Ковалюк Д.О., Москвіна С.М. Моделювання теплотехнологічних об’єктів з розподіленими параметрами

Подождите немного. Документ загружается.

160

випукла, цей метод забезпечує її монотонне спадання від ітерації до

ітерації, тобто є збіжним.

Якщо обмеженням задачі оптимізації виступає модель прогно-

зування якості виробів, то застосовується алгоритм на основі методу

повного перебору, наведений в п. 5.3. Відносно збіжності методу пов-

ного перебору відомо [3, 25], що якщо простір розв’язків обмежений

(тобто керовані змінні маю

ть

нижню та верхню границі), то метод

перебору завжди збіжний [25]. Оскільки в задачі оптимізації на тем-

пературне поле та управляючі впливи згідно з [112, 133] накладені те-

хнологічні обмеження, то застосування алгоритму забезпечує знахо-

дження розв’язку (4.63), (4.64) за кінцеву кількість кроків.

Таким чином, на основі запропонованих методів моделювання

та математичних моделей ТОРП розроблено програмне забезп

ечення

для управління тунельною піччю вип

алювання будівельної кераміки.

Зручний інтерфейс взаємодії з користувачем дозволяє в діалоговому

режимі прогнозувати якість кінцевої продукції, оптимізувати параме-

три процесу та розрахувати управляючі впливи для їх підтримання.

161

ВИСНОВКИ

Проведений аналіз сучасного стану методів моделювання тепло-

технологічних ОРП показав наявність суттєвих проблем, без вирішен-

ня яких не може бути досягнута висока ефективність моделювання.

Серед них найбільш суттєвою є складність математичних моделей та

методів їх побудови, і як наслідок великі витрати машинних ресурсів

при реалізації та розв’язанні на ЕОМ. Це ус

кл

аднює використання да-

них моделей в існуючих системах управління технологічними проце-

сами, що працюють в реальному масштабі часу. В результаті проведе-

них досліджень було розроблено теоретичне, алгоритмічне та програ-

мне забезпечення для моделювання та оптимізації теплотехнологічних

ОРП на прикладі тунельної печі випалювання кераміки.

Основні наукові та практичні результати роботи такі:

Вперше розроблено метод моделювання теплотехнологічних

ОРП, який поєднує чисельні методи кінцевих різниць з нечіткими ме-

тодами і на основі значення температури в кожній позиції ОРП визна-

чає вид математичної моделі для моделювання цієї позиції.

Вперше розроблено метод визначення оптимальних парамет-

рів моделі теплотехнологічного ОРП, використання якого показано

на прикладі процесу випалювання будівельної кераміки. Уточнення

параметрів моделі здійснюється за рахунок оцінки ризику прийняття

рішень в процесі управління та використання математичних моделей

всього технологічного процесу, що дозволяє спрогнозувати максима-

льно можливу якість виробів та розрахувати параметри моделі тепло-

технологічного ОРП для отримання цієї якості.

Вдосконалено математичні моделі технологічного процесу

виготовлення будівельної кераміки на основі регресійного аналізу та

нейронної мережі, які поєднують параметри моделі теплотехнологіч-

ного ОРП та стану всього ТП і дозволяють прогнозувати характерис-

тики якості виробів.

Розроблено методику побудови моделі теплотехнологічного

ОРП, що передбачає уточнення параметрів моделі, за рахунок викори-

стання моделі технологічного процесу, в якому використовується

ОРП.

162

Розроблено алгоритм оптимізації параметрів математичної

моделі процесу випалювання, який враховує фактори процесу і дозво-

ляє визначити значення параметрів моделі, при яких досягається мак-

симальна якість продукції.

Розроблено інтелектуальну підсистему управління, основану

на математичних моделях теплотехнологічного ОРП та всього ТП ви-

готовлення будівельної кераміки, що була використана як надбудова

над існуючою АСУТП на ВАТ “Керамік”, що забезпечило прогнозу-

вання максимально можливої якості виробів при відповідних параме-

трах процесу.

