Введение к работе
. Актуальность. Дальнейшее совершенствование технологических оцессов выдвигает в ряд актуальных проблем - проблему создания систем нтроля и управления, обеспечивающих безопасное их функционирование, іарии, возникающие на взрывоопасных химико-технологических оизводствах, имеют тяжелые социальные, экономические и экологические следствия. Проблема обеспечения безопасности производства на этапе здания новых технологий и их систем контроля решается в различных nrvrav- ппи ппгогглгнии гтлмггмгикпттгллгтпгкиу пдвпт пп» пачпябптк-*»
создании специального технологического оборудования, путем пользовании надежных технических средств диагностики и защиты.
В настоящее время построение эффективных систем обеспечения зопасности производства проводится на базе использования методов 'нкциональной диагностики, позволяющих выявлять нарушения, имеющие :сто как в технологии, так и в оборудовании. Для построения таких систем обходимы алгоритмы контроля, базирующиеся на математически^ >делях описания функционирования производств в предаварийных и ;арийных режимах.
Состояние вопроса. Общие проблемы математического моделирования стем контроля и управления непрерывных производств рассмотрены в удах Калмана Р., Фалба П., Цыпкина Я.З-, Ранбмана Н.С., Гельфандбейна А., Кафарова В.В., Растригина Л.А., Логова А.Б., Голаігга А.И. и др.
Проблема описания функционирования химико-технологических юцессов в аварийных ситуациях на основе статистических методов и эделирования физико-химических свойств наиболее полно освещена в эзорных работах Химмельблау Д., Муромцева ЮЛ.
Проблемы функциональной диагностики в системах безопасного /акционирования производств решаются рядом НИИ.
В связи с нестационарным поведением процессов в аварийных режимах отсутствием репрезентативного статистического материала по ним іжнейшими задачами повышения эффективности систем безопасности эоизводств являются задачи совершенствования методов идентификации іраметров нестационарных случайных процессов, отражающих развитие зарийных ситуаций. При оценивании изменения параметров необходимо жлючить влияние на их значения допустимых изменений контролируемых араметров сырья и параметров технологических режимов. В то же время
4 при моделировании цифровых систем контроля реального времен необходимо учитывать, что при дискретизации аналоговых сигналов мож< иметь место факт искажения и потери информации о параметрах измеренны сигналов.
Цепью диссертационной работы является разработка математическо модели функционирования объекта контроля в различных режимах алгоритмов оценивания параметров нестационарных сигналов пр функциональной диагностике химико-технологических ПрОИЗВОДСТ) позволяющих отслеживать изменение внутреннего состояния объекта и те
самым повышать надежность :: зффектиппссть работы системы контроля.
Данная цель реализуется за счет: выявления отличий между выходным наблюдаемыми сигналами и модельными сигналами, характеризующим функционирование объекта в нормальных условиях, с последующи проведением структурного анализа этих отличий и установление взаимосвязи с причиной изменения внутреннего состояния объекта.
Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены решены следующие задачи:
- исследовать взаимосвязь между изменениями внутренних свойст
объекта, соответствующими функционированию объекта в предаварийном
аварийном режимах, и изменениями структуры наблюдаемых сш налов;
- разработать математическую модель изменения внутренних свойст.
объекта, позволяющую конструировать алгоритмы идентификациі
предаварийных и аварийных ситуаций на основе анализа изменени
параметров контролируемых нестационарных случайных процессов;
- исследовать принципы дискретизации аналоговых сигналов і
определить совокупность эффективных оценивающих алгоритмов
позволяющих получать достоверную информацию о нестационарны;
сигналах, имеющих сложную структуру;
- разработать совокупность алгоритмов по распознаванию изменена
внутренних свойств объекта с целью повышения быстродействия систеїь
контроля и дать практические рекомендации по их использованию н:
практике.
Методы исследования. В качестве методов исследования і диссертационной работе используются методы системного анализа математического моделирования, методы математической статистики имитационного моделирования, методы распознавания образов.
5 Научная повита.
[.Предложена математическая модель функционирования объекта итроля в нормальных, предаварийных и аварийных режимах, едставляющая собой совокупность выходных сигналов, в которых глючены реакции объекта на изменения входных управляющих и нтролируемых воздействий. Данная совокупность сигналов является стационарным случайным гармоническим процессом с переменными нлигудой и частотой, отражающим изменения, происходящие в объекте нтроля.
2.Впервые предложен для использования в системах контроля способ регулярной групповой дискретизации, позволяющий повышать формированность системы контроля о нестационарном поведении ъекта, без повышения требований к конфигурации и стоимости пользуемых технических средств.
З.Методом имитационного моделирования доказана эффективность пользования в системах контроля многослойных алгоритмов оценки формативных параметров рассматриваемого класса нестационарных гналов (скорости, ускорения изменения низкочастотной составляющей гнала, амплитуды высокочастотной составляющей сигнала, скорости и корения изменения амплитуды и т.п.).
Практическая ценность. Математическая модель описания 'нкционирования объекта контроля в различных режимах может быть пользована при решении диагностических задач объектов контроля зличной физической природы.
Метод нерегулярной групповой дискретизации позволяет снизить ебования к техническим средствам без повышения потери информации о раметрах аналогового сигнала.
Предложенная методика экспериментального построения адаптивных ггематических моделей с интервальным оцениванием их параметров может тгь использована в цифровых системах управления, в обучающих стемах, в системах настройки алгоритмов контроля и управления, редложенный подход к построению систем контроля доведен до іженерной методики и может быть использован на практике, ізработанньїе модели и алгоритмы использованы при проектировании и 'Здании системы "Безопасность" производства спецпластмасс. ізработанньїе лабораторные практикумы по изучению методов
дискретизации аналоговых сигналов и алгоритмов оценивания параметров нестационарных сигналов иепольз}тотся в учебном процессе КемГУ.
Реализация результатов. Вышеизложенные научно-прикладные и практические результаты работы получены в рамках выполнения следующих программ: научно-технической программы 0.80.02 ГКНТ и ГОСПЛАН СССР "Интегрированные АСУ", межвузовской научно-технической программы "Создание и развитие УИ САПР и их подсистем в высших учебных заведениях", программы научно-образовательного комплекса Кузбасса "Диагностика сложных и уникальных систем горного производства", по хоздоговорным темам с химкомбинатом "Енисей" (г.Красноярск), с НПО "Союз" (гЛюберцы), с НПО "Прогресс" (г.Кемерово). Отдельные разделы работы используются в учебном процессе КемГУ в лекционных курсах и лабораторных практикумах.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: IY Всесоюзном семинаре молодых ученых "Современные проблемы автоматического управления" (Москва, 1985г.); IY рабочем совещании "Статистические методы в горнорудной промышленности" (Таштагол, 1985г.); Всесоюзном научно-практическом семинаре "Опыт использования распределенных систем управления технологическими процессами и производством" (Новокузнецк, 1986г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Социально-экономические проблемы достижения коренного перелома эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1988г.); Всесоюзной научно-практической конференции "Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов" (Рига, 1989г.); конференции молодых ученых Кузбасса (Кемерово, 1990г.); Международном симпозиуме "Инженерная экология" (Звенигород, 1991г.); на второй Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (Москва, 1994г.);на Международном форуме информатизации в рамках всемирного конгресса "Информационно-измерительные и вычислительные системы специального назначения" (Москва, 1994г.).
Публикации. Основные материалы диссертации отображены в 9 публикациях [1-9J, в том числе получен патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы из 116 наименований. Объем диссертации - 193 страницы машинописного текста. Работа содержит 57 рисунков и 20 таблиц.