Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ Ю
I. ПРОБЛЕМА ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОРАСПРБДОІЕНИЕМ В ИН
ЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ 25
1. I. Введение 25
-
Инженерные сети как объект управления 25
-
Основная задача оперативного управления потокораспределе-нием в инженерных сетях 36
-
Структура решения основной задачи 39
-
Выводы 44
2. ЦЕЛИ И КРИТЕРИИ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОРАСПРЩЦЕЛЕНИЕМ
В ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ 46
-
Введение 46
-
Структуризация системы интегральных оценок (локальных критериев), характеризующих качество функционирования инженерной сети 47
2.2.1. Прямые оценки качества функционирования инженерных сетей
и их свойства 49
2.2.2. Косвенные оценки качества функционирования инженерных
сетей и их свойства 55
-
Структуризация системы интегральных оценок (локальных критериев), характеризующих эффективность функционирования инженерной сети 62
-
Структуризация цели управления 67
-
Выводы , 71
Стр.
3. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ 72
-
В в е д е н и е 72
-
Математическая модель установившегося потокораспределения (УПР) в инженерных сетях 72
-
Условия наблюдаемости модели УПР в инженерных сетях 78
-
Условия идентифицируемости модели УПР в инженерных сетях.. 83
-
Математические модели УПР на участках сети 89
-
Математические модели УПР на участках трубопроводов ... 89
-
Математические модели УПР на пассивных регулирующих элементах инженерной сети 91
-
Математические модели УПР на активных регулирующих элементах инженерной сети 94
-
Постановка задачи идентификации модели УПР в инженерных сетях на основании оперативных данных 102
-
Идентификация структуры модели УПР в инженерных сетях.. 107
3.7.1. Постановка задач структурной идентификации модели УПР
в инженерных сетях 107
3.7.2. Алгоритмы решения задач структурной идентификации модели
УПР в инженерных сетях III
3.8. Идентификация параметров модели УПР в инженерных сетях 118
-
Анализ статистических свойств ошибок модели 118
-
Устойчивое оценивание параметров участков инженерной сети в условиях неопределенности относительно статистических свойств ошибок модели 124
-
Анализ статистических свойств ошибок измерений 129
-
Устойчивое оценивание параметров участков инженерной сети в условиях неопределенности относительно статистических свойств ошибок модели и ошибок измерений 132
Стр.
3.9. Идентификация состояния модели УПР в инженерных сетях 141
-
Устойчивое оценивание состояния модели УПР путем предварительной фильтрации исходных данных 142
-
Устойчивое оценивание состояния модели УПР путем непосредственного учета статистических свойств модельных ошибок и ошибок измерений 145
ЗЛО. Выводы 148
4. ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 150
-
В в є де н и е 150
-
Математические модели процессов подачи и потребления целевых продуктов в инженерных сетях 151
-
Процессы подачи целевого продукта (ППодЦП) 151
-
Процессы потребления целевого продукта (ППЦП) 152
-
Математическая модель процессов потребления целевых продуктов в инженерных сетях 154
4.3. Идентификация структуры модели ППЦП 161
-
Структурная идентификация моделей линейных дискретных передаточных функций, связывающих ППЦП с метеорологическими и организационными факторами 161
-
Структурная идентификация моделей линейных дискретных передаточных функций, связывающих ППЦП с хронологическими факторами 169
4.4. Идентификация параметров и проверка адекватности моде
ли ППЦП 176
-
Постановка задачи идентификации параметров модели ППЦП..176
-
Алгоритм решения задачи идентификации параметров модели ППЦП 177
-
Проверка адекватности модели ППЦП 182
4.5. Прогнозирование изменения состояния окружающей среды.. 185
Стр.
