Разработка и исследование алгоритмов структурного анализа и синтеза для систем статической многоуровневой оптимизации непрерывных технологических процессов

• Автор: Дадаян, Леонид Георгиевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 274 c. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Методы статической многоуровневой оптимизации сложных систем.II

1.1. Развитие декомпозиционных методов оптимизации сложных систем.II

1.2. Постановка задачи статической оптимизации сложных

процессов

1.3. Методы двухуровневой оптимизации сложных процессов

и их классификация.IV

1.4. Сравнение методов двухуровневой оптимизации

1.5. Приложение методов двухуровневой оптимизации

1.6. Модифицированный прямой метод двухуровневой опти

мизации.
1.7. Выводы.
2. Структурный анализ непрерывных технологических процессов и синтез алгоритмов их расчета.
2.1. Задачи структурного анализа и методы их решения . .
2.2. Матрица структуры связей и ее свойства .
2.3. Сравнительный анализ структурных матриц
2.4. Способы сжатия структурных матриц
2.5. Алгоритмы структурного анализа сложных систем .
2.5.1. Алгоритм выделения элементарных контуров в орграфах
2.5.2. Алгоритм оптимального разрыва контуров орграфа .
2.5.3. Алгоритм упорядочения узлов бесконтурного орграфа .
2.5.4. Алгоритм выделения сильных компонент орграфа . .
2.5.5. Алгоритм выделения элементарных путей
2.5.6. Алгоритм нахождения комбинаций некасащихся контуров и путей
2.6. Комплексы алгоритмов структурного анализа
2.7. Некоторые вопросы реализации алгоритмов структурного анализа
2.7.1. Оценка размеров структурных матриц
2.7.2. Затраты машинного времени на решение задач структурного анализа
2.8. Синтез алгоритмов расчета сложных непрерывных технологических процессов.
2.9. Выводы . .
3. Синтез структур алгоритмов статической многоуровневой
оптимизации непрерывных технологических процессов .
3.1. Задачи синтеза иерархических многоуровневых систем управления.
3.2. Многоуровневая оптимизация типовых структур непрерывных технологических процессов
3.2.1. Оптимизация процессов с последовательной структурой
3.2.2. Оптимизация процессов с параллельной структурой
3.2.3. Оптимизация процессов с рециклами
3.3. Методика синтеза структур алгоритмов статической многоуровневой оптимизации непрерывных технологических процессов.
3.3.1. Формирование ориентированного графа процесса .
3.3.2. Структурный анализ процесса
3.3.3. Структурная декомпозиция процесса
3.3.4 Формирование качественных задач элементов алгоритма оптимизации
3.3.5. Математическая формулировка задач элементов алгоритма оптимизации .
3.3.6. Корректировка структуры комплексного алгоритма многоуровневой оптимизаций .
3.3.7. Обобщенная схема синтеза структуры алгоритмов статической многоуровневой оптимизации непрерывных технологических процессов
3.4. Особенности программирования алгоритмов статической многоуровневой оптимизации
3.5. Выводы.
4. Приложения алгоритмов структурного анализа и методик
синтеза структур алгоритмов расчета и оптимизации статических режимов сложных непрерывных технологических процессов
4.1. Статическая многоуровневая оптимизация отделения контактирования и абсорбции производства окиси
этилена. .
4.I.I. Описание технологической схемы отделения кон
тактирования и абсорбции окиси этилена . . .
4.1.2. Анализ отделения контактирования и абсорбции
окиси этилена как объекта оптимизации
4.1.3. Синтез структуры алгоритма многоуровневой оптимизации основных ступеней контактирования отделения контактирования и абсорбции окиси этилена.
4.2. Расчет и оптимизация статических режимов блока выделения фенола и ацетона
4.2.1. Описание технологической схемы выделения фенола
и ацетона.
4.2.2. Синтез алгоритма расчета статических режимов
блока выделения фенола и ацетона.
4.2.3. Синтез алгоритма оптимизации статических режимов блока выделения фенола и апетона.
4.3. Определение передаточных функций сложных многоконтурных систем
4.3.1. Описание системы оптимального управления ректификационной колонной, разделяющей фенольноацетоновую смесь
4.3.2. Определение передаточной функции по заданному каналу в системе оптимального управления ректификационной колонной.
4.4. Выводы.
Заключение.
Литература


