Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Основы создания систем управления с целенаправленно изменяемой структурой объекта 16
1.1. Аналитический обзор предшествующих исследований 16
1.2. Обобщенная структура системы управления объектом с целенаправленно изменяемой структурой 36
1.3. Структуры систем с плавным переключением режимов 45
ГЛАВА 2. Системы управления групповым дозированием 55
2.1. Характеристика объекта управления 55
2.2. Предлагаемый алгоритм группового дозирования 60
2.3. Исследование системы группового дозирования 68
ГЛАВА 3. Системы управления производственньіми процессами углеобогатительной фабрики 76
3.1. Характеристика объекта управления 76
3.2. Предлагаемый алгоритм управления технологическими комплексами углеобогатительной фабрики 84
3.3. Информационное и техническое обеспечение системы управления 99
ГЛАВА 4. Управление топографией внутренней поверхности футеровки конвертора 105
4.1. Характеристика объекта управления 105
4.2. Интегральные показатели топографии внутренней поверхности футеровки конвертора 111
4.3. Расчет интегральных показателей топографии внутренней поверхности футеровки конвертера на ОАО "Северсталь" 114
4.4. Исследование связи интегральных показателей с технологическими факторами 120
Выводы и заключения 141
Библиографический список 143
Приложения 153
- Обобщенная структура системы управления объектом с целенаправленно изменяемой структурой
- Предлагаемый алгоритм группового дозирования
- Предлагаемый алгоритм управления технологическими комплексами углеобогатительной фабрики
- Интегральные показатели топографии внутренней поверхности футеровки конвертора
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одно из направлений современной теории и практики управления связано с созданием систем управления с переменной структурой (СПС) и систем координатно-параметрического управления (СКЛУ). В СПС структура системы изменяется только за счет изменения структуры управляющего устройства в зависимости от внешних условий либо от состояний объекта с организацией скользящих режимов. В СКПУ вырабатываются параметрические управляющие воздействия для достижения объектом заданных свойств и координатные - для получения требуемых траекторий состояний и выходных воздействий. Ни в том, ни в другом случае структура объекта целенаправленно для целей управления не изменяется.
В промышленности существует достаточно большой класс объектов (от агрегата до предприятия), в которых уже заложена возможность целенаправленного динамического изменения структуры. На сегодняшний день имеется небольшое количество работ, посвященное управлению с изменением структуры объекта. В них содержатся только общие соображения по направлению исследований и отсутствуют конкретные рекомендации по синтезу и анализу систем управления такого класса и, тем более, пригодные для практического применения методы, модели, алгоритмы. Изменение структуры системы приводит зачастую к скачкообразным изменениям состояния и объекта, и управляющего устройства. Для устранения негативных последствий от таких изменений необходимо обеспечивать плавные (безударные) переходные режимы.
Разработка облщх структур, методов и алгоритмов управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой должна привести к новым подходам к проектированию объектов управления, расширить область применения СПС и, в конечном итоге, повысить эффективность функционирования промышленных комплексов.
Работа выполнена в соответствии с планами хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ: федеральной целевой программы "Инте-
грация4 (1997 — 2002 г.), гранта Минобразования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук по направлению "Автоматика и телемеханика, вычислительная техника, связь, метрология" (2000 - 2002 г.)3 комплексных программ создания и развития АСУ ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат" (г, Новокузнецк), ОАО "Северсталь" (г. Череповец), углеобогатительных фабрик "Антоновская" (г, Новокузнецк), "Бачатская" (г. Белово), "Заречная" (г. Полысаево).
Цель и задачи диссертации. Развитие систем управления с переменной структурой для объектов с целенаправленно изменяемой структурой. В рамках этой цели выделены следующие задачи- К Описание и формирование класса промышленных объектов с целенаправленно изменяемой структурой, 2, Разработка общей структуры, конкретных методов и алгоритмов управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой. 3. Развитие методов и алгоритмов обеспечения безударных переходов при изменении структуры системы управления. 4. Сопоставительное исследование предлагаемых методов и алгоритмов. 5. Применение разработанных алгоритмов в промышленных системах углеобогатительных и металлургических производств.
