Дисертації (ТПЗА)
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Моделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Тюріна, Євгенія Олександрівна; Ярощук, Людмила Дем’янівнаТюріна Є. О. Моделювання та керування адсорбційним очищенням олив та мастил. − Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. Дисертація спрямована на створення таких систем керування процесами неперервного адсорбційного очищення відпрацьованих олив та мастил, які дозволять забезпечити високу якість очищення та принципи ресурсозбереження при переробці різної за властивостями сировини. У дисертації проаналізовано технологію очищення відпрацьованих індустріальних олив і мастил, яка складається з етапів підготовки сировини, адсорбції забруднювальних речовин із сировини та регенерації адсорбенту. Технологія передбачає процес адсорбційного очищення в адсорбері неперервної дії з протитечійною подачею сировини й адсорбенту, а також повернення адсорбенту в технологічний процес після регенерації. Встановлено, що особливостями технології є нестабільність властивостей сировини, як суміші корисних та забруднювальних речовин з різним і, як правило, точно не визначеним складом, що характерно для транспортних і виробничих відходів. Виконано аналіз властивостей забруднених речовин і адсорбенту, вимог до якості очищеної продукції та особливості адсорбера, що дозволив сформулювати головні задачі систем керування очищенням. Аналіз існуючих систем та способів керування показав, що, в умовах відсутності технічних засобів автоматизації для вимірювання концентрацій забруднювальних речовин, якість продукції забезпечують стабілізацією тисків і температури в адсорбері. Визначено, що на перебіг технологічних процесів очисних виробництв впливає перехід від одного типу відходів до іншого, у зв’язку з чим визнано доцільним реалізовувати різні алгоритми керування адсорбційним очищенням при сталій сировині й при переході до іншої сировини. Створено систему керування процесом очищення при зміні сировини. Оскільки функціонування технологічної системи виробництва оцінюють за декількома критеріями, то для усвідомлення переліку задач керування, які дозволять врахувати ці критерії, була виконана систематизація задач керування адсорбційним очищенням. На основі створеного переліку для кожної задачі були визначені методи, якими вона може бути розв’язана, та типи моделей, які при цьому можуть бути використані. Систематизація подана у виді семантичної мережі, що дозволяє краще обґрунтувати та спростити створення систем керування процесом адсорбції. Керування при зміні сировини базується на типових рішеннях автоматизації адсорбера, а саме керування тиском та температурою в адсорбері (режимні параметри) впливом на витрату адсорбенту й охолоджувальної води відповідно. Проблема підтримання якості очищення в режимі зміни сировини полягає в тому, що для нової сировини невідомі необхідні режимні параметри. Для її розв’язання запропоновано спосіб керування, який передбачає в складі програмного забезпечення систем керування підтримувати базу даних, яка міститиме записи з основними характеристиками сировин, які раніше очищували в адсорбері, і відповідними для них режимними параметрами. Запропоновано на початку надходження нової сировини знаходити для неї в цій базі сировини-аналоги, після чого, застосувавши статистичні методи до знайдених варіантів режимних параметрів, знаходити узагальнені значення необхідних тиску та температури. Описано алгоритм пошуку, який передбачає повні та часткові збіги, а також їх відсутність. Алгоритм передбачає присутність особи, яка приймає остаточні рішення стосовно умов пошуку та вибору режимних параметрів. Запропоновано використовувати різні види статистичних оцінок і моделей для визначення актуальних тиску і температури залежно від кількості записів у базі даних. Наведено приклад пошуку засобами MS Access. Створено систему керування для режиму зміни сировини. Обґрунтовано тип та створено відповідну математичну модель процесу адсорбції, призначеної для використання в системі керування в режимі сталої сировини. Розглянуто особливості моделювання як системи нано- і мікропроцесів. Описано процес адсорбції також як об’єкт технології і керування як макросистема і виконано аналіз основних видів моделей таких об’єктів. Враховуючи суттєву багатопараметричність адсорбції як об’єкта моделювання, запропоновано в умовах нестаціонарності властивостей сировини, адсорбенту й адсорбера описувати канали керування і збурення як аперіодичні ланки другого порядку із транспортним запізнюванням. На основі аналізу експериментальних даних було визначено, що коефіцієнти передач цих функцій є нелінійними функціями від тиску і температури в адсорбері. Опрацювання експериментальних даних дозволило визначити типи цих нелінійностей. У системі керування передбачено адаптування моделей при зміні властивостей речовин та адсорбера, наведено схеми застосування адаптивних моделей в системі керування. Виконана реалізація моделі у системі Simulink + MATLAB. Описано систему керування адсорбером у режимі сталої сировини. Для обґрунтування вибору системи керування виконано аналіз джерел нестаціонарності та їх типів. У