-
Вычисление прогнозов ППЦП, зависящих от хронологических факторов 185
-
Вычисление прогнозов ППЦП, зависящих от метеорологических и хронологических факторов 190
4.6. Вычисление дисперсии и коррекции прогнозов ППЦП 195
-
Вычисление дисперсии прогнозов ППЦП 195
-
Коррекция прогнозов ППЦП 196
4.7. Выв оды 198
5. ОПЕРАТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТРАНСПОРТА И РАСПРЕ
ДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВЫХ ПРОДУКТОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ В УСЛО
ВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ 199
-
В в е д е н и е 199
-
Постановка задачи оперативного планирования режимов транспорта и распределения целевых продуктов в инженерных сетях в условиях неопределенности 200
-
Технологическая постановка задачи 200
-
Математическая постановка задачи 202
-
Координация решений локальных подсистем инженерной сети.209
-
Математические модели локальных подсистем инженерной
сети 215
-
Математическая модель УПР в локальной подсистеме ИС без активных элементов 215
-
Линеаризация уравнений модели УПР в локальной подсистеме ИС 218
-
Математическая модель УПР в локальной подсистеме ИС с активными элементами 226
-
Анализ условий выполнения функциональных ограничений, определяющих качество функционирования локальной подсистемы ИС 236
Стр.
Структурная и параметрическая оптимизация локальной
подсистемы инженерной сети 238
Структуризация задачи 238
Структурная оптимизация пассивной части локальной
подсистемы ИС 245
Распределение нагрузок между активными элементами
локальной подсистемы ИС 250
Параметрическая оптимизация пассивной части локальной
подсистемы ИС 255
Структурная и параметрическая оптимизация активных
элементов локальной подсистемы ИС 257
Обеспечение режимной устойчивости активных элементов
локальной подсистемы при изменении граничных усло
вий 262
Выв оды 266
СТАБИЛИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ТРАНСПОРТА И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕ
ВЫХ ПРОДУКТОВ В ИНЖЕНЕРНЫХ СЕТЯХ 268
В в є де н и е 268
Структуризация задачи стабилизации режимов транспорта
и распределения целевых продуктов в инженерных сетях.. 269
Статистический анализ структур систем стабилизации
давлений в узлах локальной подсистемы ИС 274
Стабилизация давления в глобальной диктующей точке
локальной подсистемы инженерной сети 279
Анализ влияния статистических свойств ошибок измере
ний на качество функционирования системы стабилиза
ции 287
Стр.
-
Методология построения и внедрения систем стабилизации режимов в реальных условиях функционирования инженерных сетей 291
-
Выв оды 294
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ . 295
ЛИТЕРАТУРА 300
П: Р ИЛОЖЕНИЕ 323
ПО. Материалы внедрения диссертационной работы 324
ПІЛ.Сравнительный анализ алгоритмов численного решения сис
темы уравнений модели неустановившегося потокораспреде-
ления в ИС 338
ПІ.2.Анализ результатов аппроксимации функции tffcjt) функ
цией У (X,d) , полученной по модели УПР 371
П2Л.Анализ статистических свойств процессов подачи ЦП потре
бителям О. fj в зависимости от интенсивности пото
ков отказов и восстановлений элементов ИС 374
П2.2.Анализ статистических свойств оценок Jtfii Т),76у{Г) в зависимости от статистических свойств процессов fy. (t) ,
tfM : у- з80
П2.3.Анализ статистических свойств оценок ^(і)
в зависимости от статистических свойств процессов >7 Wt
О: (), Т* (і) и стратегии управления 390
ПЗЛ.Анализ статистических свойств оценок параметров участков
инженерной сети 401
ПЗ.2.Анализ методов решения задачи идентификации состояния
модели УПР в ИС 405
П4.1.Автоковариации наиболее часто встречающихся моделей
ППЦП 421
П4.2.Реализации процесса водо- и газопотребления, темпера
туры воздуха, их выборочные автокорреляционные и част
ные автокорреляционные функции 433
Стр.