У випадку використання нечіткої моделі, як показали резуль-

тати моделювання, швидкість розрахунку становить 1,5 с., в той час як

при використанні математичної моделі на основі методу кінцевих різ-

ниць залежно від параметрів моделювання для даного класу задач не

менше 2,4 с, що дозволяє підвищити ефективність моделювання та

використовувати нечітку модель в існуючих АСУТП. Використ

ання

уточнених параметрів теплотехнологічного ОРП – опти

мального тем-

пературного поля, дозволяє врахувати поточний стан технологічного

процесу виготовлення будівельної кераміки і, як показали проведені

дослідження, знизити використання енергетичних ресурсів на 7,14 %.

Розроблені моделі технологічного процесу виготовлення будівельної

кераміки на основі регресійного аналізу та нейронної мережі, дозво-

ляють прогнозувати характеристики якості виробів з відносною похи-

бкою 0,01164 та 0,0115 відповідно.

На базі розроблених моделей, методів і алгоритмів моделю-

вання теплотехнологічного ОРП було створено програмне забезпе-

чення для моделювання та оптимізації управління процесом випалю-

вання.

Результати досліджень впроваджено на підприємствах

ВАТ “Керамік”, ДП “Браїлівський цегельний завод”.

163

ЛІТЕРАТУРА

Аверкин А. Н. Мягкие вычисления и измерения / А. Н. Аверкин,

С. В. Прокопчина // Интеллектуальные системы. – 1997. – №

2. –

С. 93–114.

Айвазян С. А. Прикладная статистика: основы моделирования и

первичная обработка данных / С. А. Айвазян И. С. Енюков,

Л. Д. Мешалкин – М. : Финансы и статистика, 1983. – 607 с.

Акулич И. Л. Математическое программирование в примерах и

задачах / И. Л. Акулич. – М. : Высш. шк., 1986. – 319 с.

Алтунин А. Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечет-

ких условиях / А. Е. Алтунин, М. В. Семухин. – Тюмень : Изда-

тельство Тюменского государственного университета, 2000. –

352 с.

Андреев Д. А. Оптимизация температурного поля в открытых

многокамерных системах / Д. А. Андреев // Промышленные АСУ

и контроллеры. – 2005. – № 3. – С. 145–162

Антонов О. В. Оптимальное управление технологическими про-

цессами с использованием комбинированных математических

моделей / О. В. Антонов, О. М. Проталинский // Промышленные

АСУ и контроллеры. – 2004. – № 2. – С. 145–162.

Арутюнов В. А. Математическое моделирование тепловой рабо-

ты промышленных печей: учебник для вузов / В. А. Арутюнов,

В. В. Бухмиров, С. А. Крупенников. – М. : Металлургия, 1990. –

240 с.

Ахо А. Построение и анализ вычислительных алгоритмов /

А. Ахо, Дж. Хопкрофт, Дж. Ульман – М. : Мир, 1979. – 536 с.

Бадамшин Р. А. Оптимальное терминальное управление систе-

мами с распределенными параметрами при неполном измерении

их состояния / Р. А. Бадамшин, С. А. Горбатков, Е. А. Клестов –

Уфа : УГАТУ, 1997. – 313 c.

10.

Байрамов Ф. Д. Устойчивость и оптимальная стабилизация сис-

тем с распределенными параметрами / Ф. Д. Байрамов –

М. : Машиностроение, 1995. – 154 c.

164

11.

Бахвалов Н. С. Численные методы : учеб. пособие / Н. С. Бах-

валов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков – М. : Бином. Лаборатория

знаний., 2008. – 636 с.

12.

Бондарь А. Г. Математическое моделирование в химической тех-

нологи / А. Г. Бондарь. – К. : Вища школа, 1973. – 280 с.

13.

Борисов А. Н. Принятия решений на основе нечетких моделей:

примеры использования / А. Н. Борисов, О. А. Крумберг,

И. П. Федоров – Рига : Зинатне, 1990. – 184 с.

14.

Бояринов А. И. Методы оптимизации в химической технологи /

А. И. Бояринов, В. В. Кафаров. – М. : Химия, 1975. – 276 с.

15.

Булавацький В. М. Некласичні математичні моделі процесів теп-

ло- та масопереносу / В. М. Булавацький, Ю. Г. Кривонос,

В. В. Скопецький. – К. : Наукова думка, 2005. – 284 с.

16.

Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем / Н. П. Бус-

ленко. – М. : Наука, 1978. – 399 с.

