динамику объекта на основании данных оперативного контроля по содержанию благородных металлов в режиме реального времени, позволяет повысить качество управления за счет выбора оптимальных управляющих воздействий.
Показано, что повышение качества управления процессом извлечения благородных металлов из отходов электротехнических производств обеспечивается введением нечетких алгоритмов в вычислительные блоки автоматизированной системы управления с использованием сформулированной базы правил.
Обоснована структура нечеткого регулятора для управления процессом производства благородных металлов, полученная путем реструктуризации параллельной схемы нечеткого управления и введением в нее дополнительных блоков истории работы системы, интеллектуального классификатора и выбора способа управления.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Модель процесса производства благородных металлов из отходов электротехнических производств, разработанная на основе нечетких алгоритмов, обеспечивает прогнозирования значений основных параметров процесса на основании данных оперативного контроля содержания благородных металлов со значением ошибки моделирования не более 6 %.
2. В структуру автоматизированной системы управления следует ввести fuzzy регулятор, схема которого получена путем реструктуризации параллельной схемы управления на основе fuzzy модели, которая состоит из базы нечетких правил, блоков фазификации и дефазификации и выбора способа управления, обеспечивает повышение качества управления по величине перерегулирования, времени переходного процесса, плотности вероятности внутри границ допустимых пределов изменения параметра и среднеквадратическому отклонению ошибки регулирования.
Методика исследований.
При исследованиях применялись классические и специальные методы теории автоматического управления, методы теории нечетких множеств, а также методы статистического анализа. Проверка полученных в ходе работы теоретических результатов выполнялась в среде MATLAB.
Практическое значение работы
1.Разработана модель на основе нечеткой логики, позволяющая осуществлять прогноз основных параметров процессов на основании данных оперативного контроля о ходе технологического процесса, пригодная для использования в структуре системы управления процессом производства благородных металлов и для настройки нечеткого регулятора.
2. Выявлены наиболее эффективные методы предварительной обработки данных и модели нечеткой логики для решения задач идентификации процессов производства благородных металлов из отходов электротехнических производств, что позволяет их использовать для большого класса подобных объектов.
3. Разработанная система и алгоритмы управления на базе нечеткой логики могут быть использованы для управления сложными технологическими объектами при наличии случайных возмущений.
Достоверность научных результатов. Достоверность основных научных положений, выводов и рекомендаций обоснована совпадением полученных результатов с промышленными данными и материалами исследования промышленного объекта. Обработка экспериментальных данных осуществлялась с применением программных и статистических пакетов, а также компьютерных технологий.
Апробация работы. Содержание и основные положения работы докладывались на семинаре «Инновационные технологии, моделирование и автоматизация в металлургии» (ВО «РЕСТЭК», Санкт-Петербург, 2011); научно-технических конференциях молодых ученых Санкт-Петербургского государственного горного института (Санкт-Петербург, 2007, 2008, 2009, 2010) и семинарах кафедры автоматизации технологических процессов и производств СПГГУ.
По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, из них 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки. Получен патент. Личный вклад автора. Автор самостоятельно выполнил:
постановку задач и разработку общей методики исследований;
анализ процессов производства благородных металлов как объекта управления;
синтез модели на основе нечеткой логики, позволяющей осуществлять прогноз основных параметров процесса;
разработку структуры fuzzy регулятора процесса производства благородных металлов;
разработку основных нечетких алгоритмов для автоматизированной системы процесса шахтного обжига известняка.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Содержит 151 страниц машинописного текста, 45 рисунков, 27 таблиц и список литературы из 110 наименований.