П4.3. Результаты решения задач прогнозирования 445
П5.І. Алгоритм декомпозиции ИС на локальные подсистемы 451
П5.2. Примеры использования принципа динамического программи
рования для решения задачи координации локальных под
систем магистральных газопроводов 454
П5.3. Анализ ошибок линеаризации модели УПР в ИС 461
П5.4. Пример температурного и гидравлического расчета ИС с
активными элементами 467
П5.5. Анализ чувствительности функции цели к структуре ИС. 474
П5.6. Анализ сходимости алгоритма распределения нагрузки меж
ду активными элементами локальной подсистемы МГ 482
П5.7. Алгоритмы решения задачи структурной и параметрической
оптимизации L -го цеха КС 487
П5.8. Примеры решения задач структурной и параметрической оп
тимизации активных элементов локальной подсистемы ИС.,.. 497
П5.9. Анализ результатов решения задач оперативного планиро
вания режимов функционирования локальной подсистемы ИС
по полной и приближенной моделям сети (предельные слу
чаи) 503
П6.І. Результаты численного анализа структур систем стабили
зации давлений в локальной подсистеме ИС 509
Введение к работе
В решениях ХХУ55 и ХХУ1КХ съездов КПСС, постановлениях Партии и Правительства3*5*35 большое внимание уделяется проблемам дальнейшего наращивания топливно-энергетического потенциала страны, являющегося базой для развития всех отраслей народного хозяйства.
Значительное место в структуре топливно-энергетических систем занимает класс трубопроводных систем энергетики, к которому относятся системы водо-, газо-, нефте- и теплоснабжения.
Наращивание топливно-энергетического потенциала страны осуществляется за счет открытия и ввода в эксплуатацию новых месторождений и источников целевых продуктов, которые находятся на значительном удалении от основных центров потребления. Для обеспечения бесперебойной подачи газа потребителям в стране создана единая система газоснабжения (ЕСГ). В настоящее время все более возрастает удаление областей потребления газа от мест добычи и переработки, что ведет к увеличению протяженности вводимых в эксплуатацию трубопроводных магистралей и требует дополнительных затрат капитальных вложений и материальных ресурсов на строительство и эксплуатацию систем водо-, газо-, нефте-, теплоснабжения.
Ускоренные темпы развития водного хозяйства, строительство крупных каналов, водохозяйственных и магистральных систем, таких, как канал Днецр-Донбас, Мианколь-Хатырчинский технологический во- к Материалы ХХУ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1977. - 256 с. хх Материалы ХХУІ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с. ххх Решения партии и правительства по хозяйственным вопросам (І98І-І982). - М.: Политиздат, 1983. - с.703. дохозяйственный комплекс, Амударьинский каскад, Дунай-Днестровская и Каховская оросительные системы,требуют разработки новых подходов к проблеме управления такими комплексами.
Серьезные задачи встают и перед коммунальным хозяйством крупных городов и страны в целом. Расширение существующих и создание новых промышленных центров, дальнейшее развитие энергетической базы страны, интенсификация сельскохозяйственного производства, увеличение масштабов жилищного строительства привели к резкому возрастанию потребности в воде и необходимости сооружения большого числа современных высокопроизводительных систем промышленного, сельскохозяйственного и коммунального водоснабжения.
Наращивая топливно-энергетический потенциал страны, необходимо повсеместно улучшить использование топлива и энергии, усилить их экономию. "При достигнутых масштабах производства топливно-энергетических ресурсов... экономия топлива и энергии является эффективной альтернативой дальнейшему наращиванию объемов добычи и производства. В настоящее время экономия энергоресурсов на 1% снижает потребление в народном хозяйстве примерно на 18 млн. т. условного топлива, что в современных мировых ценах эквивалентно it „ 1,8 - 1,9 млрд. руб.
В трубопроводных системах энергетики скрыты значительные резервы, использование которых не связано с поиском и освоением новых источников и месторождений целевых продуктов. Значительное сокращение непроизводительных расходов целевых продуктов, материальных и энергетических затрат может быть достигнуто путем перехода к ведению научно обоснованных, рациональных технологических режимов добычи, транспорта и распределения целевых про- к А.Лалаянц. Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов. - Плановое хозяйство. - М., № 5, 1984, с.3-14.