режимі сталої сировини запропоновано розглядати властивості сировини та адсорбера, як такі, що не мають причин для тренду математичного сподівання, а тренд по дисперсії можливий. У той же час властивості адсорбера можуть мати помітний тренд математичного сподівання у зв’язку з налипанням на елементи конструкцій часток сировини та адсорбенту. Описано систему керування, в якій передбачено адаптування математичних моделей обох каналів керування, а на основі нових моделей виконувати розрахунок нових параметрів пропорційно-інтегральних регуляторів. У режимі сталої сировини передбачено виконувати корегування завдань регуляторам контурів керування шляхом уведення результатів вимірювання якості готової продукції. Оскільки до появи нової продукції на виході адсорбера ці сигнали від’єднані, то завданнями регуляторів були режимні параметри, визначені на основі алгоритму пошуку аналогів нової сировини. Корегування завдань за показниками якості дозволяє перейти від відносно потрібних до дійсно потрібних умов очищення сировини, що заповнює адсорбер. Корегування реалізоване на основі використання нечітких множин для опису показників якості та значень тиску і температури, а також системи правил fuzzy logic. Цей фрагмент алгоритму керування дозволяє сформувати новий запис у базі даних із властивостями нової сировини і найкращими для неї умовами очищення. Таким чином наповнюється база даних, що дає можливість з часом покращувати систему керування в режимі зміни сировини. Створено інтегровану систему керування адсорбційним очищенням олив і мастил. Об’єднання стосується систем керування двох зазначених раніше режимів змінної та сталої сировини, які відповідають нормальному функціонуванню виробництва. Іншою складовою інтегрованої системи є експертна система, яка призначена для пошуку причин аварійного функціонування виробництва. Для експертної системи розроблена база знань з фактами аварій та правилами продукції. Наведено результат роботи цієї системи. Оскільки інтегрована система керування використовує емпіричні знання фахівців у різному їх виді, проведено аналіз типів цих знань та визначено способи їх отримання. Виконана систематизація такої інформації дозволяє організувати підбір і підготовку необхідних експертів для супроводу роботи інтегрованої системи керування. Удосконалено систему керування процесом адсорбції, в якій на відміну від усталених, враховано можливість суттєвих змін властивостей нової забрудненої сировини, для чого передбачено автоматизований пошук у базі даних речовин-аналогів нової сировини, статистичні дослідження знайдених у базі варіантів тиску та температури в адсорбері для аналогів, а також прийняття рішень щодо початкових значень цих режимних параметрів. Удосконалено систему адаптивного керування процесом адсорбції, в якій на відміну від відомих, що базуються на поточній ідентифікації моделей динаміки процесу та на наступному визначенні параметрів налаштування регуляторів тиску та температури в адсорбері, уведено корегування початкових значень цих режимних параметрів за концентраціями ароматичних вуглеводнів, сірки і смол в очищеному продукті, що дозволяє дотримуватися вимог до якості очищення продукції та занести в базу даних значення відповідних властивостей нової сировини і потрібні для її переробки тиск та температуру. Дістала подальшого розвитку система адаптивного керування тиском і температурою в адсорбері з корегуванням початкових значень цих режимних параметрів за концентраціями ароматичних вуглеводнів, сірки і смол у продукції, в якій на відміну від усталених способів, значення корегувальних сигналів визначають на основі нечітких множин і нечіткої логіки, що дозволяє підвищити якість продукції в умовах відсутності обґрунтованих математичних залежностей за допомогою досвіду фахівців. Запропоновано інтегровану систему керування адсорбційним очищенням шляхом поєднання системи керування процесом при суттєвій зміні властивостей нової забрудненої сировини з системою керування процесом при сталих властивостях забрудненої сировини, яке передбачає чергування етапів визначення режимних параметрів адсорбції за сировинамианалогами та за показниками якості очищеного продукту, причому режимні параметри другого етапу запам’ятовуються в базі даних сировин-аналогів першого етапу, це поєднання дозволяє забезпечити якість продукції і ресурсозбереження за рахунок підвищення рівня відповідності між режимними параметрами та поточним властивостям забрудненої сировини. Дістало подальшого розвитку математичне моделювання адсорбційного очищення, що полягає у структурній ідентифікації моделі динаміки процесу адсорбції, призначеної для адаптивної системи керування, а також у статистичних залежностях між властивостями сировини та відповідними режимними параметрами, які об’єднані у базі даних сировин-аналогів. Практичне значення одержаних результатів полягає в систематизації задач керуванням адсорбційним очищенням; отриманні моделей адсорбції, призначених для систем керування адсорбційним очищенням ВОМ; визначенні початкових режимних параметрів адсорбції для нової за властивостями сировини; створенні адаптивної системи керування очищенням; застосуванні нечіткої автоматичної системи керування очищенням, бази знань для діагностувальної експертної системи та інших застосувань експертних знань. Одержані результати використані в навчальному процесі.