Об устойчивости состояния равновесия управляемого шарового затвора в газовом потоке

ХРОНИКА

IV МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «УПРАВЛЕНИЕ В ТЕХНИЧЕСКИХ, СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»

Работа конференции проходила в соответствии с планом Министерства образования Российской Федерации 17-18 апреля 2003 года в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте). Её организацию и проведение осуществляла кафедра «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (АУТПП) ЮРГТУ (НПИ).

В конференции приняли участие преподаватели, научные работники, аспиранты, магистранты, студенты и курсанты ряда институтов ЮРГТУ, Донецкого национального технического и Днепропетровского национального горного университетов (Украина), Донских государственных технического и аграрного университетов, Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса, Новочеркасского военного института связи, Ухтинского государственного технического университета, Новочеркасской государственой мелиоративной академии, Ставропольской государственной медицинской академии и Новочеркасского государственного промышленно-гуманитарного колледжа. Впервые на конференции были представлены результаты разработок и исследований средств и систем управления, выполненных научно-производственной фирмой «Пластик Энтер-прайз», одним из ведущих проектантов и производителей в области специализированных систем технологической автоматизации. Ряд докладов отражал результаты совместных исследований вузовских ученых и представителей прикладной науки, в том числе,

работы Учебно-научно-производственного комплекса ЮРГТУ (кафедра АУТПП) - фирма «Пластик Энтер-прайз». Несколько докладов было представлено Федеральным центром двойных технологий «Союз» (г. Москва), ГУП «Научное конструкторско-технологи-ческое бюро химических источников тока» и НИИ Энергетики (г. Новочеркасск). В конференции приняли участие представители промышленности (в частности, ООО «Севергазпромом», Донецкий пивоваренный и Новочеркасский электровозостроительный заводы), здравоохранения и агропромышленного комплекса.

Всего было представлено 79 докладов и сообщений, которые заслушивались и обсуждались на трёх одновременно работавших секциях - «Управление в технике и технологии» (43 доклада), «Управление в социально-экономических системах» (22) и «Управление в медико-биологических системах» (14). В обсуждении и оценке полученных авторами результатов участвовали профессора ЮРГТУ и ЮРГУСЭ: В.П. Авдеев, Г.В. Воронцов, С.И. Дуров, Н.Ф. Ники-тенко, В.А. Петраков, Е.И. Фандеев и В.Г. Фетисов. В решении конференции отмечена целесообразность ежегодного проведения межрегиональной конференции этого профиля и указана актуальность и практическая значимость материалов большинства докладов, авторам которых было рекомендовано опубликовать результаты своих исследований. Ниже приведены материалы некоторых наиболее интересных докладов.

УДК 621.643/644.004

ОБ УСТОЙЧИВОСТИ СОСТОЯНИЯ РАВНОВЕСИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ШАРОВОГО ЗАТВОРА В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ

Б.А. Иванов

Ухтинский государственный технический университет

Шаровые затворы (ШЗ) широко применяются в промышленности в качестве запорной и регулирующей арматуры. На магистральных газопроводах ОАО «Газпром» специализированные ШЗ производства завода «САМАРАВОЛГОМАШ» и фирмы «№;ЬЕ8-Соп1го1» (Финляндия) используются в составе узлов редуцирования газа для регулирования расхода и давления газа. Несмотря на простоту конструкции и потенциально высокую надежность, эксплуатационные характеристики таких регулирующих органов не достигают требуемого уровня. Наблюдаются вибрации, частые отказы

приводов, высокая колебательность в замкнутых контурах управления и ряд других недостатков.

Для выяснения причин неудовлетворительной работы ШЗ была построена гибридная экспериментально-аналитическая модель, опирающаяся на многократно подтвержденные результаты опытных исследований затворов, а также на уравнения механики и газовой динамики. В составе этой модели выделяется подмодель механической части, базирующаяся на полученном уравнении динамики исполнительного органа. Уравнение выявляет внутреннюю нелинейную

обратную связь (ОС) в затворе по гидродинамическому моменту, которая, в зависимости от угла закрытия клапана, может быть положительной или отрицательной. Для описания цепи ОС использована экспериментальная зависимость гидродинамического момента от указанного угла.

Весь диапазон углового перемещения клапана был разбит на шесть интервалов знакопостоянства производной гидродинамического момента по углу закры-

тия клапана. В каждом из интервалов произведена линеаризация уравнения динамики ШЗ и получены характеристические полиномы, по которым и проанализирована устойчивость. Выявлены интервалы устойчивости, нейтральности и неустойчивости. С учетом результатов экспериментальной идентификации ШЗ даны рекомендации по синтезу полиинтервально-адаптивного регулятора положения клапана ШЗ для замкнутой системы управления.