12 дуктов. Важнейшим средством использования указанных резервов является совершенствование системы управления технологическими процессами на базе применения современных математических методов и средств вычислительной техники.
В настоящее время в структуре топливно-энергетических систем все больший вес приобретают трубопроводные системы энергетики, развитие которых осуществляется опережающими темпами.х Несмотря на различие целевых продуктов, трубопроводные системы энергетики характеризуются рядом специфических особенностей, позволяющих объединить их в отдельный класс систем. Эти особенности заключаются в следующем: значительном территориальном распределении и огромном числе элементов, формирующих систему; непрерывном развитии в пространстве и во времени; иерархической структуре управляемой и управляющей систем и непосредственном наличии субъекта в контуре управления системой; непрерывности во времени технологических процессов добычи, подготовки, транспорта и распределения целевых продуктов; инерционности процессов транспорта целевых продуктов и возможности создания его оперативных запасов в хранилищах и резервуарах; общности физических процессов, протекающих в инженерных сетях, а также общности математических моделей режимов транспорта и распределения целевых продуктов; неопределенности модели объекта управления, которая проявляется в неполноте информации о структуре, параметрах и переменных этой модели; неопределенностью среды, которая находит свое отражение в стохастическом характере процессов подачи и потребления целевых продуктов и отсутствии оперативной информации о параметрах этих процессов; неопределенности цели управления, проявляющейся в многокритериальности, неопределенности от- к Материалы ХХУІ съезда КПСС. - Политиздат, 1981. - 223 с. дельных критериев, неопределенности свертки критериев.
С точки зрения структуры и функционального назначения отдельных элементов эти системы можно представить в виде четырех независимых по характеру и критериям функционирования подсистем: источники целевого продукта; сооружения по его обработке; транспортные и распределительные сети; потребители целевого продукта.
Назначение первых двух подсистем - подготовка заданного количества и определенного качества целевого продукта. Основное назначение третьей подсистемы - обеспечение потребителей целевым продуктом в виде потоков, формируемых под воздействием разности давлений, создаваемых ее активными элементами ( насосными или комцрессорньши станциями). Эту наиболее разветвленную и сложную подсистему в дальнейшем будем называть инженерной сетью. Таким образом, инженерная сеть (ИС) - это наиболее сложная подсистема трубопроводных систем энергетики, основным назначением которой является транспорт и распределение между потребителями жидких или газообразных продуктов в виде потоков, формируемых под воздействием разности давлений, создаваемых ее активными элементами.
Усложнение структуры, увеличение протяженности и возрастание энергоемкости ИС, а также интенсификация их эксплуатационных режимов привели к тому, что традиционные методы управления, применяемые в этих системах, перестали быть эффективным средством рационального ведения технологических процессов транспорта и распределения целевых продуктов ИС. Это привело-к резкому возрастанию непроизводительных затрат материальных и энергетических ресурсов, к снижению степени удовлетворения потребителей целевыми продуктами.
Как объект управления ИС относится к классу многомерных многосвязных нелинейных стохастических систем с распределенными па- раметрами, специфической особенностью которых является их сетевая многоуровневая структура, высокий уровень неопределенности структуры, параметров и состояний объекта управления и окружающей среды, наличие в векторе управления как непрерывных, так и дискретных компонент
В настоящее время накоплен значительный опыт по моделированию и оптимизации режимов функционирования ряда подклассов Ж>[2, 3,5,6, 14> / /62, 20б]. Результаты расчетов оптимальных режимов транспорта и распределения целевых продуктов в ИС вскрыли значительные внутренние резервы экономии непроизводительных затрат материальных и энергетических ресурсов / 7, 24,47,50, 67, /63J, Однако разработанные методы оптимизации являются, как правило, детерминированными, не учитывают реальные условия функционирования инженерных сетей, связанные с неопределенностью как объекта управления, так и окружающей среды.