Методы выполнении работы. Обобщение практического опыта управления промышленными комплексами, теория систем управления с переменной структурой, теория идентификации, имитационное моделирование, методы статистической обработки данных.
Научная новизна диссертации.
Класс объектов с целенаправленно изменяемой структурой, для которых управления должны рационально сочетать структурные, координатные и параметрические воздействия.
Обобщенная схема системы управления с переменной структурой как в объекте управления, так и в управляющем устройстве и конкретизированные схемы алгоритмов,
Комплекс алгоритмов управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой в горно-металлургической отрасли.
4. Методы и алгоритмы обеспечения безударных переходов в динамиче
ских системах управления с переменной структурой.
5, Результаты исследования эффективности систем управления с целена
правленно изменяемой структурой.
Практическая значимость. Обобщенные структуры и конкретные алгоритмы могут быть использованы для проектирования автоматических систем управления в различных отраслях промышленности, для обучения студентов соответствующих специальностей.
Реализация результатов работы,
На агломерационной фабрике ОАО ''Западно-Сибирский металлургический комбинат" (г. Новокузнецк) внедрена система группового дозирования железорудного концентрата,
В кислородно-конвертерном цехе ОАО "Северсталь" (г. Череповец) внедрена система управления геометрией внутренней полости конвертера.
На углеобогатительных фабриках "Антоновская" (г. Новокузнецк), "Бачатская" (г. Белово), "Заречная" (г. Полысаево) прошли практические испытания и внедрены системы управления технологическими комплексами.
Предмет зашиты и личный вклад автора,
Новый класс объектов управления с целенаправленно изменяемой структурой,
Обобщенная схема и варианты алгоритмов системы управления с переменной структурой как объекта управления, так и управляющего устройства.
Алгоритмы управления групповым дозированием, геометрией внутренней полости конвертера, системы управления технологическими комплексами углеобогатительных фабрик,
Методы и алгоритмы обеспечения безударных переключений режимов управления.
Результаты исследования и внедрения разработанного класса систем управления.
Личный вклад автора заключается в формировании нового класса объектов, разработке структуры алгоритмов управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой, их конкретизации и исследовании, разработке математического и технического обеспечения внедренных систем управления.
Апробация работы» Основные положения и результаты работы докла
дывались и получили одобрение на 9 конференциях, в том числе: Междуна
родной научно-технической конференции "Структурная перестройка метал
лургии: экономика, экология, управление, технология4 (Новокузнецк, 1996
г.); Межвузовской научно-практической конференции «Взаимодействие на
учно-образовательных, промышленных, предпринимательских и админист
ративных структур. Правовые и экономические аспекты» (Новокузнецк,
1998, 1999, 2000г.г.); Межрегиональной научно-методической конференции
"Повышение эффективности научных исследований и совершенствование
учебного процесса" (Анжеро-Судженск, 2000 г.); VIII Международной
научно-практической конференции «Перспективные технологии разработки
и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2001 г.);
Всероссийской научно-практической конференции "Системы
автоматизации в образовании, науке и производстве" (Новокузнецк, 2001 г.); Региональной научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых «Наука, Техника, Инновации» (Новосибирск, 2001 г.)-
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 статей в научно-технических сборниках, 6 докладов и 9 тезисов докладов на научно-практических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и содержит 142 страницы основного текста, список литературы из 82 наименований и 3 приложения на 29 страницах.
В первой главе приведен анализ предшествующих работ по системам с переменной структурой, формируется общее направление работы и частные задачи развития методов, алгоритмов и систем управления объектами с целе-
направленно изменяемой структурой. Сформирована обобщенная структура системы управления объектами с целенаправленно изменяемой структурой (ОЦИС) и выделены три типа алгоритмов управления ОЦИС. Представлены результаты аналитических исследований первого типа алгоритмов управления ОЦИС, ориентированных на введение дополнительных структур объекта для расширения области допустимых его состояний и обеспечения реализуемости требований к эффективности управления. Поставлены и решены задачи обеспечения плавных переходных режимов при переключении структур в системах управления.
