Анализ и синтез комплекса "жидкофазный химический реактор - управляющая система" с использованием методов синергетики

• Автор: Невиницын, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Состояние и перспективы оптимального синтеза и управления химическими реакторами.

1.1. Синтез реакторных систем и состояние задачи управления реакторами.

1.2. Проблемы прикладной теории управления

1.3. Основные принципы и методы синергетической теории управления .

1.4. Характеристика исследуемого химического процесса.

1.5. Выводы по первой главе и постановка задачи исследований

2. Системный анализ жидкофазного реактора непрерывного действия как объекта управления.
2.1. Характеристика программнотехнических средств для численного моделирования системы реактор управляющая подсистема

2.2. Анализ свойств объекта в статике и динамике

2.3. Выводы по второй главе
3. Синергетический синтез и моделирование системы стабилизации оптимального режима работы реактора
3.1. Алгоритм стабилизации температурного режима
3.2. Алгоритм стабилизации концентрации целевого компонента.
3.3. Синтез векторного закона управления объектом.
3.4. Синтез системы стабилизации концентрации целевого компонента
в каскаде химических реакторов
3.5. Методика синергетического синтеза законов управления жидкофазным химическим реактором
3.6. Выводы по третьей главе
4. Синергетический синтез и моделирование системы управления
химическим реактором при изменении производительности
Выводы по четвертой главе
Основные результаты работы
Список литературы


В [] предложен способ построения робастной системы управления двухэтапным химическим реактором, функционирующим в режиме слежения и в условиях недоступности измерению всех координат состояния, на основе критерия гиперустойчивости. Для оценки неизмеряемых переменных состояния объекта авторы используют наблюдатель Люенбергера. Работа [] посвящена моделированию и синтезу системы управления химическим реактором емкостного типа с протекающей в нем экзотермической реакцией. В качестве управляемой переменной рассматривается концентрация смеси а аппарате. Для реализации системы автоматического управления авторы предлагают использовать адаптивный алгоритм управления, суть которого заключается в подстраивании настроечных параметров регулятора в зависимости от изменяющихся параметров объекта управления. Исходную нелинейную математическую модель химического реактора предлагается заменить на соответствующую линейную модель, параметры которой оцениваются в процессе работы системы с помощью рекурсивного метода наименьших квадратов. Для синтеза регулятора авторы используют метод размещения полюсов, обеспечивающий стабилизацию регулируемых переменных, отслеживание уставок и компенсацию возмущений. В процессе работы параметры регулятора пересчитываются с использованием линейной модели объекта управления. Работы [, -] посвящены методам нечеткого управления (fuzzy-управления) химическими реакторами. Так, в работе [] решается задача управления емкостным реактором непрерывного типа при проведении экзотермической реакции с использованием регулятора на нечеткой логике (Fuzzy Logic Controller, FLC). Авторами данной работы отмечается, что химические реакторы характеризуются сложностью протекающих в них реакций и высокой степенью нелинейности, что делает очень сложным процесс управления такими объектами при использовании традиционных методов управления. В работе отмечается, что системы нечеткого управления достаточно эффективны и обладают высокой степенью грубости в реальных производственных условиях, однако они требуют определения оптимальных функций принадлежности, что является сложной задачей. В качестве цели управления химическим реактором авторы работы ставят задачу управления концентрацией в аппарате. Для достижения поставленной цели были синтезированы два нечетких регулятора, один из которых построен на основе гауссовских функций принадлежности (FLC), а второй с использованием метода роя частиц (PSO-FLC). В статье [] ставится задача управления температурой в химическом реакторе емкостного типа с использованием интеллектуальных алгоритмов управления. Авторы отмечают, что вопросы разработки систем управления химическими реакторами являются популярными и в то же время весьма спорными среди инженеров по управлению, что связано с нелинейной динамикой объекта управления. Традиционные законы управления ограничены в возможностях и применимы только для линейных систем. В действительности, реальные объекты управления являются нелинейными, параметры которых изменяются в процессе работы, что связано, например, с износом оборудования. Данные обстоятельства необходимо обязательно учитывать при синтезе соответствующего алгоритма управления. На практике, в условиях неопределенности, необходимо использовать адаптивные и интеллектуальные системы управления. В качестве такой системы управления авторы статьи предлагают использовать нечеткий ПИ-регулятор, для формирования функций принадлежности которого используется метод ICA (Imperialist Competitive Algorithm). В конце работы приводятся сравнительные результаты работы САУ с использованием обычного ПИ-регулятора и нечеткого ПИ-регулятора, которые показывают, что система управления с нечетким регулятором обладает более высокими показателями качества. Применение искусственных нейронных сетей в задачах управления химическими реакторами рассматривается в работах [-]. Например, в работе [] рассматривается система управления температурой реакционной смеси в химическом реакторе при проведении необратимой параллельной экзотермической реакции первого порядка. В качестве управляющего воздействия выступает расход хладоагенга на входе в аппарат.