Автоматизація процесів керування тепловим режимом скловарних печей
| dc.contributor.author | Цапар, Віталій Степанович | |
| dc.contributor.degreedepartment | автоматизації хімічних виробництв | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | інженерно-хімічний | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.date.accessioned | 2015-11-17T08:53:29Z | |
| dc.date.available | 2015-11-17T08:53:29Z | |
| dc.date.issued | 2015 | |
| dc.description.abstracten | The thesis for obtaining a scientific degree of PhD in Engineering at speciality of 05.13.07 - automation of management processes. - National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute" Education of Ukraine, Kyiv, 2015. The thesis is devoted to improving efficiency in the production process of glass-glass products by creating a process automation system controls its thermal modes that would meet modern requirements and resource saving. The features glass-melting process and analysis of the current state of mathematical modeling and control systems glass furnaces. The mathematical model of glass furnace based on Reynolds averaged Navier-Stokes equations and expanded with phenomenological mathematical models of glass-process. Also formulated initial and boundary conditions. Developed a simplified mathematical model of glass-. A study of the model, the results of which indicate its compliance with the initial model. To determine the temperature at points that are not physical measurement proposed extended Kalman filter. The system control glass furnace, which has a hierarchical structure and consists of 3 levels - strategic, tactical and operational. The study, which confirmed the effectiveness of the proposed control system in terms of disturbances of various types. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация процессов управления. - Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» МОН Украины, Киев, 2015. Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности процесса стекловарения в производстве стеклянной продукции путем создания системы автоматизации процессов управления его тепловыми режимами работы, которая бы отвечала современным требованиям ресурсо- и энергосбережения. Проведен анализ физико-химических процессов, которые происходят в процессе стекловарения, с точки зрения их дальнейшего математического моделирования и создания систем управления ими. Исследованы информационное обеспечение процесса стекловарения с целью изучения возможностей его использования при построении систем управления процессом. Проведенный анализ современного состояния математического моделирования и систем управления стекловаренных печей. Предложена математическая модель стекловаренной печи, которая базируется на усредненных за Рейнольдсом уравнениях Навье-Стокса и включает в себя математические модели таких физико-химических процессов как: плавление шихты, дополнительного нагрева электрическим током, барботажа, зависимости вязкости от скорости сдвига и температуры, теплопроводности и тепловых потоков в обработке стекломассы, горения, турбулентности. Также сформулированы начальные и граничные условия. Проведено исследование адекватности разработанной математической модели на основе статистических критериев Стьюдента и Фишера; результаты исследования позволяют считать разработанную математическую модель адекватной реальному процессу стекловарение. С помощью численного 3D-модели процесса стекловарения, построенной на основе разработанной математической модели, проведено исследование температурных полей в различных сечениях стекловаренной печи. Обоснована необходимость разработки упрощенной математической модели стекловаренной печи, которая упрощала вычислительные процедуры и позволяла оценить погрешность аппроксимации. В результате проведенного анализа существующих методов аппроксимации математических моделей систем с распределенными параметрами выбран метод упрощения первоначальной модели стекловаренной печи - метод разделения переменных (метод Фурье). На основе сингулярной декомпозиции предложен способ определения оптимальных базисных векторов при использовании метода разделения переменных. Разработанный метод расчета коэффициентов Фурье, который использует алгоритмы системной идентификации. Построена упрощенная математическая модель стекловаренной печи и проведено исследование ее качества; результаты исследования продемонстрировали достаточно высокую точность разработанной упрощенной математической модели. В связи с тем, что измерения температур в различных точках стекловаренной печи в значительной степени ограничено техническими возможностями, для построения эффективной системы управления тепловым режимом целесообразно использовать наблюдатели состояния, в частности фильтр Калмана, который позволяет рассчитать (оценить) значения температур в любой точке стекловаренной печи, используя математическую модель процесса. Показано, что возмущения, действующие в процессе стекловарения, не является сигналами типа «белый шум», в связи с чем предложено 4 модификации фильтра Калмана, учитывающие влияние возмущений на входе, выходе, а также на состояние объекта управления. Проведено имитационное моделирование с целью исследования предложенных модификаций фильтра Калмана. Результаты исследования показали высокую эффективность последнего при использовании фильтров шумов, действующих на входе и влияющих на состояние объекта управления. Разработанная система управления стекловаренной печью, которая имеет иерархическую структуру, состоящую из 3-х уровней - стратегического, тактического и оперативного. На оперативном уровне осуществляется непосредственное управление тепловым режимом стекловаренной печи. Тактический уровень управления предназначен для формирования задач по температурам печи и газового пространства с учетом качественных показателей готовой продукции. Стратегический уровень решает задачу адаптации системы управления к изменениям технологической ситуации. Синтезированная система непосредственного управления определяющими температурами стекловаренной печи, основанная на использовании фильтра Калмана и прогнозирующей модели процесса. Построена нечеткая система управления качественными характеристиками готовой продукции, результатом работы которой является формирование вектора задач для СКПМ. Разработана структура и программное обеспечение экспертной системы, задачами которой является формирование управляющих воздействий и адаптация базы правил нечеткой системы в сложных производственных ситуациях. Приведенные примеры работы диалогового окна разработанной экспертной системы. Проведено исследование работы синтезированной системы управления в условиях возмущений различного вида, результаты которого продемонстрировали эффективность разработанной системы по сравнению с системой с классическим ПИД-регулятором. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» МОН України, Київ, 2015. Дисертація присвячена питанням підвищення підвищення ефективності процесу скловаріння у виробництві скляної продукції шляхом створення системи автоматизації процесів керування його тепловими режимами роботи, яка б відповідала сучасним вимогам ресурсо- та енергозбереження. Розглянуті особливості процесу скловаріння та проведений аналіз сучасного стану математичного моделювання та систем керування скловарних печей. Запропоновано математичну модель скловарної печі, яка базується на усереднених за Рейнольдсом рівняннях Нав’є-Стокса та розширена за допомогою феноменологічних математичних моделей процесу скловаріння. Також сформульовано початкові та граничні умови. Розроблена спрощена математична модель скловаріння. Проведено дослідження розробленої моделі, результати якого свідчать про її відповідність початковій моделі. З метою визначення температур у точках, які не підлягають фізичним вимірюванням, синтезовано розширений фільтр Калмана. Розроблена система керування скловарною піччю, яка має ієрархічну структуру і складається з 3-х рівнів – стратегічного, тактичного та оперативного. Проведено дослідження, яке підтвердило ефективність запропонованої системи керування в умовах дії збурень різного виду. | uk |
| dc.format.page | 20 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/13859 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 681.51:666.11 | uk |
| dc.title | Автоматизація процесів керування тепловим режимом скловарних печей | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | candidate | uk |
| thesis.degree.name | кандидат технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.13.07 – автоматизація процесів керування | uk |