Во второй главе дано подробное описание алгоритма управления групповым дозированием сыпучих материалов, представляющего собой конкретизацию общей структуры второго типа алгоритмов управления ОЦИС, обеспечивающих текущий анализ показателей эффективности управления, выбор и безударное переключение структуры объекта управления. Представлены результаты исследования и оценки эффективности системы управления групповым дозированием, реализующей предложенный алгоритм управления ОЦИС, в сравнении с системами управления групповым дозированием при неизменной структуре объекта управления.
В третьей главе дана краткая характеристика углеобогатительных фабрик (на примере ОФ "Антоновская") как объектов управления с целенаправленно изменяемой структурой, рассмотрены конкретные производственные ситуации и возможности изменения структуры объекта за счет включения или выключения из технологической схемы флотомашины, тракта подачи сухого отсева рядового угля в товарный концентрат. Дано описание алгоритма управления технологическим комплексом обогащения, конкретизирующего третий тип общей структуры алгоритмов управления ОЦИС, Алгоритмом предусматривается формирование и хранение данных, соответствующих ти-попредставительным ситуациям, параллельное натурно-математическое имитационное моделирование и оценка эффективности вариантов системы управления с различными структурами объекта управления , альтернативных действующей системе, принимающей и реализующей управляющие решения на технологическом комплексе. Приведена краткая характеристика про-
граммно-аппаратных средств реализации системы управления технологическим комплексом углеобогатительной фабрики.
В четвертой главе представлены результаты исследований, выполненных при создании системы управления процессом кислородно-конвертерного производства стали, реализующей алгоритм управления ОЦИС с текущим анализом показателей эффективности управления и изменением структуры и параметров объекта управления путем изменения топографии внутренней поверхности футеровки конвертера. Предложен и исследован комплекс интегральных показателей топографии внутренней поверхности футеровки конвертера, показано влияние их изменений на изменения параметров состояния и выходных воздействий процесса выплавки стали - % выхода годного, содержания фосфора и серы в металле и др.
В приложении А представлена сводная справка о внедрении результатов диссертационной работы О-В. Михайловой в агломерационном производстве ОАО "Западно-Сибирский металлургический комбинат", в конвертерном производстве ОАО "Северсталь", на углеобогатительных фабриках "Антоновская", "Бачатская", "Заречная". В приложении Б приведены перечень позиционных обозначений основного оборудования и описание технической структуры САУ производственным комплексом ОФ "Антоновская". В приложении В дано описание объединенной базы данных, использованной для исследований, проводимых на ОАО "Северсталь", а также технологических представлений о влиянии параметров плавки на топографию внутренней поверхности конвертера и интегральных показателей топографии на выходные воздействия и состояния процесса выплавки стали с соответствующими графиками.
Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору, лауреату премии Совета Министров СССР, Государственной премии СССР» Заслуженному изобретателю РСФСР Мышляеву Л.П. и научному консультанту, кандидату технических наук Киселеву Станиславу Филипповичу. Автор признателен коллективам ООО "Научно-исследовательский центр систем управления" и кафедры систем автоматизации СибГИУ за плодотворное сотрудничество и помощь в работе.
Обобщенная структура системы управления объектом с целенаправленно изменяемой структурой
Эталонная математическая модель системы обычно получается так называемым "методом погружения ! когда к исходному звену (некоторой части системы, функционально необходимой для работы), "добавляются другие звенья, часто называемые корректирующими, с такой целью, чтобы новое результирующее звено выполняло задачи своего функционального назначения, определяемые заданным множеством требований. Другими словами, исходное звено "погружается" в совокупность нескольких звеньев, за счет этого обогащается по структуре" [43. С.101]. Каждое звено этой модели обладает возможностью как координатного, так и параметрического управления.
