Введение к работе
1. . 1.1. Актуальность темы
С 1996 г. алюминиевая промышленность России подвергалась серьезным :пытаниям в рамках конъюнктуры мирового рынка. С успехом выдержав их, іюминиевая промышленность России доказала свою высокую устойчивость и шкурентноспособность.
Проблема конкурентноспособности заключается в технологической
шкуренции Запада и России, поэтому совершенствованию технологии
юизводства алюминия уделяется большое внимание. Уровень
іхнологичєского производства определяется областью совершенствования :хнологии с самообжигающимися анодами Содерберга, с обожженными юдами, технологии АПГ (автоматическая подача глинозема) и т.п.
Главным объектом электролизного производства является электролизер, ітимизация процессов в котором влияет на технико - экономические жазатели завода в целом.
Важное значение в решении проблем конкурентноспособности оделяется энергетическому фактору. Однако в сегодняшних условиях доля трат на электроэнергию в структуре себестоимости производства первичного [юминия на сибирских заводах достигает мирового уровня в силу совершенства энергосберегающих технологий и не всегда продуманной рифной политики. Применение технологии по оптимизации процессов :ектролиза позволяет уменьшить количество затрачиваемой электроэнергии і тонну металла.
Существенно влияет на себестоимость алюминия - количество юизводимого металла на единицу электроэнергии, сырья. Увеличение [ельного количества производимого метатла за счет оптимизации процессов іектролиза повышает конкурентноспособность завода, увеличивает его жбыль.
Использование методов оптимизации совместно с технологией АПГ 'щественно улучшает экологическое состояние на заводе и близлежащих
территориях за счет уменьшения выбросов в окружающую среду вредных веществ.
Проблемы по защите окружающей природной среды, улучшение условий труда, повышение технико-экономических показателей работы предприятий определяют необходимость модернизации и реконструкции основной части алюминиевых заводов России.
Управление процессами электролизного производства необходимо осуществлять в оптимальном режиме, с учетом нескольких критериев качества, В диссертационной работе рассматривается разработка теории оптимального управления процессом получения алюминия по двум критериям: минимум напряжения на электролизере, максимум выливаемого металла. 1.2. Цель диссертационной работы
Синтез многосвязной системы управления, обеспечивающе оптимальное управление отдельным электролизером по двум выбраиньи критериям оптимальности: максимум количества выливаемого алюминия и электролизера при минимуме напряжения питания электролизной ванны, учетом существующих ограничений на технологические параметры.
1.3. Основные задачи работы
К основным задачам диссертационной работы относятся: - исследование процесса электролиза на отдельном электролизере для
идентификации объекта управления;
решение задачи структурной идентификации объекта управления топологическими методами;
решение задачи параметрической идентификации объекта управления методом регрессионного анализа;
разработка алгоритма оптимального управления электролизером по двум выбранным критериям оптимальности: максимум количества выливаемого алюминия из электролизера при минимуме напряжения
питания электролизной ванны, с учетом ограничений на технологические 'параметры;
обоснование выбора аігоритма управления по двум критериям;
разработка принципа адаптивного управления процессом электролиза.
1.4. Методы исследования
В диссертационной работе использовались методы теории управления сложными многосвязными объектами, теории фафов, матричного исчисления, линейной алгебры, рефессионного анализа и первичной обработки данных, топологии, симплекс-метод.
Результаты работы получены с помощью следующих профаммных пакетов:
LINDO, MATLAB 5.2 использовались для решения задач линейного профаммирования симплекс-методом;
на MATHCAD 7 производился расчет коэффициентов рефессионной модели.
1.5. Научная новизна и вклад в разработку проблемы
Научная новизна работы заключается в следующем:
в использовании топологических методов в структурной идентификации процесса электролиза на отдельном электролизере;
в разработке методики параметрической идентификации, основу которой составляет метод рефессионного анализа;
в разработке рефессионной модели напряжения электролизера;
в разработке регрессионной модели количества выливаемого металла из электролизной ванны;
в разработке алгоритма оптимального управления по выбранному критерию оптимальности - минимум напряжения электролизера;
в разработке алгоритма оптимального управления пс выбранному критерию оптимальности - максимум выливаемого металла из электролизера;
в разработке алгоритма оптимального управления по двум выбранным критериям оптимальности - максимальное количество выливаемого
-6-алюминия из электролизера при минимальном напряжении
электролизной ванны.
1.6. Положения выносимые па защиту
постановка задачи синтеза системы управления процессом электролиза на отдельном электролизере;
методы синтеза сложной многосвязной системы управления процессом электролиза алюминия на отдельном электролизере;
метод синтеза алгоритма управления процессом электролиза на отдельном электролизере: максимальное количество выливаемого алюминия из электролизера при минимальном напряжении электролизной ванны;
метод реализации алгоритма многокритериального оптимального управления по двум критериям.
1.7. Практическая ценность
Исследования автора выполнялись в рамках госбюджетной тематики "Топологические методы идентификации и синтеза систем управления многосвязными объектами" (код ГАСНТИ 10В02), выполняемой в Братском государственном техническом университете по направлению "Топологическая теория синтеза и идентификации многосвязных объектов управления"
Использование топологических методов в решении задач синтеза системы управления процессом электролиза позволяет перейти на новый качественный уровень в исследовании и проектировании систем электролизного производства.
Топологический подход совместно с классическими методами позволяет разработать математические модели, интересующих процессов, и разработать многокритериальный алгоритм оптимального управления объектом.
В диссертационной работе разработана методология синтеза системы оптимального управления сложным многосвязным объектом - электролизером. Эта методология позволила решить задачу многокритериального оптимального
управления отдельным электролизером, что улучшает технико-экономические показатели как электролизера, так и цеха в целом.
Результаты работы дают основания для построения адаптивной автоматизированной системы управления электролизером на базе современных технических средств АСУТП.
Проведенная работа показывает возможность применения этой методологии для автоматизации других объектов электролизного производства. Следующим шагом должна быть оптимизация процессов корпуса; оптимизация процессов цеха и реализация алгоритмов оптимального управления заводом для улучшения технико-экономических показателей.
1.8. Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Братского государственного технического университета (20 научно-техническая конференция - Братск, 1999; 21 научно-техническая конференция - Братск, 2000)
1.9. Публикации
По теме диссертаций опубликовано 7 работ, в том числе 4 статьи, 3 тезиса докладов.
1.10. Структура и объем диссертационной работы