Получаемые с помощью методов оптимальные решения соответ ствуют только конкретным граничным условия и находятся, как пра вило, на границе допустимой области Практически это приводило к тому, что даже незначительные вариации граничных условий могли не только существенно изменить оптимальное реше ние, но и вывести его из области технологически допустимых ре жимов, т.е. привести к аварийной ситуации. Естественно, что та кие оптимальные решения оказались неприемлемыми для практики.
Непосредственное распространение классических методов уп равления системами с распределенными параметрами, разработан ных в трудах А.Г. Бутковского [39АО j , Т.К.Сиразетдино- ва [б/, /52] и их учеников [4/6/,62, /97] .на инженерные сети приводит к серьезным математическим проблемам и практически не позволяет получить решения как за счет огромной размерности возникающей задачи, так и за счет несогласованности объемов оперативной информации, сложности используемых моделей, точности решения и реализации управления [94,2/3]. Существенную роль играют ограничения на время решения задач управления, так как управление ИС осуществляется в реальном масштабе времени.
В связи с этим возникает необходимость разработки прикладной теории оперативного управления потокораспределением в ИС как самостоятельного научного направления.
Основополагающими работами, оказавшими влияние на развитие методов управления в условиях неопределенности, являются иссле дования советских ученых к Л. Фелъцбаума [200] , Я.З.Цыпкина/*^> 209,240] , Д.Б.ІОдина [2/6] , Ю.М.Ермольева {86,87,88] и ученых из руководимых ими школ. Большой вклад в разработку мето дов моделирования и оптимизации режимов функционирования различ ных подклассов ИС внесли: Н.Н.Абрамов [2,3] , Д.Б.Баясанов [ /4, /6, /6, 17] , Р.Я.Берман [22t30] , С.А.Бобровский [3^32, 33] t А.Г.Галиулин Ш,47] , А.Д.Гарляускас [SO] , А.Г.Евдокимов [64,66, 67, 62] , Б.Л.Кучин/ Щ/08]> А.П.Меренков [//$, //6] , М.Г.Сухарев {/6/, /62,/бз] ,В.Я.Хаселев [208] , Е.И.Яковлев [7.31,32,33] ряд зарубежных специалистов /220,221,223, 224, 228, 22.9 J и многие .другие [36М, 46, 48\ 63, 89, 90, 97, 99, /09, 122, 136, /37, /39,147, /SO, 161, 163, /64, /SS, /66, /96, 198, 21/, 212, 217].
Целью диссертационной работы является:
Разработка теории и научных основ анализа и синтеза систем оперативного управления потокораспределением в инженерных сетях в условиях неполной и недостоверной информации об управляемом объекте и окружающей среде.
Разработка инструментария реализации теоретических положений в виде моделей, методов, алгоритмов и пакетов прикладных программ анализа и синтеза систем оперативного управления.
3. Внедрение полученного инструментария в практику диспетчерских служб управления, обеспечивающее существенное повышение качества и эффективности функционирования инженерных сетей за счет более полного использования их внутренних резервов и сокращения непроизводительных затрат энергетических и материальных ресурсов.
Научная новизна и вклад исследования в разработку проблемы состоят в том, что проведенный в работе комплекс исследований позволяет решить крупную научную проблему создания теоретико-методологических основ нового научного направления - прикладной теории оперативного управления потокораспределением в инженерных сетях в условиях неопределенности, имеющей важное народнохозяйственное значение.
При этом:
Инженерная сеть определена как новый класс объектов управления, функционирующих в случайной среде, и проведено комплексное исследование ее основных системньк свойств на базе строгих теоретических предпосылок.
Сформулирован новый класс задач стохастического управления многомерными многосвязными нелинейными динамическими системами с распределенными параметрами, к которому сводятся задачи оперативного управления потокораспределением в ИС в условиях неопределенности.