Тогда при синтезе системы управления возникают три ситуации: 1. В случае, когда диапазоны изменения значений матриц модели настолько малы, что их нестационарностью можно пренебречь, система является координатно управляемой и ее можно синтезировать любым классическим методом. 2. В случае, когда матрицы в модели нестационарны, но заранее достаточно точно известны законы их изменения, "имеется принципиальная возможность программного изменения конструктивных параметров звена или системы с целью компенсации или по крайней мере уменьшения отрицательного влияния нестационарности на показатели выполнения заданных требований. Для этого конструкция звена или системы должна допускать целенаправленное изменение некоторых конструктивных параметров" [43. СЛ02]. Этот случай в настоящее время не имеет разработанных общих алгоритмов решения, так как предполагает внесение возможности целенаправленного изменения конструкции (или структуры) объекта изначально на этапе проектирования самого объекта и может быть решен только индивидуально для каждого конкретного случая. Тем не менее, применение методов адаптации и координатно- параметрического управления, например, для обеспечения отказоустойчиво-сти систем управления летательными аппаратами за счет заранее заложенных в них возможностей реконфигурации дает хорошие результаты [46], 3. Когда нестационарностью матриц в модели пренебречь нельзя и имеется сильная неопределенность в этой нестационарности, применяются достаточно хорошо разработанные методы теории адаптивного координатно-параметрического управления [44,47,48]. Несмотря на значительную разницу алгоритмов, используемых системами с переменной структурой и системами координатно-параметрического управления для достижения близких целей (разрывного "жесткого" переключения структуры и параметров регулятора в СПС и "мягкого" интегрального изменения параметров регулятора и объекта в СКПУ), в работе [43] было показано, что совместное их применение дает хорошие результаты. При решении проблемы настраиваемого возмущения "для частного случая ... удалось отыскать алгоритм функционирования нестационарной системы, в котором ... убрана "жесткость" алгоритмов СПС, оставлена "мягкость" работы алгоритмов АСЭМ, и в то же время в большой степени сохранена работоспособность алгоритмов СПС при больших скоростях изменения параметрических возмущений независимо от входных воздействий, сохранена независимость работы алгоритмов АСЭМ от диапазона изменения параметрических возмущений" [43. С-77], Не очень хорошо то, что "при этом пришлось увеличить объем доступной измерению информации", но несомненно, что перспективы сочетания этих двух указанных методов далеко не исчерпаны и требуют дальнейшей проработки. Однако, и той, и другой теорией недостаточно, на наш взгляд, было уделено внимания целому классу объектов, структура которых не только может изменяться в процессе функционирования, но и должна целенаправленно изменяться в соответствии с требованиями производственного процесса Вопрос об управлении структурой объекта в СПС был подробно рассмотрен лишь однажды [49]. В этой статье был предложен "новый подход к управлению динамическими системами с целенаправленным изменением в процессе управления структур объекта и синтез автоматических систем, эффективно сочетающих полезные свойства возможных структур объекта и управляющей системы" [49, СЛ102]. Указанный подход предполагает введение для объекта некоторых дополнительных структур» которые не могут быть использованы при нормальном функционировании объекта, так как не являются устойчивыми- Однако, при необходимости они могут временно включаться для принудительной организации скользящего режима и перевода системы в равновесное состояние, обеспечивающее более эффективный технологический режим. То есть, принципы синтеза регуляторов с переменной структурой были распространены на объект управления. Результативность этого подхода была показана на примере управления "в большом" химическим реактором с сосредоточенными параметрами для экзотермических технологических процессов, О существовании других работ в этом направлении нам не известно. Кроме того, в общей структуре систем управления с переменной структурой (рис, 1Л) не предусмотрено плавное переключение между структурами регулирующего устройства. Скользящий режим не является единственным средством, обеспечивающим реализацию регуляторов с переменной структурой в динамических системах. Вопросы организации так называемого плавного (безударного) переходного режима, обеспечивающего выработку "правильных1 управлений в моменты переключения между режимами работы в динамических системах без использования скользящих режимов рассматривались, например, в [50].
Предлагаемый алгоритм группового дозирования
В рассматриваемой системе имеется возможность оперативного отключения и подключения отдельных бункеров (каналов регулирования), что позволяет сделать структуру объекта целенаправленно изменяемой. В свого очередь» изменяемая структура дает возможность варьирования ресурсами регулирования расхода и временем чистого запаздывания zj между включенными бункерами и измерителем общего расхода материала, что позволяет оперативно влиять на динамическую точность дозирования.