17.

Бутковский А. Г. Методы управления системами с распределён-

ными параметрами / А. Г. Бутковский. – М. : Наука, 1975. –

568 с.

18.

Бутковский А. Г. Структурная теория распределенных систем /

А. Г. Бутковский. – М. : Наука, 1977. – 320 с.

19.

Бутковский А. Г. Характеристика систем с распределенными па-

раметрами / А. Г. Бутковский. – М. : Наука, 1979. – 224 с.

20.

Вознесенский В. А. Численные методы решения строительно-

технологических задач на ЭВМ / В. А. Вознесенский. – К. : Вища

школа, 1989. – 328 с.

21.

Володарский Е. Т. Планирование и организация измерительного

эксперимента / Е. Т. Володарский, Б. Н. Малиновский,

Ю. М. Туз. – К. : Вища школа, 1987. – 280 с.

22.

Воронов А. А. Теория автоматического управления. Ч. ІІ. Теория

нелинейных и специальных систем автоматического управления

/ А. А. Воронов. – М. : Высш. школа, 1977. – 288 с.

23.

Высокотемпературные технологические процессы и установки /

под ред. Лисиенко В.

Г. – Минск : Высшая школа, 1988. – 320 с.

24.

Гайдышев И. П. Анализ и обработка данных. Специальный спра-

вочник / И. П. Гайдышев. – СПб. : “Питер”, 2001. – 752 с.

165

25.

Гилл Ф. Практическая оптимизация / Ф. Гилл, У. Мюррей,

М. Райт. – М. : Мир, 1985. – 509 с.

26.

Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика

: учеб. пособие для втузов. 9-е изд., / В. Е. Гмурман. – М. :

“Высш. школа”, 2003. – 479 с.

27. Годунов С. К. Элементы механики сплошных сред и законы со-

хранения / С. К. Годунов, Е. И. Роменский. – Новосибирск.: На-

учная книга, 1998. – 280 с.

28.

Голінко І. М., Моделювання динамічного режиму підзони випа-

лювання / І. М. Голінко, Ю. О. Остапенко // Автоматизація ви-

робничих процесів. – 1999. – № 1/2. – С. 40–44.

29.

Грин. Д. Математические методы анализа алгоритмов / Д. Грин,

Д. Кнут. – М. : Мир, 1987. – 120 с.

30.

Грубов В. И. Математическое моделирование непрерывных тех-

нологических процессов / В. И. Грубов. – К. : Изд-во Киев. ун-та,

1971. – 174 с.

31.

Гущин С. Н. Моделирование и управление тепловой работой

стекловаренных печей / С.

Н. Гущин, В. Г. Лисиенко, В. Б. Ку-

тин. – Екатеринбург : УГТУ, 1997. – 398 с.

32.

Дарьин Н. А. Математическое моделирование нестационарных

двумерных краевых задач на сетках с динамической адаптацией /

Н. А. Дарьин, В. И. Мажукин // Математическое моделирование.

– 1989. – Т. 1, № 3. – С. 29–43.

33.

Демиденко Н. Д. Моделирование и оптимизация систем с рас-

пределенными параметрами / Н. Д . Демиденко, В. И. Потапов,

Ю. И. Шокин. – Новосибирск : Наука, 2006. – 551 с.

34.

Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в технике

и науке. Методы обработки данных / Н. Джонсон, Ф. Лион. – М. :

Мир, 1980. – 954 с.

35.

Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: в 2-х кн. /

Н. Дрейпер, Г. Смит. – М. : Финансы и статистика, 1987.– 726 с.

36.

ДСТУ Б В.2.7-42-97. Строительные материалы. Методы опреде-

ления водопоглощения, плотности и морозостойкости строи-

тельных материалов и изделий. – Взамен ГОСТ 7025-91, ТУ 21

Украина 525-92; Введ. 01.07.97. – К. : Государственный комитет

166

Украины по делам градостроительства и архитектуры, 1997. –

27 с.

37.

ДСТУ Б В.27-61-97.Строительные материалы. Кирпич и камни

керамические рядовые и лицевые. Технические условия. – Вза-

мен ГОСТ 530-80; Введ. 01.01.98. – К. : Государственный коми-

тет Украины по делам градостроительства и архитектуры, 1997. –

31 с.