Разработан и исследован эффективный метод поиска приближенного решения сформулированного класса задач, гарантирующий получение физически реализуемого управления, обеспечивающего реальное повышение качества и эффективности функционирования ИС.
Автор защищает следующие новые научные результаты: I. Постановку общей задачи оперативного управления потокораспределением в ИС в условиях неопределенности, отличающуюся от известных постановок структурой функции цели, структурой системы ограничений и структурой вектора управления. Z. Метод поиска приближенного решения общей задачи, обеспечивающий, в отличие от известных методов, сохранение оптимальности управления в условиях детерминированных и стохастических возмущений. Метод включает: синтез номинальной (программной) траектории движения объекта управления в случайной среде в виде условных математических ожиданий (прогнозов с заданным упреждением) будущих значений фазовых координат объекта управления; аппроксимацию исходной непрерывной задачи ее дискретным аналогом на основе принципа смены стационарных состояний; сведение полученной задачи к задаче нелинейного двухэтап-ного стохастического программирования с векторной функцией цели, решение которой ищется в чистых стратегиях в виде решающего правила, задаваемого алгоритмически, а получаемое решение представляет сумму детерминированного и случайного векторов управления; синтез детерминированной составляющей вектора управления в начальный момент времени в результате решения задачи оперативного планирования режима транспорта и распределения целевых продуктов в ИС; синтез случайной составляющей вектора управления в каждый момент времени в результате решения задачи стабилизации давлений в узлах сети.
3. Методологию оценки качества и эффективности функционирования ИС как объекта управления, использование которой позволило: - получить широкий спектр технических и технико-экономических показателей (оценок) качества и эффективности функционирования ИС, включающий не только известные оценки, но и ряд новых; - обеспечить комплексный учет разнородных групп факторов, оказывающих влияние на режимы функционирования ИС; строго определить понятие прямых и косвенных оценок качества функционирования ИС; формализовать специфические свойства ИС, связанные с наличием в них "узких мест", названных в работе диктующими точками; провести структуризацию цели управления.
4. Методологию моделирования и прогнозирования основных воз мущающих факторов ИС - стохастических процессов подачи и потреб ления целевых продуктов, использование которой позволило: учесть влияние на рассматриваемые процессы произвольного количества трех основных групп факторов -.метеорологических, хронологических и организационных; получить экономичные по структуре и количеству оцениваемых параметров модели, описывающие широкий класс стационарных и однородных нестационарных случайных процессов в диапазоне от простейших марковских процессов до процессов с детерминированными (полигармоническими и полиномиальными) или стохастическими трендами; разработать эффективные методы и алгоритмы структурной и параметрической идентификации моделей, проверки степени их адекватности реальным процессам, вычисления и коррекции прогнозов; разработать адаптивные алгоритмы моделирования и прогнозирования процессов подачи и потребления целевых продуктов в ИС; получить адекватные модели процессов подачи и потребления целевых продуктов практически для всех типов источников и потребителей целевых продуктов в ИС.
5. Методологию моделирования установившегося потокораспреде- ления (УПР) в РІС, использование которой позволило: - разработать общую модеь УПР в ИС с активными элементами, отличающуюся от известных моделей тем, что допускает произвольное расположение активных элементов в ИС, а также последовательное и параллельное включение произвольного количества агрегатов активных элементов без необходимости предварительного эквивалентирова-ния их характеристик; сформулировать условия наблюдаемости и идентифицируемости модели УПР в ИС; разработать эффективные по быстродействию и занимаемому объему памяти ЭВМ методы и алгоритмы температурного и гидравлического расчета ИС с активньши элементами, отличающиеся от известных методов и алгоритмов тем, что время расчета сетей с активньши элементами увеличивается по сравнению с временем расчета сетей без активных элементов пропорционально отношению количества активных элементов сети к общему количеству всех элементов сети; разработать статистически устойчивые методы идентификации структуры, параметров и состояний модели УПР в ИС, отличающиеся от известных методов тем, что обеспечивают устойчивость получаемых оценок параметров и состояний к изменению статистических свойств ошибок измерений, ошибок модели и ошибок, возникающих в каналах связи; разработать эффективный метод линеаризации модели УПР в ИС и определить области рационального использования нелинейных и линеаризованных моделей УПР в ИС; разработать стохастическую форму модели УПР в ИС и численный метод анализа статистических свойств зависимых переменных модели УПР относительно статистических свойств независимых переменных.