Системы управления процессом группового дозирования, реализующие классический принцип регулирования с обратной связью с использованием типовых алгоритмов, не в состоянии обеспечить решение поставленной задачи. Обычно в таких системах используется один из двух вариантов формирования заданий на производительность каждого питателя: - одновременное и одинаковое изменение производительности питателей всех N бункеров с целью компенсации неконтролируемых возмущений и отслеживания изменений задающего воздействия; - компенсация неконтролируемых возмущений и отслеживание изменений задающего воздействия изменениями производительности питателя только ближайшего к весоизмерителю бункера, при неизменной производительности питателей остальных бункеров.
Как показали исследования таких систем группового дозирования [61], первый вариант системы обеспечивает равномерное опорожнение бункеров, по неприемлемо низкую точность дозирования. Такой системой подавляются неконтролируемые возмущения с периодом не менее 15 мин. Спектр реально действующих неконтролируемых возмущений лежит в области гораздо более высоких частот, что видно из графиков автокорреляционных функций, представленных на рис. 2.2- То есть, такая структура не может обеспечить приемлемое качество регулирования ни при компенсации неконтролируемых возмущений, ни при отслеживании задающих воздействий.
Второй вариант структуры системы группового дозирования позволяет частично компенсировать реальные неконтролируемые возмущения (с периодом не менее 3 минут), но о равномерном опорожнении бункеров здесь не может быть и речи.
Наиболее полно целям и условиям группового дозирования отвечают системы, реализующие специальные алгоритмы, в частности, алгоритмы восстановительно-прогнозирующего регулирования (ВПР-алгоритмы), Один из вариантов такого алгоритма, рассмотренный в [51], позволяет значительно увеличить точность дозирования по сравнению с традиционными законами регулирования (например, ПИ-законом) при обеспечении равномерности опорожнения бункеров в системе. Однако, существует большое количество "тяжелых" для управления ситуаций (например, опорожнение или выход из строя одного из бункеров), когда даже применение таких алгоритмов регулирования не позволяет добиться желаемых результатов по точности группового дозирования при сохранении постоянной структуры объекта управления. В этом случае повышение динамической точности дозирования может быть достигнуто введением в регулятор системы блока выбора и переключения структуры объекта управления. Предлагаемый алгоритм группового дозирования с целенаправленно изменяемой структурой является конкретизацией второго типа алгоритмов управления ОЦИС по принятой в предыдущей главе классификации - алгоритмов с анализом эффективности управления. В основу его положен алгоритм восстановительно-прогнозирующего регулирования [62], модифицированный для объектов с распределенным управлением и целенаправленно изменяемой структурой. Рассматривается система группового дозирования, в которой в обычном режиме количество бункеров Nt, из которых осуществляется дозирование материала, составляет лишь часть общего количества бункеров N. Остальные бункера находятся в резерве. Целенаправленное изменение структуры системы производится путем подключения резервного бункера или отключения (перевода в резерв) одного из работающих бункеров. Алгоритм (рис, 2.3) включает в себя следующие основные блоки: - ретроспективное восстановление образцовых координатных управляющих воздействий и формирование структурных управляющих воздействий; - прогнозирование образцового эквивалентного управления на интервалы запаздывания в каналах регулирования; - расчет корректирующего воздействия по обратной связи.
