Идентификация металлургических процессов с ограничением вмешательства оператора в работу системы управления Галицкая, Любовь Владимировна

Введение к работе

Актуальность работы. Многие действующие системы управления (СУ) промышленного назначения в ходе эксплуатации не допускают больших отклонений от нормального режима работы объекта. Данное обстоятельство затрудняет процесс построения адекватных математических моделей объектов. Использование пассивных методов идентификации ограничивается наличием жестких обратных связей в цепи управления и недостаточной дисперсией управляющих воздействий в ходе нормальной эксплуатации (НЭ) СУ. Использование активной идентификации ограничивается недопустимостью больших отклонений от нормального режима работы объекта. До сих пор остаются нерешенными вопросы идентификации нестационарных процессов, а также объектов в СУ, находящихся вблизи границы устойчивости.

Проблеме идентификации, разработке ее теоретических и прикладных вопросов посвящены работы Н. С. Райбмана, Д. Гропа, Л. Льюнга, В. Я. Ро- тача, В. П. Авдеева, С. В. Емельянова, Н. А. Спирина, С. К. Коровина, Л. П. Мышляева, А. С. Рыкова, В. Ф. Евтушенко, С. М. Кулакова. Одной из проблем активной идентификации промышленных объектов повышенной сложности является снижение влияния исследовательской системы на нормальный ход технологического процесса. Для СУ с пониженной устойчивостью требуется разработка специальных мер, позволяющих провести идентификацию и управление со сдерживанием скатывания системы в область неустойчивости. Решение этой проблемы приводит к необходимости поиска возможности использования сложных управляющих компонентов - фрагментов программ управлений.

Применение для высококачественного управления промышленными объектами перспективных математических моделей сдерживается отсутствием способов идентификации в условиях существенной нестационарности и нелинейности протекающих в них процессов. Вопросы предварительной и уточняющей идентификации таких объектов остаются актуальными.

Совершенствование эргатических СУ сложными объектами промышленного назначения подразумевает не только построение и разумное использование математических моделей объектов, но и подготовку оперативного персонала для эффективной работы в таких системах. Создание тренажерно-обучающих комплексов (ТОК), направленных, в том числе, и на решение этой задачи, позволяет использовать их в составе СУ.

Решение отмеченных проблем позволяет сформировать аппарат идентификации, способной описывать нестационарные, нелинейные процессы в промышленных СУ.

Цель работы: разработка способов активной идентификации сложных объектов в эргатических СУ, снижающих вмешательство исследователя в процесс управления за счет изменения внешнего задания, компенсации пробными сигналами эффектов внешних воздействий, подачей исследовательского воздействия в направлении повышения устойчивости систем.

Задачи исследования:

1. Провести анализ современного состояния идентификации эргатических СУ для построения и реализации способов математического описания каналов регулирования объектов с минимальным вмешательством в процесс управления.

2. Снизить влияние исследователя на нормальный ход технологического процесса за счет совмещения человеком-оператором функций по управлению и идентификации объекта.

3. Разработать методику идентификации нелинейных объектов в СУ, находящихся вблизи границ устойчивости.

4. Разработать способ идентификации объектов на основе компенсации эффекта внешних воздействий с минимальным ухудшением состояния этих объектов.

5. Разработать алгоритмы математического моделирования (ММ), применимые для объектов, обладающих существенной нелинейностью и зашумленностью.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются действующие технологические объекты управления. Предметом исследования являются подсистемы идентификации эргатических систем управления.

Методы исследования. Использованы теоретические и практические разработки в области идентификации сложных объектов для условий их повышенной нестационарности, теории систем, дуального управления, разностных схем, теории вероятности и математической статистики.

Достоверность результатов обеспечивается исходными теоретическими, методологическими и практическими данными исследований и подтверждается использованием современных методов, источников по теме диссертации, апробацией результатов, эмпирическим исследованием функционирования разработанных методик и алгоритмов. Научная новизна

5. 1. Впервые разработан подход к построению моделей сложных объектов в действующих СУ, при котором ограничивается негативное влияние идентифицирующей подсистемы на управляющую путем подстраивания исследовательской подсистемы под правила функционирования управляющей.

   2. Предложен способ идентификации объектов с изменением заданий, обеспечивающий сближение целей управляющей и идентифицирующей подсистем, вследствие обоюдной их заинтересованности в выполнении нового внешнего задания путем смены программы управления.

   3. Впервые разработан способ идентификации объектов на основе компенсации эффекта внешних воздействий с минимальным ухудшением состояния этих объектов.

   4. Впервые разработан способ идентификации объектов в нелинейных СУ с пониженной устойчивостью, когда идентифицирующее воздействие подаются в направлении, повышающим устойчивость СУ.

   5. Синтезированы способ идентификации и алгоритм математического моделирования существенно нелинейных и зашумленных объектов с переходом организационно-технологической ситуации (ОТС) в определенный класс, качественно улучшающими математическую модель объекта.