УДК 681.3.06:62-933.6:66.0

ПРИМЕНЕНИЕ ОБЪЕКТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ АСУ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫМИ ПРОЦЕССАМИ

О.Г. Тюрин

Фирма «Пластик Энтерпрайз»

Отмечены особенности технологии: значительная сложность объектов управления и физико-химических, механических и других процессов, протекающих в аппаратах; многостадийность и многофакторность; существенные динамические свойства (инерционность, транспортное запаздывание, запаздывание в получении информации о некоторых параметрах и т. п.); наличие внешних и параметрических возмущений; потенциальная опасность, обусловленная структурой и физико-химическими свойствами перерабатываемого полуфабриката, а также характером явлений, сопровождающих локальные процессы. Система обеспечения безопасности формования изделий из пластмасс предназначена для распознавания (по величине и характеру изменения показателей) и устранения нештатных ситуаций при работе экструде-ра путем изменения его режимов. Предложено использовать средства ИМЬ для моделирования структуры и алгоритмов функционирования системы безопасности процесса формования изделий из пластмасс.

На первом этапе моделирования была проведена декомпозиция целей управления, причем особое внимание уделялось обеспечению безопасности процесса формования, которая достигается за счет, во-первых, осуществления прогноза предаварийных и аварийных

ситуаций, и, во-вторых, своевременного принятия решения и реализации управляющих воздействия на ТП для недопущения и (или) устранения опасных ситуаций. В результате анализа технологического процесса выявлены аварийные и предаварийные ситуации.

В соответствии с поставленными целями разработана функциональная структура системы обеспечения безопасности процесса формирования изделий в виде модели прецедентов, реализующих цели управления. Приведено статическое представление модели в виде диаграммы классов с учетом номенклатуры изделий (рецептуры), а также выявленных нештатных ситуаций. Динамическое поведение системы описано диаграммами последовательностей. Разработанные диаграммы деятельности используются для моделирования потоков управления при распознавании и устранении предаварийных и аварийных ситуаций. Использование средств ИМЬ при анализе и проектировании АСУ потенциально опасными процессами позволяет: снизить материальные затраты и сократить сроки создания АСУТП за счет разделения задач между группами разработчиков; обеспечить сопровождение проекта на всех этапах жизненного цикла и проводить модернизацию действующих производств.

УДК 681.3.06:62-933.6.:66.0

ЭКСПЕРИМЕНТАВЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

О.Г. Тюрин, В.С. Кальницкий, В.Н. Глуходедова

Фирма «Пластик Энтерпрайз»

Эффективность любой АСУТП в значительной степени обусловлено возможностью решения ею задач оптимизации технологического процесса путем использования достоверных математических моделей. В настоящем докладе объектом исследования является

сложный многопараметровый процесс формирования изделий из пластмасс на экструзионной установке.

На базе теоретических исследований получены аналитические модели теплового, энергетического и математического балансов процесса, позволившие

выбрать и обосновать показатели эффективности (целевые параметры), а также границы его нормального функционирования. Такими показателями являются: производительность экструдера, температура полимерной массы, давление массы в экструдере и удельные энергозатраты на формирование изделий. Но, как известно, аналитические модели не могут быть использованы для удовлетворительного прогнозирования параметров и принятия решений по управлению процессом. Поэтому на основе планового многофакторного и однофакторных экспериментов и представителей статистической выборке по специальной ме-

УДК 658.51: 631

тодике, опубликованной авторами ранее, была построена экспериментальная математическая модель, представляющая собой систему уравнений регрессии, связывающая указанные целевые параметры с техно -логическими и управляющими переменными при соответствующих ограничениях на их величины. Исследования модели подтвердили ее адекватность в регламентной области функционирования процесса. Полученная модель используется в действующей АСУТП для прогнозирования состояния в расчетном режиме и многокритериальной оптимизации процесса в режиме реального времени.

ЦЕЛЕВОЙ АНАЛИЗ СИСТЕМ МЕЛИОРИРОВАНИЯ СОЛОНЦЕВЫХ ПОЧВ

В.П. Максимов, В.П. Свечкарев Южно-Российский государственный технический университет

Источником исследований являются цели, для достижения которых и должна быть сформирована конкретная система мелиорирования солонцовых почв (МСП). Цель объективно становится главным системообразующим фактором. Действительно, при МСП на цель, определяющую состав и взаимосвязи элементов системы, в свою очередь оказывают влияние неоднородность состава почвы, глубина залегания солонцового и подсолонцового горизонта, стадия жизненного цикла почвы, влажность и другие показатели, а также используемые при этом технологии. Концептуально оправдано применение для данного класса задач методологии объектно-ориентированного анализа, отличием которой является нацеленность на описание развивающихся, эволюционирующих систем, так как позволяет легко включать в модель новые

объекты и исключать устаревшие без существенного изменения жизнеспособности системы.

Показано, что при анализе системы МСП необходимо и достаточно использовать 3-уровневую структуру целей, включающую, как признаки декомпозиции, среду и время целеобразования и состав элементов системы. В результате получена модель системы МСП в виде объектно-целевой диаграммы классов, позволяющая формализовать взаимосвязи целей, инициируемых конкретными технологическими задачами, с элементами технологического оборудования. Предложено выполнить интеграцию диаграмм целевых классов и состава системы, используя целевую функцию элемента системы как сущность объектно-целевой диаграммы, а именно функционально-целевой класс.

