Моделирование и оптимизация режимов многозонных электрических печей

• Автор: Яшин, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Электрические печи непрерывного действия

1.2 Математическое описание процессов в электрических печах

1.3 Повышение безотказности систем управления

1.4 Оптимальное управление режимами электрических печей непрерывного действия

1.5 Методы и средства измерений

1.6 Виртуальные приборы и системы

1.7 Постановка задачи исследования.

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИНАМИКИ.

2.1 Описание объекта и анализ его работы.
2.2 Моделирование процессов нагрева в проходных печах .
2.3 Идентификация моделей динамики
2.4 Нечеткая модель прогнозирования отказов нагревательных элементов
Выводы по разделу
3. АНАЛИЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Постановка задач оптимального управления
3.2 Анализ практической управляемости
Выводы по разделу
4 СИНТЕЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ.
4.1 Задачи синтеза оптимального управления.
4.1.1 Задача синтеза ОУ на стадии проектирования.
4.1.2 Задачи оперативного синтеза
4.1.3 Задачи синтеза алгоритмического обеспечения
4.2 Разработка системы оптимального управления печью.
4.3 Реализация системы управления печью.
Выводы по разделу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .
АББРЕВИАТУРЫ
ЛИТЕРАТУРА


На управляющие воздействия и выходные показатели наложены ограничения, поэтому решение данных задач возможно только с применением специальных математических методов. Компьютеризация способствует внедрению оптимального управления объектами и позволяет повысить их точность и надежность. Как объекты оптимального управления ЭПНД имеют ряд особенностей [2-4]: большое энергопотребление, существенную долю времени работы занимают динамические режимы, имеется значительная инерционность и нелинейность, математическая модель имеет вид дифференциальных уравнений в частных производных и т. Во многих случаях, согласно технологическому регламенту, требуется производить нагрев с очень высокой точностью при сложном пространственно распределенном профиле температуры по длине печи (чередование участков нагрева, выдержки при постоянной температуре, охлаждения с заданной скоростью). Примером таких процессов может служить этап обжига при производстве керамических и полупроводниковых изделий радиоэлектроники (рис. Рис. Анализ существующих методов создания заданного распределения температуры по длине печи показал, что основной путь состоит в увеличении числа управляемых и контролируемых зон, при одновременном уменьшении их длины [1]. При таком способе каждая зона печи представляется объектом с сосредоточенными параметрами (ОСП) со скалярным и реже векторным управлением. Влияние температурного режима соседних зон учитываются введением возмущений, пропорциональных разности температур этих зон []. ОРП) [-]. Задача управления профилем температуры по длине печи с заданной точностью имеет большое практическое значение и в других областях промышленности (например, в металлургии), где необходимо оптимально нагреть заготовку при ограничении на управление, максимальную температуру поверхности заготовки и градиент температуры по сечению заготовки [,]. Для решения задач оптимального управления и оптимизации режимов нагрева необходимо иметь математическую модель объекта. В случае систем оптимального управления ОСП информация о его состоянии состоит из конечного набора значений управляемого объекта [, ]. Фазовые координаты ОСП могут измеряться непосредственно на реальном объекте, и после измерения поступать в управляющее устройство. В случае управления ОРП, непосредственные измерения невозможны, а о его состоянии судят по состоянию его модели, на которую подают все имеющиеся возмущающие воздействия объекта. Так как не существует простых и надежных методов определения распределения температуры греющей среды по длине печи, то для получения достаточно полной информации о состоянии управляемого объекта необходимо разрабатывать адекватные модели ОРП, с помощью которых можно легко получить информацию о состоянии объекта []. А, В-матрицы параметров; м(/)- управляющая величина, за счет которой производится непосредственное регулирование температуры. Такой способ не дает полной информации о профиле температуры по длине печи и не может использоваться для его управления с высокой эффективностью. Т ! Я - теплофизические параметры среды, заполняющей область D, соответственно, удельная теплоемкость, плотность и коэффициент теплопроводности, которые в общем случае зависят от температуры; F- функция, характеризующая удельную мощность внутренних источников тепла. Данное многомерное, нелинейное и неоднородное уравнение Фурье описывает в общем виде температурное поле T(x,t) внутри области D в терминах дивергенции (div) и градиента (grad). T(x,tl=0=T0(x) (1. S - граница D. В рамках модели (1. В целях получения возможности аналитического решения, модель (1. Дхе Д/>0, (1. Уравнение (1. В общем случае, для одномерного ОРП, уравнение (1. ФМ] = Л(х,! А, (х, 0^ + В, (х, 0% + С, (х, = Дх,! А,В9С9АВ]9С - заданные достаточно гладкие функции от х и г. Д <0), параболического (А = 0), эллиптического (А >0) и смешанного типов (если А меняет знак в области допустимых изменений х и г). Уравнение теплопроводности Фурье (1. А = В = /? ДхД />0. Уравнения эллиптического типа при отсутствии производных от Т(х,() по /, описывают статическое состояние ОРП, характеризуя неизменное во времени пространственное распределение Т(х).