Документ Відкритий доступ Моделювання та автоматичне керування тепловим режимом скловарної печі ванного типу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Ситніков, Олексій Володимирович; Жученко, Анатолій ІвановичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності роботи регенеративної скловарної печі ванного типу шляхом створення системи керування, яка забезпечить режим енергозбереження функціонування процесу при незмінних показниках якості виробництва. Скловаріння – процес, що потребує високої температури для розігрівання компонентів, з яких виготовляється скломаса у варильній частини печі. Всі компоненти після підготовки подаються до варильного басейну, де відбувається виготовлення (варка) скломаси. Процес скловаріння досить енергоємний. В розвинених країнах витрати палива на варку скла в 1,5-2 рази нижче, ніж вітчизняні показники аналогічного виробництва. Україна має обмежені запаси природного газу і практично всі питання постачання пального на промислові підприємства вирішуються за рахунок імпортування. Ціни на пальне зростають згідно тенденціям ринку, тому використання газу необхідно вести з максимальною економією, при цьому не погіршуючи якість виробленої продукції. Для процесу характерні внутрішні збурення, зокрема пов’язані з концентрацією вхідного продукту до варильної зони печі, що можуть призвести до браку готової продукції або небажаних зайвих витрат пального. Для забезпечення означених показників в роботі системи керування тепловим режимом скловарної печі виникла необхідність побудови енергоефективної системи керування, що забезпечить високу якість керування в умовах дії неконтрольованих внутрішніх збурень та зменшення витрат на керування. Розроблена математична модель скловарної печі на основі структурнопараметричної схеми об’єкту. Математичний опис скловарної печі як об’єкту дослідження включає в себе рівняння зовнішнього теплообміну для скломаси, кладки та газу, математичний опис процесу нагрівання. Під зовнішнім теплообміном розуміють теплообмін між об’єктом та його оточенням: теплообмін між скломасою та оточуючим її середовищем – кладкою та газовим простором. Для кожної зі складових розроблено математичний опис, що враховує взаємодію між складовими в моделі об’єкту керування. Скломаса, кладка та газовий простір має по дві контактні поверхні між складовими. Розроблена система рівнянь зовнішнього теплообміну отримується з рівнянь балансу для ефективного та результуючого випромінювання поверхні та середовища у вигляді рівнянь відповідних теплових потоків. Ефективне випромінення поверхні скломаси та кладки підпорядковується закону Ламберта – поглинаючі здібності випромінювачів рівні для всіх променевих потоків та дорівнюють відповідним ступеням чорноти та відповідно складається з власного та відбиваючого випромінення. Аналіз досліджень був проведений для усталеного режиму роботи печі – в першому наближені результуюче випромінення кладки прийнято рівним нулю, температура скломаси та кладки взяті такими, що дорівнюють їх середньоефективним величинам. Користуючись розробленою та дослідженою системою рівнянь для теплових потоків скломаси та кладки розроблена загальна математична модель скловарної печі, яка враховує зв’язки між складовими елементами об’єкта. На основі розробленої моделі отримана передатна функція скловарної печі являє собою складну структуру, що залежить від передатних функцій скломаси, кладки та газового простору за каналами температура газу – вихідна температура скломаси та температура газу – температура кладки у характерних точках. Дана математична модель може бути застосована для аналізу температурного поля скловарної печі в різних перерізах. Досліджена математична модель скломаси, що представляє собою об’єкт з розподіленими параметрами, в роботі описана диференціальним рівнянням теплопровідності Фур’є з граничними умовами 3-го роду на зовнішній поверхні скломаси при контакті «скломаса-газ» та 2-го роду при контакті «скломаса-кладка». Граничні умови назовні обумовлені відсутністю обміну тепла з навколишнім середовищем, тобто розглядається умова ідеальної теплоізоляції. Дослідження показали та виходячи із конструкційних особливостей скловарної печі, скломасу умовно можна вважати прямокутною областю, товщиною h, що дозволяє розглядати скломасу як необмежену пластину товщиною h. Однак на відміну від типового виду необмеженої пластини в моделі процесу нагрівання скломаси у ванні печі враховано ряд її конструкційних особливостей скловарної печі. Результати моделювання показали, що розігрівання внутрішньої сторони кладки відбувається під дією теплових потоків великих значень. Математична модель кладки скловарної печі представлена у вигляді одновимірної задачі теплопровідності, з граничними умовами 2-го роду при контакті «кладкаскломаса». Кладка являє собою напівобмежене тіло товщиною. Представлено перехід від температури скломаси до температури кладки в різних шарах скломаси, з яких видно, що температура скломаси тим вища, чим