Delist.ru

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ УЧЕТЕ СЛУЧАЙНОГО ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АЭРОСМЕСИ (21.10.2009)

Автор: Ковалев Роман Валерьевич

.Научная новизна. Основным научным результатом является определение неисследованных закономерностей оптимального автоматического управления процессами непрерывного устойчивого пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства.

Разработана модель пневмотранспортной установки, исходя из принципов построения и методов описания систем, принятых в теории автоматического управления.

На основе принципа максимума решена оптимальная задача управления потоком аэросмеси пневмосистемы по максимуму быстродействия перехода системы из одного установившегося состояния в другое, определены алгоритмы и вид процессов управления.

Определено влияние изменения параметров настройки автоматической системы на качественные характеристики процесса пневмотранспортирования.

Решена задача повышения динамической точности автоматической системы на основе применения алгоритмов адаптивного управления, которые позволяют обеспечить требуемое качество динамических процессов при существенном изменении параметров аэросмеси.

Разработана двухконтурная самонастраивающаяся система регулирования пневмотранспортной установкой, настраиваемая по параметрам процесса на существенное повышение равномерности потока аэросмеси, степени стабилизации его плотности и исключении аварийных режимов завала пневмопровода.

Основные положения, выносимые на защиту

Результаты анализа технологии и технических средств обеспечения непрерывного пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства, позволившие выработать научный подход и методические основы разработки систем автоматического управления транспортированием на основе современных методов и средств автоматизации.

Модель пневмотранспортной установки, интегрированной по параметрам процесса транспортирования.

3. Математическая модель самонастраивающейся оптимальной по быстродействию системы стабилизации режима устойчивого транспортирования, алгоритмы и вид процессов управления.

Методы расчета и оптимизации настроечных параметров систем автоматического управления процессами пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства в плотной фазе.

Практическая ценность. Практические результаты исследований пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства заключаются в том, что они являются базой для научно-обоснованного выбора и настройки структур систем автоматического оптимального управления, позволяющих решать задачи исключения нештатных ситуаций и повышения технико-экономических показателей пневмотранспортных установок. Предварительный расчет показывает, что возможный экономический эффект от внедрения результатов исследований может составить 5-7%.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции «Интерстроймех-2009», 2009г.; «Интерстроймех-2010», 2010г. (г.Москва), научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) (Москва 2008-2009 г.г.) и кафедре автоматизации производственных процессов Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ).

Публикации. Основные научные результаты диссертации изложены в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения, списка использованной литературы, насчитывающего 77 наименований, и содержит 163 страниц, 57 рисунков, 3 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность и сформулированы основные цели и задачи исследования.

Первая глава диссертации посвящена анализу работ, связанных с вопросами совершенствования технологии и автоматизации процессов пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства, определяя тем самым актуальность основных направлений диссертационных исследований.

Эффективное пневмотранспортирование связано в первую очередь с организацией оптимального режима устойчивого транспортирования, при котором исключается возможность выпадения частиц из потока. Колебания нагрузки в пневмоветвях вызывают переходные процессы, которые не обладают свойством самовыравнивания и при отсутствии быстродействующих систем регулирования приводят к неустойчивому режиму транспортирования и закупорке трубопровода. Существующие модели статистической оптимизации в виде систем дифференциальных уравнений, описывающих движение полидисперсных сред с учетом различия физических, аэродинамических и других свойств частиц дисперсной фазы, мало пригодны для описания пневмотранспортных установок как объектов регулирования. Требуется иной подход к математическому описанию процессов, учитывающий особенности модельных представлений и методов расчета, принятых в теории автоматического управления.

Наиболее информативным управляемым параметром с точки зрения физики процесса является плотность аэросмеси, позволяющая судить о расходе транспортируемого материала, а также о концентрации дисперсной фазы. Интегральный характер этого показателя проявляется в том, что изменение нагрузки или скорости несущей среды незамедлительно сказывается на его величине. Эффективное пневмотранспортирование связано, в первую очередь, с организацией оптимального режима устойчивого транспортирования, при котором уменьшается возможность выпадения частиц из потока.

Функционирование пневмотранспортных установок обеспечивается, как правило, системами обслуживающей автоматики, включающим в себя простейшие системы контроля и стабилизации отдельных параметров. Ряд систем автоматического регулирования параметров пневмопотока строится по классическому принципу управления по отклонению, что не может обеспечить удовлетворительное качество процессов с высоким быстродействием. В более сложных системах автоматического управления и оптимизации не учитывается случайный характер изменения режимных параметров аэросмеси, что делает весьма ненадежными результаты, полученные при их использовании.