Матрица С является квадратной, так как в любом процессе внутренних входов подпроцессов столько же, сколько внутренних выходов. Кроме того, матрица С перестановочная, т. У С V СТУ и 1. VI и У1 и управления и, так как внешние входы V при оптимизации подпроцессов или заданы, или могут быть отнесены к 1, а внешние выходы 7. Положим также, что ограничения позиционного типа 1. Vi,i. Этот случай характерен для большинства НТП, когда имеет смысл технологических затрат или технологической себестоимости. Каждоеслагаемое i критерия 1. НТП бб. Vi,i,i i iVi,V, iVii,i0 Vi,i I. Формулировка задачи I. I имеет блочнодиагональную структуру. Хотя, на первый взгляд, каждый блок диагонали связан с собственным подпроцессом, подзадачи, соответствующие блокам, оказываются сцепленными между собой уравнениями связи 1. Это обстоятельство не позволяет решать подзадачи оптимизации независимо друг от друга. В настоящее время наиболее разработанным является метод двухуровневой оптимизации ДО, идея которого сводится к следующему. НШ на подпроцессы, и исходная задача оптимизации большой размерности при этом расчленяется на ряд подзадач меньшей размерности, кавдая из которых решается относительно независимо от других на первом уровне оптимизации. Решение подзадач сопровождается их координацией согласованием, осуществляемой на втором уровне оптимизации. Процедура оптимизации имеет при этом итеративный характер. Общий вид системы ДО приведен на рис. Рис. Лагранжа. Воспользуемся формулировкой задачи оптимизации I. I. Предположим, что частные целевые функции и функции связей и ограничений i выпуклы и непрерывнодифференцируемы, i П. Vi iii. I.II где i,i ,, векторы множителей Лагранжа. Ь.и. ХП,Л,М1. Vi,,Vi6,Vi Vi. Vi. Vi
Предположим, что седловая точка функции Лагранжа существует. Известно , . V,4, было решением исходной задачи нелинейного программирования 1. V,4,, Пч, А1,М4 сдедующих соотношений , i 4,. Д V 4. V . Vi мерный вектор. В принципе, найти седловую точку можно путем совместного решения 2v 2 уравнений I. I3 с таким же числом неизвестных. В случае задач большой размерности решение этой системы стандартными методами затруднено. Однако, если построить двухуровневую схему решения задачи и распределить уравнения системы I. Ниже рассмотрены пять методов ДО метод неявной декомпозиции П7, 8 метод явной декомпозиции юз и комбинированные методы I, 2 по и 3 3. В табл. I.I показано расчленение для каждого метода переменных системы уравнений I. Структуры систем ДО по пяти указанным методам приведены на рис. Таблица 1. Распределение переменных системы уравнений 1. Следует отметить, что системы ДО см. ДШС, т. ТП отнесена к быстрой части системы. В системах ДО быстрая часть включает в себя математические модели подцроцессов и алгоритмы решения подзадач оптимизации и задачи координации на рис. При основанном на принципе ДШС управлении ТП с недоступными для оперативного контроля выходными переменными например, с данными о составе и качестве продукции, получаемыми периодически и с большой задержкой от автоматических анализаторов или из лаборатории модель ТП может быть заведомо неточной, что компенсируется подстройкой модели к изменяющимся условиям и периодической коррекцией управляющих воздействий. Таблица 1. Распределение уравнений системы 1. Уровень I . УуД0 . УУп1 Уи1в0 Уиг,1. Уип0 Упо . Уи1. Ум А Ут . Пп 7ил1. УщЫ . Х1 мХпЫ , До МХ . ЖЬ0 7п,и0 7пп 7П, . X ум1о уЛпЬо 7у 7уи 7у . Уу 7у, . Уд,А0 Ум . УуЛо . Vi. Vi при i iV,i, iVi. Рис. ViViIi. Рис. Л ЛТ ЛЦУ. Р.У,иО УГ ИСУ. Рис. РСУ. Рис. УуауГ,ил. ЗСуГ. Ц при СуГ. Рис. Все рассмотренные методы ДО обладают серьезным недостатком предполагается, что декомпозиционное множество подпроцессов задано, т. ДО. Проведем классификацию методов ДО по трем признакам по принципу координации, по способу координации, по способу декомпозиции задачи оптимизации. Классификация методов ДО по принципу координации. При построении систем ДО существенную роль играет способ взаимодействия уровней, характер информации, передаваемой от элементов первого уровня координатору и в обратном направлении, другими словами, механизм, принцип координации в системе ДО.