вищий шар розглядається, та по глибині температура кладки спадає, що підтверджує прийняті граничні умови на правій поверхні кладки. Окремо розглянута кладка дна печі, як та що контактує з останнім шаром скломаси; дана особливість врахована в загальній моделі об’єкту керування. Для використання в системі керування на базі моделі скловарної печі, необхідно перевірити адекватність розробленої математичної моделі. Дослідження показали, що модель динаміки нагрівання скломаси в печі відповідає відповідним критеріям адекватності та може бути використана для синтезу системи керування. Експериментальні дослідження температурних полів скломаси, кладки, газового простору проведені, використовуючи засоби імітаційного моделювання, для кожної із зон печі побудовані у вигляді температурного розподілу в конкретному перерізі. Дослідження дозволили виявити реакцію температурного поля скломаси та кладки на дії збурення. В дисертаційній роботі ставилася задача розробки системи керування процесом виготовлення скломаси, яка мала б зберігати стійкість в роботі системи керування та підтримувати на заданому рівні якість готового (вихідного) продукту, шляхом підтримки заданого температурного режиму в заданих технологічним регламентом межах оптимальній витраті пального. Тому сформульована і розв’язана задача адаптивного керування процесом скловаріння, що полягає у підтримці заданого розподілу температур в об’ємі скломаси. Для розв’язання задачі адаптивного керування розроблений та застосований критерій керування Ji(T*i(t),Ti(t),ui), що залежить від вектору ui, який розглядається в якості керувальної дії (витрати палива) по пальниках печі. Результатом розрахунку критерію керування виступає оптимізація витрати пального та призводить до зміна вектору керуючих дій uі. Синтез системи керування опирається на розроблену математичну модель скловарної печі, що моделює поведінку скломаси в певних точках у вигляді зміни температур. Як результат синтезу системи є вдосконалення існуючої системи керування та формування нових параметрів системи виходячи із поставлених в роботі задач. Послідовності нових вхідних керуючих дій ui для пальників печі є визначальною в питанні оптимізації витрати пального. Проведено дослідження системи керування подачі газу на пальники печі та керування реверсом факелу в парі протилежних пальників з використанням загального регулятора, використовуючи метод системного аналізу. Даний метод дозволяє більш точно вирішити задачу підтримки температурного режиму печі та підтримки параметрів на різних етапах (в різних перерізах) процесу варіння скломаси. При формуванні алгоритму керування спиралися на розроблений критерій керування. Розроблення структури системи керування та алгоритму адаптивного програмного керування відбувалися з використанням мови програмування UML та UML –діаграм, що дало можливість дослідити всі можливі зв’язки в системі. В роботі приведено порівняння результатів роботи розробленої системи з існуючою каскадною системою керування тепловим режимом по кожному перерізу печі, виявлено переваги в роботі розробленої системи, існуюча система керування не дає можливість зменшити перегулювання зони розігріву, що призводить до перевищення та не раціонального використання пального. Розроблена система керування, реалізувала ряд функцій по оптимізації витрати пального, реагування на дію збурення, що діє на об’єкт керування. По даним температур в зонах скловарної печі, для забезпечення оптимального використання газу, відбувається адаптації параметрів налаштування регулятора в залежності від температури у відповідній зони. Для вирішення поставленої в роботі задачі розроблена загальна структура та програмне забезпечення експертної системи керування тепловим режимом скловарної печі, використовуючи бази правил нечіткої логіки та адаптивний нечіткий регулятор. Основна задача, що висувається до адаптивного нечіткого регулятору, є формування нових параметрів налаштування загального ПІДрегулятора. В дисертаційній роботі проведено дослідження шляхом порівнянь результатів роботи розробленої адаптивної система, експертної та загальної системи керування тепловим режимом скловарної печі. З отриманих результатів, видно що адаптивна система показала переваги над звичайною системою та експертною системою, що відображається у зменшенні витрати на керування (раціональне використання витрат пального по пальниках печі) У навчальний процес кафедри технічних та програмних засобів автоматизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» впроваджені математичні моделі процесу скловаріння, системи керування процесом виготовлення скломаси.Документ Відкритий доступ Автоматизація процесу керування багатокамерними печами випалювання вуглеграфітових виробів(2020) Коротинський, Антон Петрович; Жученко, Олексій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Моделювання і робастне керування процесу контактної мембранної дистиляції(2019) Дубік, Роман Миколайович; Ладієва, Леся РостиславівнаДокумент Відкритий доступ Автоматизація процесів керування прогріванням паперового полотна у сушильній частині папероробної машини(2017) Черьопкін, Євгеній Сергійович; Жученко, Анатолій Іванович