Предлагаемый алгоритм управления технологическими комплексами углеобогатительной фабрики
Идентификация объекта управления и построение математических моделей динамики в виде операторов q w[] и „{}, запаздываний lw и 1Д производится в соответствии с известными методиками и алгоритмами идентификации объектов в замкнутых системах управления [66],
Анализ динамики изменения векторов W[i)y /(/) и v(i) и их структурных характеристик (средних значений трендов, дисперсий и др.) выполняется в сопоставлении с заданными признаками качественного различия ситуаций, В результате формируется вектор PJ(i) = (PJl0)r„,Pjr(i),„.PjR (0) числовых значений признаков текущей ситуации для j-го структурного состояния объекта управления. Здесь Rj - общее количество признаков ситуации для j-го структурного состояния объекта управления. Сравнение вектора Pj(i) с векторами Pjs = (P[lst„.P]rt,.„PJTRi) признаков сформированных ранее типопредставительных ситуаций на предмет выявления их существенного различия в соответствии с заданными (для каждого Р[г) областями С1т допустимых изменений признаков по критерию близости Pj(i) и Pjs для всех s = 1, Nj,. Здесь s - текущий номер типопредставительнои ситуации (номер строки матрицы), a NJS - общее количество сформированных типопредставительных ситуаций для J-го структурного состояния объекта. При выполнении условия P OcQj, , s-ая типопредставительная ситуация рассматривается как наиболее близкая к фактической ситуации на объекте управления, Области П не пересекаются для всех s = h NJS Корректировка набора ТПС выполняется при смене ситуации на обьеісге управления по результатам сравнения вектора Pj(i) с векторами Р . Принимается решение о необходимых изменениях в наборе типопредставительных ситуаций: - при Pj (/) & ПР для всех 5 = 1, NJV, набор типопредставительных ситуаций дополняется новой компонентой, порядковый номер которой становится s = NJS+\; для этой строки фиксируется вектор признаков Р =?,(/) интервал времени (Н;,Н ) и информационное отображение iVs{i),U s{i)tYs{i)}vs{i) для - при выполнении условия Pjifyctlp решение о необходимости обнов ления информационного отображения s-й ситуации принимается с учетом давности ее регистрации и результатов идентификации математических мо делей pw;j{} и р [}. При старте системы или при возникновении совершенно новой технологической ситуации данные для соответствующей типопредставительной ситуации формируются с использованием моделей "внутреннего механизма1 технологических процессов объекта управления, либо результатам лабораторных или полупромышленных исследований. Имитационное пересчетное моделирование В основу алгоритма положено пересчетное натурно-математическое моделирование [67] с использованием типопредставительных ситуаций. Сущность операций, выполняемых этим алгоритмическим блоком, заключается в одновременном (параллельном) воспроизведении в реальном времени динамики функционирования системы управления для каждого из всех N вариантов структурных состояний объекта управления и соответствующих вариантов алгоритмов Aj формирования вектора координатных управляющих воздействий UJk при тех же условиях, определяемых векторами внешних воздействий W(i) и v(/), при которых функционирует реально действующая система управления Структурная схема, отображающая сущность выполняемого натурно-математического имитационного моделирования, представлена на рис- 3-5. Блок имитационного моделирования связан информационно с действующей системой управления, состоящей из технологического объекта с произвольным структурным состоянием Cj и управляющей системы. При этом алгоритмы управления, реализуемые действующей управляющей системой, могут не входить в множество алгоритмов Ап j = l,N. В частности, принимать управляющие решения и реализовывать соответствующие координатные управляющие воздействия Uc в режиме дистанционного управления может оператор технологического комплекса. Процедура имитационного моделирования, выполняемая для каждого j-го варианта структурного С, состояния объекта и соответствующего алгоритма Ап реализует следующие основные операции. Выбор типопредставителъной ситуации для моделирования выполняемый по изложенной выше схеме описания блока формирования, запоминания и хранения ТПС по каждой j-ай структуре объекта управления- Но при этом анализируются не все составляющие векторов признаков P(i) текущего состояния и р типопредставительных ситуаций, а лишь те, которые формируются по составляющим векторов внешних воздействий W9 У и состояний. Критерий выбора ближайшей типопредставительной ситуации, рассмотренный выше (3.18 + 3.19), преобразован к виду
Интегральные показатели топографии внутренней поверхности футеровки конвертора
Во-вторых, протекающие в ванне конвертера процессы является циклическими и существенно нестационарными. Характер и структура нестационарности плохо воспроизводятся от цикла к циклу.
