Введение к работе
Актуальность работы. Основная роль в улучшении качества выпускаемой продукции, повышения технического уровня, производительности и надежности изделий в подшипниковой промышленности принадлежит термической обработке изделия в контролируемой атмосфере (эндогазе), которая является наиболее эффективным методом упрочнения металла. Анализ уровня автоматизации технологического процесса получения эндогаза позволяет приступить к созданию систем управления, которые разрешают не только контролировать текущие значения технологических параметров, но и управлять качеством контролируемой атмосферы (эндогаза) по критериям, которые характеризуют эффективность работы основного оборудования в целом. Создание таких систем является весьма актуальной задачей и требует создания не только математических моделей основного оборудования, измерительной информации, моделей каналов обработки измерительной информации, но и разработки новых эффективных алгоритмов управления технологическим процессом. Работа выполнялась в рамках тематического плана МЭИ (ТУ) по теме № 1049060 «Моделирование интеллектуальных измерительных систем управления объектами теплоэнергетики» [4]. Работа относится к приоритетному направлению развития науки и техники в области энергетики и энергосбережения, и выполнялась в рамках исполнения гранта РФФИ по проекту № 10-08-00125-а.
Целью работы является создание информационно-измерительной системы для текущей идентификации динамических свойств эндогазогенератора, которая позволит повысить качество управления технологическим процессом получения эндогаза за счет применения робастных алгоритмов.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы анализа качества и устойчивости из теории автоматического управления, методология проведения активного и пассивного эксперимента из теории эксперимента, новые методы математического моделирования и методы метрологического анализа функционирования микропроцессорных информационно-измерительных и управляющих систем.
Научная новизна определяется разработкой и реализацией новых подходов к решению проблем проектирования информационно-измерительных систем, функционирующих в составе АСУ ТП, и заключается в следующем:
Предложено новое уравнение измерения критерия управления технологическим процессом производства эндогаза, которое учитывает динамические свойства эндогазогенератора;
Предложен способ управления эндогазогенератором в стационарном режиме, отличающийся от известных наличием блока компенсации возмущений, возникающих в канале управления температуры реторты;
Предложен программатор для управления эндогазогенератором, который отличается от известных наличием в программаторе генератора оптимального закона изменения управляющих воздействий;
Предложен робастный алгоритм управления газогенератором, который основан на текущей идентификации знака градиента в рабочей точке процесса;
Предложена методика имитационного моделирования процессов управления, которая учитывает при моделировании динамические свойства измерительной информации и помехи измерения;
Разработана математическая модель формирования динамической погрешности качества управления при применении робастного алгоритма управления эндогазогенератором;
Разработан виртуальный прибор для текущей идентификации динамических свойств объектов управления.
Степень достоверности полученных результатов обеспечивается:
Все модели измерительной информации проверены на адекватность по данным пассивного эксперимента, проведенного на ОАО «Волжский подшипниковый завод»;
Все модели динамических характеристик объекта управления проверены на адекватность по данным активного эксперимента, проведенного на ОАО «Волжский подшипниковый завод»;
Модели метрологических характеристик и работоспособность предложенных новых алгоритмов управления эндогазогенератором проверены на адекватность методом имитационного моделирования в условиях, наиболее приближенных к реальным, то есть в условиях действия помех измерения.
Практическая ценность работы. Предложенные модели и алгоритмы легли в основу созданной экспериментальной установки. В состав установки вошли виртуальный прибор для измерения текущих значений влажности эндогаза, полевой изменяемый прибор, ПЭВМ, пакет прикладных программ, обеспечивающий нормальное функционирование полевого изменяемого прибора и пакет прикладных программ для адаптации настроечных коэффициентов робастного алгоритма управления. Полевой изменяемый прибор может быть использован в системе управления как идентификатор динамических свойств объекта управления.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Control-2005» (Москва, 2005 г.), Двенадцатой международной научно-практической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2006 г.), Одиннадцатой межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов (Волжский, 2005 г.), Межрегиональной юбилейной научно-практической конференции (Волжский, 2006 г.), Двенадцатой межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов (Волжский, 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (Волжский, 2006 г.), Тринадцатой межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (Волжский, 2007 г.), Межрегиональной научно-практической конференции «Интеллектуальные измерительные системы в промышленности южного
региона» (Волжский, 2007 г.), Всероссийских научно-практических конференциях «Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов» (Волжский, 2008, 2010 г.г.). Основные положения, выносимые на защиту:
Новое уравнение измерения текущих значений технологического КПД процессом производства эндогаза, которое учитывает динамические свойства эндогазогенератора;
Способ управления эндогазогенератором в стационарном режиме работы, который отличается от известных наличием блока компенсации возмущений, появляющихся по каналу управления температурой;
Способ управления эндогазогенератором при нестационарном режиме работы, который отличается от известных наличием блока-программатора изменения управляющих воздействий;
4. Новый робастный алгоритм управления газогенератором, который
основан на текущей идентификации знака градиента в рабочей точке критерия
управления;
5. Методика имитационного моделирования процессов управления, которая
отличается от известных учётом динамических свойств измерительной инфор
мации и помех измерения;
Модель методической динамической погрешности идентификации динамических характеристик объекта управления робастным алгоритмом управления эндогазогенератором;
Полевой изменяемый прибор для текущей идентификации динамических свойств объектов управления, который отличается от известных наличием блока визуализации процессов измерения входных и выходных параметров объекта управления.
Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: [3], [5], [6], [7], [8] - разработка оптимальных алгоритмов управления процессом производства эндогаза, [1], [2], [19] - модель динамической погрешности идентификации, [4] - математическая модель эндогазогенератора, [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16] - методика имитационного моделирования алгоритмов управления.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 19 работ, среди которых 3 в журналах перечня ВАК и 1 отчёт о НИР с государственным номером регистрации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и четырех приложений. Общий объем работы составляет 227 страниц, в том числе 63 рисунка и 7 таблиц.
