Введение к работе
Актуальность проблемы. Нестационарные условия
функционирования промышленных объектов вызывают необходимость постоянного отслеживания изменений характеристик внешних и внутренних факторов (свойств) объектов при решении задач исследования и управления ими. К настоящему времени известно достаточно большое количество работ по оперативной идентификации (адаптации) моделей объектов и адаптивному управлению на основе такого рода моделей. Методы и структуры алгоритмов оперативной идентификации в подавляющем большинстве получены из эвристических соображений и поэтому эффективны только для определенных классов объектов. Распространение этих алгоритмов на другие классы объектов требует существенных видоизменений, что также осуществляется из эвристических соображений, при отсутствии каких-либо методических рекомендаций. Создание общего метода синтеза алгоритмов оперативной идентификации позволяет устранить указанные недостатки и повысить эффективность математического описания и управления нестационарными объектами.
Перспективным направлением создания общего метода синтеза алгоритмов оперативной идентификации могут служить базовые положения теории новых типов обратных связей, согласно которым систему идентификации следует представлять в виде замкнутой динамической системы, в которой объектом управления служит структура модели объекта. Такой подход дает положительные результаты при формировании структур алгоритмов фильтрации и динамических наблюдателей.
Диссертация выполнялась в соответствии с планами работ по гранту РФФИ №08-07-00226а «Идентификация объектов в процессе создания и эксплуатации систем управления» и договорами с ОАО «Северсталь» и ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК».
Цель и задачи диссертации. Разработка и исследование методов синтеза алгоритмов оперативной идентификации и их применение в задачах алгоритмизации управления кислородно-конвертерной плавкой стали.
В рамках этой цели выделены задачи. 1. Анализ предшествующих исследований по синтезу и применению алгоритмов идентификации объектов управления. 2. Разработка метода синтеза алгоритмов идентификации в виде замкнутых динамических систем. 3. Синтез алгоритмов идентификации для типовых объектов. 4. Исследование устойчивости систем идентификации. 5. Численные исследования эффективности алгоритмов идентификации. 6. Конкретизация алгоритмов идентификации для процессов выплавки кислородно-конвертерной стали и их применение в промышленных системах управления.
Методы исследования. Обобщение практического опыта, методы теории автоматического управления, идентификации объектов в системах управления, численного моделирования.
Научная новизна. 1. Метод синтеза алгоритмов идентификации объектов, базирующийся на представлении идентификатора в виде замкнутой динамической системы, где объектом управления служит структура модели, а управляющими воздействиями - оперативно подстраиваемые параметры модели, и позволяющий строить алгоритмы идентификации объектов со сложной структурой на основе методов теории регулирования.
2. Алгоритмы идентификации для типовых динамических объектов
теории регулирования, объектов с распределенными управляющими
воздействиями, которые как частный случай включают известные алгоритмы
оперативной идентификации на основе процедур Качмажа.
3. Показатели устойчивости в пространстве настроечных
коэффициентов регулирующих блоков алгоритмов идентификации и
показатели эффективности идентификации, подтверждающие повышение
точности оценки коэффициентов модели до 50 % по сравнению с известными алгоритмами.
4. Алгоритмы оперативной идентификации коэффициентов модели кислородно-конвертерной плавки при прогнозировании массы жидкой стали и расчета расхода кислорода на продувку конвертерной ванны, позволяющие получать оценки коэффициентов модели по данным промышленной эксплуатации с пассивным и активным формированием информативных участков данных. Такой подход позволяет на 25 % увеличить попадание в заданный интервал по содержанию углерода и снизить количество корректирующих операций в конце продувки на 14 %.
Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы:
- при разработке математического обеспечения систем управления
промышленными объектами сложной структуры в условиях
неопределенности;
при проектировании систем управления кислородно-конвертерной плавкой стали;
при обучении студентов и повышении квалификации специалистов в области создания систем управления.
Реализация результатов. Результаты работы внедрены в системе прогнозирования массы жидкой стали и при расчете количества кислорода на продувку в кислородно-конвертерном цехе № 2 ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» (г. Новокузнецк).
Предмет защиты. На защиту выносятся:
- метод синтеза алгоритмов оперативной идентификации как
замкнутых динамических систем;
- алгоритмы идентификации коэффициентов типовых динамических
моделей объектов с распределенными управляющими воздействиями;
результаты аналитических и численных исследований разработанных алгоритмов идентификации;
алгоритмы идентификации в составе систем управления кислородно-конвертерной плавкой стали, результаты их исследования и внедрения.
Личный вклад автора заключается в разработке метода синтеза алгоритмов идентификации, построении алгоритмов идентификации для динамических объектов, исследовании областей устойчивости алгоритмов и их эффективности, конкретизации алгоритмов идентификации для условий кислородно-конвертерного производства стали, сборе данных, внедрении алгоритмов и анализе результатов внедрения.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на 7 научно-практических конференциях: Всероссийских научно-практических конференциях «Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе» (Новокузнецк, 2006 г.), «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2007 г., 2011 г., 2013 г.), Межрегиональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Новокузнецк, 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Новокузнецк, 2009 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника» (Новокузнецк, 2010 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложения и содержит 135 страниц основного текста, включая таблицы и рисунки.