38.

Дубовой В. М. Моделювання систем контролю та керування.

Навчальний посібник / В. М. Дубовой. – Вінниця : ВНТУ, 2005. –

176 с.

39.

Дубовой В. М. Прийняття рішень в умовах змішаної невиз-

наченості / В. М. Дубовой, Д. О. Ковалюк, О. О. Ковалюк. //

Вісник Вінницького політехнічного інституту – 2003. – № 6. –

С. 23–29.

40.

Дубров А. М. Обработка статистических данных методом глав-

ных компонент / А. М. Дубров. – М. : Наука 1978. – 131 с.

41.

Евдокимов А. Г. Минимизация функций и ее приложения к зада-

чам автоматизированного управления инженерными сетями /

А. Г. Евдокимов. – Харьков : Вища шк., 1985. – 288 с.

42.

Евтушенко Ю. Г. Методы решения экстремальных задач и их

применение в системах оптимизации / Ю. Г. Евтушенко. – М. :

Наука, 1982. – 432 с.

43.

Еременко Ю. И. Схема интеллектуального управления металлур-

гическими процессами на основе контроллера с нейросетевой

самонастройкой / Ю. И. Еременко // Приборы и системы. Управ-

ление, контроль, диагностика. – 2004. – № 5. – С. 21–26.

44.

Жученко А. І. Оптимальне керування процесом випалювання

керамічної цегли / А. І. Жученко, І. В. Ярощук // Автоматизація

виробничих процесів. – 2002. – № 2(15). – С. 45–50.

45.

Зайченко Ю. П. Многокритериальные задачи принятия решений

в нечётких условиях и методы их решения / Ю. П. Зайченко //

Системні дослідження та інформаційні технології. – 2002. –

№ 2. – С. 53–62.

167

46.

Захаров И. П. Теория неопределенности в измерениях : учеб. по-

собие / И. П. Захаров, В. Д. Кукуш – Харьков : Консум, 2002. –

256 с.

47.

Згуровский М. З. Интегрированные системы оптимального

управления и проектирования / М. З. Згуровский. – К. : Вища

школа, 1990. – 351 с.

48.

Згуровский М. З. Системный анализ стохастических распреде-

ленных процессов: (Моделирование, оценивание состояний,

идентификация) / М. З. Згуровский, А. Н. Новиков. – Киев :

УМКВО, 1988. – 204 с.

49.

Золотарский А. З. Производство керамического кирпича /

А. З. Золотарский, Е. Ш. Шейман. – М. : Высш. шк., 1989. –

263 с.

50.

Ибрагимова Д. М. Компьютерная программа оценки качества

глинистого сырья и прогнозирования свойств керамического

кирпича / Д. М. Ибрагимова, Б. Ф. Горбачев, А. В. Корнилов //

Стекло и керамика – 2005. – № 9. – С. 43–46.

51.

Иваненко В. И. Вариационные методы в задачах управления для

систем с распределенными параметрами / В. И. Иваненко,

В. С. Мельник. – К : Наук. думка, 1988. – 288 с.

52.

Ивахненко А. Г. Долгосрочное прогнозирование управления

сложными системами / А. Г. Ивахненко. – К. : Техника, 1975. –

312 с.

53.

Ивахненко А. Г. Моделирование сложных систем по экспери-

ментальным данням / А. Г. Ивахненко, Ю.

П. Юрячковский. –

М. : Радио и связь, 1987. – 120 с.

54.

Измерения в промышленности: Справочник / под ред. П. Про-

фоса. – М. : Металлургия, 1990. – 384 с.

55.

Исаченко В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова,

А. С. Сукомел. – М. : Энергоиздат, 1981. – 413 с.

56.

Іващук В. В. Структура системи керування складним об'єктом з

використанням математичних моделей / В. В. Іващук, А. П. Лада-

нюк // Автоматизація виробничих процесів. – 2004. – № 1. –

С. 56–58.

168

57.

Карауш С. А. Критерии управления тепловыми режимами при

обжиге керамических изделий / С. А. Карауш // Стекло и керами-

ка. – 1998. – № 5. – С. 3–5.

58.