   Теоретическая значимость. Впервые предложен и реализован подход к построению моделей сложных объектов в действующих СУ. Разработан способ изменения условий проведения идентификации технологических объектов, позволяющий заинтересовать человека-оператора в проведении исследований. Вынуждая человека-оператора сменить задание в дальнейшем исследователь проводит пассивную идентификацию, не вмешиваясь в работу СУ. Впервые разработаны способы идентификации объектов на основе компенсации эффекта внешних воздействий и объектов в нелинейных СУ с пониженной устойчивостью. В обоих случаях цели и реализующие их действия подсистем управления и идентификации совпадают, что фактически означает согласие исследователя с реализуемой программой управления. Синтезированы способ идентификации и алгоритм математического моделирования существенно нелинейных и зашумленных объектов с переходом ОТС в определенный класс.

   Практическая ценность. На основе теоретических исследований разработаны способы идентификации и алгоритмы, которые позволяют использовать их для проектирования и развития автоматизированных систем сталеплавильного производства, снизить отрицательное влияние исследователя на технологический процесс. Разработанные способы и алгоритмы идентификации и управления применимы к большинству действующих технологических объектов управления (ТОУ).

   Реализация результатов работы. Разработанные способы идентификации для проведения вычислительных экспериментов используются в сталеплавильном и коксохимическом производствах ОАО «ЗСМК», что подтверждается справками о внедрении результатов исследования в производство. Кроме того, результаты работы используются Томским университетом систем управления и радиоэлектроники в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (Государственного контракта от «03» ноября 2011 г. № 07.524.11.4013) для проведения опытно-конструкторских работ по теме «Разработка Web- ориентированных геоинформационных технологии формирования и мониторинга электронного генерального плана инженерной инфраструктуры». Также результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре ИКСУ Национального исследовательского Томского политехнического университета для магистрантов по направлению 220400 - Управление в технических системах.

   Основные защищаемые положения

   5. 5. 1. Подход к построению моделей сложных объектов в действующих эргати- ческих СУ, выражающийся в подаче пробных воздействий в направлении, совпадающим с программой действия человека-оператора.

         2. Способ идентификации объектов с изменением заданий, позволяющий без ограничений реализовывать новую программу управления, одновременно являющуюся программой идентификации, после смены внешнего задания.

         3. Способ идентификации объектов на основе компенсации эффекта внешних воздействий, обеспечивающий реализацию программы двойного назначения - для компенсации эффектов контролируемых возмущений и, используемую исследователем в качестве идентифицирующего пробного воздействия.

         4. Способ идентификации объектов в нелинейных СУ, когда управляющее воздействие наносится в направлении, способствующему улучшению состояний СУ.

         5. Способ ММ объектов, обладающих существенной нелинейностью и зашумленностью, позволяющий назначать управления на основе предварительно сформированных моделей каналов регулирования в прогнозируемом классе ОТС.

         Апробация работы. Основные положения и результаты работы освещались и получили положительную оценку на 11 конференциях, в том числе: международных научно-практических конференциях «Технолого-экономическое образование в XXI веке» (Новокузнецк, 2006), «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк, 2006), 17-й, 18-й Международных научно-практических конференциях «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС- 17,18-2011, 2012) (Томск, 2011, Новосибирск, 2012); на всероссийских научно- практических конференциях: «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения» (Новокузнецк, 2006, 2007), «Наука и молодежь: системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2007), «Моделирование, программное обеспечение и наукоемкие технологии в металлургии» (Новокузнецк, 2006), на VII Всероссийской научно-практической конференции AS'2009 (Новокузнецк, 2009), на IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные технологии и математическое моделирование» (ИТММ - 2011) (Анжеро-Судженск, 2011); на VI региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Новокузнецк, 2006).

         Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы, из них одна статья в издании, рекомендованных ВАК, шесть патентов РФ на изобретение, и 16 работ - материалы международных и всероссийских научно-технических и научно-практических конференций.

         Личный вклад автора заключается в разработке способов идентификации сложных объектов в эргатических СУ и в обработке полученных результатов.

         Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений и содержит 166 страниц основного текста, 32 рисунка, 16 таблиц, 127 использованных источника.

         Похожие диссертации на Идентификация металлургических процессов с ограничением вмешательства оператора в работу системы управления

         Управление режимами работы котельных установок в автономных системах теплоснабженияКазаков, Максим Юрьевич

         

         Идентификация и автоматическое управление технологическим процессом вытяжки оптического волокнаГалиуллин, Ренат Шагитович

         

         Управление системой позиционирования объекта с использованием информации о непосредственном воздействии на него операторомКурганкин Виктор Витальевич

         Методы и алгоритмы распределения и перераспределения ресурсов в условиях неопределенности при управлении сложными системамиТашев, Азат Арипович

         

         Оптимизация и управление мембранными системамиЛесков Евгений Евгеньевич

         

         Управление судовыми системами автоматизации на основе интеллектуального анализа диагностических данныхГоловко Сергей Владимирович

         

         Управление живучестью систем железнодорожного транспорта и безопасностью движения поездов : принципы, механизмы, инструментыЧеста Александр Викторович

         

         Оперативное управление режимами систем тягового электроснабженияАбрамов Никита Андреевич

         Управление технологическими системами с учетом инженерных критериев качестваДжолдошов, Бекболот Оморович

         Модель и алгоритм оценивания загруженности элементов корпоративной информационно-вычислительной системы в управлении промышленным предприятиемМиронов, Вадим Михайлович