УДК 681.51.015

К ПРОБЛЕМЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ КРАНА-РЕГУЛЯТОРА НА МАГИСТРАЛЬНОМ ГАЗОПРОВОДЕ

Б.А. Иванов, А.В. Недвига, В.Н. Кравцов, В.А. Мельников

Ухтинский государственный технический университет, ООО «Севергазпром»

Эксплуатация на магистральных газопроводах ОАО «Газпром» кранов-регуляторов, позволяющих управлять газовыми потоками, ставит задачу создания эффективных средств управления указанными объектами. В этой связи, в рамках задачи создания системы управления узлом редуцирования газа, была осуществлена непараметрическая идентификация крана-регулятора со специализированным шаровым затвором на редуцирующей перемычке магистрального газопровода.

Необходимость идентификации в рабочем режиме обусловлена существенной зависимостью динамических свойств шарового затвора от расхода газа. В свою очередь, это ведет к невозможности нелинейной

идентификации из-за малой энергии возбуждения и предопределяет линеаризационную идентификацию, соответствующую задаче синтеза системы стабилизации, предназначенной для отработки малых отклонений от положения равновесия.

В аппаратно-программном комплексе идентификации был реализован метод непараметрической экспликативно-множественной идентификации (ЭМИ). Использовался субметод тихоновской регуляризации спектрального решения уравнения Винера-Хопфа (субметод 1) и субметод адаптивной фильтрации (субметод 2). В алгоритме субметода 1 задействован способ квазиоптимального значения параметра регуляризации. Алгоритм субметода 2 предусматривал

обучение трансверсального цифрового фильтра на выборке данных, разбиваемой на подвыборки обучения и тестирования. Остановка обучения осуществлялась по нейросетевой технологии, заключающейся в минимизации рабочей функции на подвыборке тестирования. Применение метода ЭМИ позволило получить оценку преобладающей динамики крана-регулятора и параметров среды идентификации. Установлено, что в диапазоне частот от 0,1 до 10 рад/с

объект проявляет интегральные свойства и характеризуется добротностью 0,4 с-1. Оценка отношения сигнал/шум в разных опытах составила 0...+5 дБм. Увеличение этого показателя до 10.15 дБм, позволит в будущем расширить диапазон частот, в котором эффективна оценка свойств объекта, и учесть инерционность, вызванную внутренними обратными связями по гидродинамическому моменту и вязкому трению.

УДК 622.48

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ

А.Е Ткаченко, Б.В Гавриленко

Донецкий национальный технический университет, Украина

Решена задача управления режимными параметрами топки шахтной котельной с низкотемпературным кипящим слоем (НТКС) для обеспечения требуемой производительности котлоагрегата. Рассмотрен вопрос управления процессом горения на основе непрерывного контроля температуры НТКС и расхода твердого топлива. Оценены возможности обеспечения рационального протекания процесса горения путем регулирования количества твердого топлива, подаваемого в топку. С этой целью предложена система подчиненного управления частотой забрасывания твердого топлива в то-

почное пространство с коррекцией по температуре НТКС, а также с дополнительной коррекцией по скорости подачи твердого топлива. Система стабилизации производительности включает два контура регулирования - «температура» и «твердое топливо».

Разработана функциональная схема системы стабилизации производительности котлоагрегата НТКС. Сформулированы требования по качеству регулирования, установленные на основе особенностей горения топлива в НТКС. Предложены способы достижения необходимого качества регулирования.

УДК 62-83

АНАЛИЗ ТРЕХМАССОВОЙ РАСЧЁТНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

В. Ф. Борисенко, К.Н. Маренич, А.В. Бездольный, А.А. Шавкутин

Донецкий национальный технический университет, Украина

Предварительная оценка поведения электромеханической системы (ЭМС), как правило, сводится к определению времени разгона при постоянном или линейно-возрастающем динамическом моменте, когда суммарный момент инерции системы постоянный. Зависимость ю(1) позволяет судить об интенсивности пуска ЭМС, но не несёт информации о взаимовлиянии электрической и механической частей системы. Учёт упругих свойств системы ведёт к усложнению расчётной схемы и увеличению числа расчётных масс, минимальное число которых - две. Сложные ЭМС с разветвлёнными кинематическими связями и несколькими приводными двигателями не могут быть представлены двухмассовой системой без нарушения реальных связей. В этом случае возможен переход к качественно новой расчётной схеме - трёхмассовой системе.

При исследовании многомассовых систем представляют интерес вопросы поведения расчётных масс и нагрузки в упругих элементах при типовых входных воздействиях. Зная характер движения исполнительного звена (органа) при типовом воздействии, можно решать обратную задачу - определять характер изменения движущего момента. Характер движения третьей массы явно колебательный, поэтому стабилизация её движения реально возможна при введении в систему управления обратных связей по упругим моментам. Выделение упругого момента и его введение в систему в качестве сигнала обратной связи значительно усложняет схему управления, но позволяет уменьшить её колебательность. Исследование трёхмассовых систем методом математического моделирования позволяет оценить взаимовлияние элементов в системе при различных типовых воздействиях со стороны привода и широком варьировании технологических характеристик.