При этом определенную долю нестационарности к процессу добавляет наличие ручного управления (оператора), медленно приспосабливающегося к существенным изменениям возмущающих воздействий (качества лома, извести, агломерата, химического состава чугуна и др.) и заданий (переход на выплавку стали другой марки), В результате перечисленных выше особенностей, в среднем от 40% до 60% плавок требуют дополнительных корректировок (додувок, охлаждения и науглероживания). Рассматриваемая в [68. С- 16] трехуровневая система управления кислородно-конвертерным процессом, построенная на концепции программно-возмущенного движения объекта управления, применяемой для управления космическими аппаратами [69, 70, 71] и в металлургической промышленности [72, 73, 74], является хорошим примером подтверждения высказанного соображения. Эта система состоит из трех уровней управления, которые «„представляют собой: - расчет базовых значений и опорных программ изменения управляющих воздействий с учетом специфики объекта управления, общих целей производства и особенностей поведения внешней среды; - корректировку программного движения применительно к особенностям конкретной плавки с учетом информации о качестве управления и возмущениях до начала продувки; - корректирующее регулирование, позволяющее на основе текущей информации о состоянии конвертерного процесса добиться наибольшего соответствия основных параметров объекта управления рассчитанным на предыдущем этапе оптимальным режимам его работы». При этом для управления возмущенным движением кислородно-конвертерной плавки вместе со стандартными законами корректирующего регулирования по отклонению используются «специально синтезируемые нелинейные алгоритмы управления и ситуационное управление, позволяющие работать в условиях существенной нестационарности конвертерного процесса и слабой изученности сложных динамических связей контролируемых показателей с управляющими воздействиями» [68. С, 18]. Эти алгоритмы реализуются посредством так называемых «гибких» программ, которые «предполагают коррекцию программ в зависимости от условий в начале и конце отдельных периодов плавки или в другие моменты времени, соответствующие качественному (но запрограммированному) изменению в ходе процесса., - Для каждого периода должны выбираться свои граничные условия, ...свой критерий, отражающий специфику продувки в каждый период, и после построения модели процесса (отдельно для каждого периода) может решаться задача определения оптимальной программы изменения управляющих воздействий и желаемых траекторий выходных параметров» [68. С. 20], Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что данная система управления является классической СПС, имеющей в своем составе устройство управ 108 ления с переменной структурой. Результатом ее внедрения на Новолипецком металлургическом заводе стало повышение на 10 - 17 % точности попадания в пределы по температуре и по содержанию углерода в стали. Однако, как отмечалось в [75, С. 24], «подавляющее большинство известных способов управления плавкой стали в конвертере явно не предполагают какие-либо изменения в структуре объекта управления». Тем не менее, структура процесса управления выплавкой стали в конвертере может целенаправленно изменяться, например введением специальных промежуточных повалок конвертера для получения дополнительной информации о состоянии процесса или оперативными изменениями топографии внутренней поверхности футеровки конвертера с целью повышения ее стойкости. Изменение струиуры процесса управления плавкой при помощи зведення промежуточных повалок для взятия пробы металла и измерения его температуры подразумевает введение дополнительных алгоритмов управления в состав управляющей системы, В этом случае реализуется подход [75], подобный описанному в [68], и использующий для расчета материалов конвертерного производства динамические модели преобразования вариаций входных (управляющих и внешних контролируемых воздействий) в вариации выходных воздействий в окрестности опорных базовых режимов плавки (алгоритмы [76]), Это так называемый способ управления конвертерной плавкой с выделением ТПС, когда по данным предыдущих плавок формируют набор типогтред-ставительных плавок, каждая из которых характеризуется определенным набором учитываемых параметров. Затем для условий предстоящей плавки выбирают ближайшую типопредставительную, рассчитывают необходимое количество кислорода до промежуточной повалки. По окончании плавки корректируют коэффициенты используемых для расчетов математических моделей Наращивание же футеровки конвертера, при работе в обычном ручном режиме управления производящееся практически перед каждой плавкой, начиная примерно с 200 - и, после визуального осмотра конвертера, с появлением новых методов и средств измерения перестало быть для системы возмущающим воздействием. Теперь эта операция может включаться в процесс целенаправленно в необходимые моменты времени, при этом в зависимости от полученных при измерении данных точно определяется необходимый вид, интенсивность и место ухода за футеровкой.