Можно констатировать, что существуют объективные предпосылки для создания оптимальных автоматических систем управления случайными процессами пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства на основе современных методов и средств автоматизации.

Во второй главе рассмотрены используемые в настоящее время математические модели статистической оптимизации процессов пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства с целью выявления соответствия их структуры поставленным задачам исследования.

Анализ существующих моделей пневмотранспорта показывает, что исследователями в основном используются два принципа формирования моделей двухфазных потоков. В первом случае основные зависимости, полученные при движении одиночных частиц в ламинарном или турбулентном потоках жидкости, распространяются на движение дисперсной фазы. При этом движение несущей фазы описывается уравнениями, аналогичными уравнениям движения жидкости. Во втором случае, изучение динамики двухфазных потоков характеризуется двумя основными моделями: гомогенной, в которой двухфазный поток представляется в виде некоторой квазинепрерывной среды с осредненными характеристиками и гомогенной, в которой каждый компонент потока рассматривается самостоятельно. Наиболее распространены гетерогенные модели в частотных производных с осредненными значениями переменных. Используют пространственный метод осреднения, сущность которого заключается в локальном осреднении переменных для точек в пределах области, малой по сравнению со всей системой, но содержащей их достаточное количество. Система дифференциальных уравнений, описывающих движение полидисперсных сыпучих материалов в пневмотранспортном трубопроводе, решается на ЭВМ и позволяет рассчитывать траекторию и скорость частицы в любой момент времени.

Процессы пневмотранспортирования сыпучих материалов металлургического производства относятся к классу многосвязных с большим числом переменных. Формирование расчетной модели системы, учитывающей все физические особенности процесса пневмотранспортирования, может привести к большой и практически неприемлемой ее размерности. Вынужденное усечение числа входных и выходных переменных приведет к заведомо неполной априорной информации о структуре и связях объекта: имеет место сложный характер зависимости выходных переменных от входных воздействий. Сформированные на описанных принципах модели не пригодны для оперативного управления процессами пневмотранспортирования сыпучих материалов. Требуется иной подход к формированию модели процесса, учитывающей, в первую очередь, принципы и методы расчетов и проектирования, принятые в теории автоматического управления

Представление пневмотранспортной установки, как объекта управления, позволяет во многом упростить ее математическую модель, интегрально отобразив в ее структуре и коэффициентах только те основные параметры установки, которые влияют на ее динамические свойства.

Выбор методов автоматизации процессов пневмотранспортирования должен опираться на модель, отображающую интегральные представления о перемещении неразрывного потока в плотной фазе при минимальных допустимых скоростях воздуха и максимально допустимых концентрациях аэросмеси, выделив только упраляемую и управляющую переменные. Выделение всех неуправляемых переменных как возмущающих воздействий делает необязательным их детальное математическое описание, особенно для структур, функционирующих по принципу компенсации отклонения с помощью отрицательной обратной связи. В этом случае можно ограничиться достаточно простой моделью, которая, однако, позволяет выявить наиболее существенные закономерности, свойственные процессам управления в системах пневмотранспортирования.

'меси и скорости несущей среды позволяет обеспечить более высокую точность регулирования в установившемся режиме, применить оптимальный вид управляющего воздействия с помощью изменения расхода несущей среды и, как следствие, получить более широкий диапазон регулирования и возможность использовать в качестве регулирующих органов стандартные устройства общепромышленного назначения. При этом необходимо учитывать случайный характер изменения параметров аэросмеси, не учет которого может сделать весьма ненадежными результаты, полученные при использовании детерминированных моделей в системе управления.

В главе 3 определены основные характеристики случайных функций, необходимых при решении линейной задачи статистической динамики и задачи математического описания пневмосистемы.

– нормированная корреляционная функция.

Взаимокорреляционная функция на выходе пневмосистемы, принимает вид:

Решение задач статистической динамики требует знания вероятностных характеристик случайных процессов на входе и выходе изучаемого объекта.

(t) –стационарные случайные функции на входе и выходе линейной динамической системы с передаточной функцией W(p), то их связывает интегральное уравнение Винера-Хопфа:

Задача математического описания пневмосистемы сводится к решению уравнения (3) относительно импульсной переходной функции объекта K(().

Корреляционные функции в (3) могут быть аппроксимированы суммой экспонент. Этот метод математической идентификации объектов управления основан на известном математическом методе неопределенных коэффициентов.

Аппроксимация экспериментальных корреляционных функций дает:

, ? ? 0 (5)

Импульсная переходная функция объекта ищется в виде:

Для определения неизвестных величин n, ?i, Ki, A при подстановке (4,5) в (3), получим:

? ? 0 (7)

загрузка...