6. Постановку и алгоритм решения задачи оперативного планирования режимов транспорта и распределения целевых продуктов в ИС в виде одноэтапной задачи нелинейного стохастического программи- рования с векторной функцией цели и функциональными ограничениями, обеспечивающие, в отличие от известных постановок и алгоритмов, получение такого решения, которое является инвариантным относительно стохастических возмущений. Алгоритм включает в себя: декомпозицию исходной задачи, не допускающей непосредственного решения из-за большой размерности, на ряд иерархически связанных между собой задач существенно меньшей размерности; агрегирование параметров задач нижнего уровня до уровня, допускающего их непосредственную реализацию на ЭВМ располагаемой мощности; решение задач нижнего уровня при заданных граничных условиях; координацию граничных условий задач нижнего уровня в результате решения задач верхнего уровня.
Метод декомпозиции ИС на локальные подсистемы, основанный на использовании модифицированной матрицы чувствительности и обеспечивающий, в отличие от известных методов, более точную декомпозицию инженерной сети по зонам влияния активных элементов и сокращение времени решения задач координации.
Метод агрегирования параметров локальных подсистем ИС, основанный на использовании специфических свойств ИС, связанных с наличием в них диктующих точек. Метод позволяет практически без потери точности решения задачи планирования режимов сократить количество вершин графа модели сети, являющихся выходами локальной подсистемы, от уровня, определяемого количеством ее физических выходов, до количества локальных диктующих точек, вплоть до одной точки, являющейся глобальной диктующей точкой локальной подсистемы.
9. Методы структурной и параметрической оптимизации локальных подсистем ИС (методы решения задач нижнего уровня), обеспечивающие, в отличие от известных методов, получение рациональной структуры и параметров локальной подсистемы ИС, устойчивых (с вероятностью не ниже заданной) относительно прогнозируемого уровня стохастических возмущений.
Постановку и алгоритм решения задачи стаблизации режимов транспорта и распределения целевых продуктов в ИС, отличающиеся от известных постановок и алгоритмов тем, что стабилизация давлений осуществляется не на выходах активных элементов, а в глобальных диктующих точках локальных подсистем. Это позволяет при том же качестве снабжения потребителей целевым продуктом существенно снизить среднее избыточное давление в узлах ИС, уменьшить количество утечек целевых продуктов из ИС, сократить количество затрат материальных и энергетических ресурсов, повысить надежность функционирования ИС.
Принципы и методологию построения и внедрения АСУ ТП транспорта и распределения целевых продуктов в реальных условиях функционирования ИС.
Практическая ценность. Исследования автора выполнялись в рамках госбюджетной и хоздоговорной тематики в соответствии с постановлением ГКНТ при СМ СССР № 134 от 14.02.80; целевой научно-технической программой ГКНТ при СМ СССР 0 Ц.006, задание 2.17; координационным планом научно-исследовательских работ вузов страны в области технической кибернетики на 1982-1985 г.г., раздел 5.18; координационными планами научно-исследовательских работ по комплексным целевым научно-техническим программам MB и СС0 УССР "АСУ-Регион", раздел 01.01.02,и "Создать и внедрить новые средства, технологические процессы, оборудование, методику технико-экономического планирования и организации труда, обеспечивающие комплексное развитие жилищно-коммунального хозяйства республики", задание 01.01; по координационному плану научно-исследовательских работ МЖЮС УССР на I98I-I985 г.г., а также по .другим специальным постановлениям.