Карауш С. А. Управление тепловыми режимами обжига в печах с

излучающими стенами / С. А. Карауш, Е. Г. Боберь // Стекло и

керамика. – 1998. – № 11. – С. 20–22.

59.

Квєтний Р. Н. Методи комп’ютерних обчислень. Навчальний

посібник / Р. Н. Квєтний. – Вінниця : ВДТУ, 2001. – 148 с.

60.

Кини Р. Принятие решений при многих критериях: предпочтения

и замещения / Р. Кини, Х. Райфа. – М. : Радио и связь, 1981. –

560 с.

61.

Ключников А. Д. Теплообмен и тепловые режимы в промпечах /

А. Д. Ключников, В. Н. Кузьмин, С. К. Попов. – М. : Энергоиз-

дат, 1990. – 175 с.

62.

Ковалюк Д. О. Алгоритм прийняття рішень в умовах ризику в

великих системах / Д. О. Ковалюк, С. М. Москвіна // Проблеми

інформатизації та управління: Зб. наук. праць. – Київ, 2004. –

№ 11. – С. 135–139.

63.

Кондратенко В. А. Керамические стеновые материалы: оптими-

зация их физико-технических свойств и технологических пара-

метров производства / В. А. Кондратенко. – М. : Композит, 2005.

– 512 с.

64.

Корольов С. В. Модели и алгоритмы идентификации в системах

управления непрерывно действующими объектами / С. В. Ко-

рольов , Э. Б. Абуталиев, У. Ш. Булишев. – Ташкент : Фан, 1990.

– 72 с.

65.

Кочетов В. С. Автоматизация производственных процесов и

АСУТП промышленности строительных материалов / В. С. Ко-

четов, А. А. Ларченко, Л. Р. Немировский. – Л. : Стройиздат,

1981. – 456 с.

66.

Красовский А. А. Универсальные алгоритмы оптимального уп-

равления непрерывными процесами / А.

А. Красовский, В. Н. Бу-

ков, В. С. Шендрик. – М.: Наука, 1977. – 272 с.

169

67.

Кроу К. Математическое моделирование химических произ-

водств / К. Кроу, А. Гамилец, Т. Хоффман. – М. : Мир, 1973. –

392 с.

68.

Кудинов Ю. И. Адаптивный нечеткий регулятор температуры

отжига стали в электрической колпаковой печи / Ю. И. Кудинов,

И. Ю. Кудинов, А. Ю. Келина // Промышленные АСУ и контрол-

леры. – 2005. – № 9. – С. 145–162.

69.

Кузьмин И. В. Основы моделирования сложных систем : учеб.

для вузов / И. В. Кузьмин. – К. : Вища шк., 1981. – 359 с.

70.

Кузьмин И. В. Оценка эффективности и оптимизация автомати-

ческих систем контроля и управления / И. В. Кузьмин. – М. : Сов.

радио, 1971. – 296 с.

71.

Кунцевич В. М. Управление в условиях неопределенности: га-

рантированные результаты в задачах управления и идентифика-

ции / В. М. Кунцевич. – К. : Наук. думка, 2006. – 264 с.

72.

Ладанюк А. П. Управление технологическими комплексами в

компьютерно-интегрированных системах / А. П. Ладанюк,

В. Г. Трегуб, В. Д. Кишенько // Проблемы управления и инфор-

матики. – 2002. – № 2. – С. 72–79.

73.

Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хро-

ника событий в Волшебных странах / О.И. Ларичев. – М. : Логос,

2003. – 392 c.

74.

Лисенко В. Г. Математическое моделирование теплообмена в

печах и агрегатах / В. Г. Лисенко, В. В. Волков, А. Л. Гончаров. –

К. : Наукова думка, 1984. – 232 с.

75.

Лемешко Б. Ю. Сравнительный анализ критериев проверки от-

клонения распределения от нормального закона / Б. Ю. Лемешко,

С. Б. Лемешко // Метрология. – 2005. – № 2. – С. 3–23.

76.

Лисиенко В. Г. Моделирование объектов с распределенными па-

раметрами на примере трехуровневых АСУ нагревом материала :

учеб. пособие для вузов / В. Г. Лисиенко, З. Г. Салихов,

О. А. Гусев. – Екатеринбург : Урал. гос. техн. ун-т–УПИ, 2004. –

254 с.