По результатам проведенных научных исследований под руководством и при непосредственном участии автора разработан комплекс алгоритмов и программ, положенный в основу ТПР 8830-75-80 "Диспетчер-ЕС", а также "Методических указаний по расчету линейных участков сложной структуры (сетей) в АСУ ТП транспорта газа" Министерства газовой промышленности.
Научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе, прошли широкую апробацию в промышленности и являются теоретической и методологической основой проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами транспорта и распределения целевых продуктов в инженерных сетях.
Научные положения, выводы и рекомендации, изложенные в диссертации, монографиях и статьях автора, использованы при подготовке и чтении курсов "Математическое программирование", "Вычислительная техника в инженерных и экономических расчетах", "Численные методы решения задач на ЭВМ" и др. на кафедре прикладной математики и вычислительной техники Харьковского института инженеров коммунального строительства.
Реализация работы в промышленности. Разработанные методы и алгоритмы решения задач оперативного управления потокораспределе-нием в инженерных сетях были использованы при разработке ТПР "Диспетчер-ЕС", входящего в состав АСУ ТП систем транспорта и распределения газа, и внедрены в промъшшенную эксплуатацию в ПО "Экс-порттрансгаз", "Горькийтрансгаз", "Волгоградтрансгаз", в опытно-промышленную эксплуатацию в ПО "Ухтатрансгаз", "Средазтрансгаз", в проект АСУ ТП газопровода Ямбург-Елец в ПО "Тюменьтрансгаз".
Разработанные пакеты алгоритмических и программных модулей .включены в состав АСУ ТП водоснабжения г.г. Харькова, Киева, Се- вастополя и ряда городов Узбекской ССР, а также в состав АСУ ТП газоснабжения г.г. Киева, Харькова, Днепропетровска, Ленинграда и др.
Реальный экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет 856,895 тыс. руб., ожидаемый эффект - 539,465 тыс.руб. в год. Внедрение результатов работы продолжается. Копии актов внедрения приведены в приложении к диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложения.
В работе обобщаются результаты теоретических и практических исследований автора в области разработки методов и алгоритмов оперативного управления потокораспределением в инженерных сетях в условиях неопределенности. В первом разделе дана краткая характеристика инженерных сетей как объекта управления. Сформулирована общая задача оперативного управления потокораспределением в инженерных сетях в условиях неопределенности и исследована структура ее решения. Все последующие разделы диссертации посвящены проблеме структуризации общей задачи. Второй раздел посвящен проблеме структуризации целей управления инженерными сетями. Введены и исследованы системы интегральных оценок качества и эффективности функционирования инженерных сетей (локальных критериев оптимизации). Рассмотрены и исследованы различные виды сверток локальных критериев.
В третьем разделе даны эффективные методы построения математической модели объекта управления на этапе оперативного планирования режимов. Разработаны и исследованы методы робастного оценивания структуры, параметров и состояний модели установившегося потокораспределения в инженерных сетях.
Четвертый раздел посвящен разработке и исследованию математической модели окружающей среды. Сформулированы, решены и исследованы задачи идентификации структуры и параметров модели, проверки адекватности модели, вычисления и коррекции прогнозов.
В пятом разделе приведены результаты исследований методов и алгоритмов решения задачи оперативного планирования режимов транспорта и распределения целевых продуктов в инженерных сетях. Разработаны и исследованы методы структурной и параметрической оптимизации инженерных сетей, обеспечивающие получение детерминированной составляющей вектора управления.
В шестом разделе приведены результаты исследований методов и алгоритмов решения задачи стабилизации режимов транспорта и распределения целевых продуктов в инженерных сетях, позволяющие получить случайную составляющую вектора управления.
В приложении приведено детальное описание ряда алгоритмов и пакетов прикладных программ решения задач оперативного управления потокораспределением в инженерных сетях, реализованных в системах ОС и ДОС ЕС ЭВМ на алгоритмическом языке ФОРТРАН ІУ. Приведены примеры решения конкретных задач.
