автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Анализ и синтез комплекса "жидкофазный химический реактор - управляющая система" с использованием методов синергетики

На правах рукописи

Л/-

НЕВИНИЦЫН Владимир Юрьевич

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ КОМПЛЕКСА «ЖИДКОФАЗНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР - УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ СИНЕРГЕТИКИ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в химических технологиях, нефтехимии)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г * яив 2013

Иваново 2013

005048680

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» на кафедре «Техническая кибернетика и автоматика».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Лабутин Александр Николаевич

- Кольцова Элеонора Моисеевна

доктор технических наук, профессор, Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, заведующий кафедрой информационных компьютерных технологий

- Бытев Донат Олегович

доктор технических наук, профессор, Ярославский государственный технический университет, заведующий кафедрой прикладной математики и вычислительной техники

Ведущая организация:

Защита состоится «,

3 »

- Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет», г. Тамбов

со

2013 г. в /О_часов на заседании

диссертационного совета Д 212.063.05 в Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7, ауд. Г-205. Тел.: (4932) 32-54-33. E-mail: dissovet@isuct.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан « /¿р » MbJa^-L 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ,

Д 212.063.05, д.ф-м.н. Зуева Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основополагающей концепцией разработки современных производственных процессов является концепция создания кибернетически организованных химико-технологических процессов (ХТП) и систем, обоснованная академиком В.В. Кафаровым. Реализацией данной концепции является методология интегрированного проектирования гибких ХТП и систем, предполагающая совместное решение задач оптимального синтеза ХТП (реакторного узла) и синтеза системы управления объектом.

Вопросам анализа, проектирования и оптимизации реакторов и реакторных систем посвящено значительное число исследований отечественных и зарубежных ученых. Существенные научные и практически важные результаты получены в работах профессоров Г.М. Островского, JI.C. Гордеева, B.C. Бескова, В.Н. Писаренко, А.Ф. Егорова, С.И. Дворецкого и др. Существенно скромнее обстоит дело с решением задачи синтеза систем управления реакторами на стадии проектирования, цель функционирования которых заключается в стабилизации оптимального режима работы объекта или в управлении процессом его перехода с одной производительности на другую производительность. Это обусловлено чрезвычайной сложностью данной задачи в виду того, что химический реактор является нелинейным, многомерным, многосвязным объектом. Большинство исследователей пытаются решать эту задачу на базе теории линейных систем управления, что не приводит к существенным успехам в условиях значительного изменения режимных и технологических параметров.

По мнению академика A.A. Красовского, выходом из данной ситуации является развитие физической теории управления и в частности синергетиче-ской теории управления, основные положения которой сформулированы проф. A.A. Колесниковым.

Повышение требований к качеству работы реакторов - устойчивости, надежности, расширение их функциональных возможностей обусловливают актуальность и необходимость поиска путей совершенствования процессов управления химическими реакторами. Выше изложенное обусловливает актуальность постановки и решения задачи разработки нелинейных законов управления химическими реакторами и синтеза гибких комплексов «химический реактор - управляющая подсистема».

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» по проекту №2.1.2/13804 «Теоретические основы высокоинтенсивных энерго- и ресурсосберегающих гетерогенных процессов, реакторных систем в нанотехнологиях получения новых материалов и веществ».

Объектом исследования является комплекс «жидкофазный химический реактор непрерывного действия для проведения многопродуктовых последова-телыю-параллельных реакций - управляющая подсистема».

Предмет исследование. Системный анализ реактора как объекта управления, методы и алгоритмы управления нелинейным многомерным объектом.

Цель работы. Решение прикладных задач синергетического синтеза нелинейных законов управления химическим реактором, обеспечивающих эффективное функционирование комплекса «реактор - управляющая подсистема» в условиях действия возмущений.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Анализ состояния проблемы оптимального синтеза реакторных систем, перспектив и направлений развития методов синтеза систем автоматического управления (САУ) химическими реакторами и анализ состояния современной прикладной теории управления.

2. Системный анализ жидкофазного химического реактора для проведения сложных многопродуктовых последовательно-параллельных реакций как объекта управления.

3. Синергетический синтез нелинейных законов управления жидкофаз-ным химическим реактором:

■ закона стабилизации температуры;

■ закона стабилизации концентрации;

■ векторного закона стабилизации концентрации и температуры;

■ синтез системы управления процессом перевода химического реактора с одной производительности на другую (с режима на режим);

■ закона стабилизации концентрации целевого компонента в каскаде реакторов, работающих в изотермическом режиме.

4. Исследование методами вычислительного эксперимента работоспособности и эффективности функционирования комплекса «химический реактор -нелинейная система управления» в условиях действия возмущений.

Методы исследований. Методы системного анализа, оптимизации и вычислительного эксперимента, методы синергетики и теории управления.

Научная новизна.

1. Путем системного анализа жидкофазного химического реактора для различных вариантов наблюдения объекта определены варианты топологической структуры системы управления, обеспечивающие управляемость в пространстве состояний или управляемость в пространстве выходных переменных и стабилизируемость системы.

2. Впервые поставлена и решена задача аналитического синтеза нелинейных законов управления жидкофазным химическим реактором непрерывного типа (нелинейным многомерным объектом) методами теории синергетического управления, обеспечивающих стабилизацию температуры процесса или концентрации целевого вещества, а также стабилизацию и температуры и концентрации целевого компонента одновременно. Выбором структуры законов и настроечных параметров обеспечиваются свойства асимптотической устойчивости и грубости комплекса «химический реактор - подсистема управления», а также заданные показатели качества процессов управления.

3. Впервые поставлена и решена задача синергетического синтеза системы управления процессом перевода жидкофазного химического реактора не-

прерывного действия с одной производительности на другую (с режима на режим).

4. Синтезирован новый алгоритм стабилизации концентрации целевого компонента в каскаде реакторов, работающих в изотермическом режиме с использованием синергетической теории управления.

Практическая значимость:

1. Методами имитационного моделирования показана возможность создания эффективных работоспособных комплексов «химический реактор - нелинейная система управления».

2. Внедрение синтезированных алгоритмов управления жидкофазным химическим реактором для проведения многопродуктовых последовательно-параллельных реакций позволит реализовать гибкие ХТС.

3. Разработана методика синтеза синергетических законов управления жидкофазными химическими реакторами непрерывного типа, которая может быть использована для решения аналогичных задач для других объектов химической технологии и использоваться в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 22.04.00 - «Управление в технических системах».

Обоснованность научных положений и достоверность результатов исследований подтверждается согласованностью результатов теоретических исследований и компьютерного моделирования синтезированных замкнутых систем управления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 24 и 25 Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ), г. Саратов, 2011 г., г. Волгоград, 2012 г.; на 65 всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием, г. Ярославль, 2012 г.; на XVIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 2012 г.; на X Международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания промышленной аппаратуры», г. Краков, 2012 г.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 8 научных работах, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, утвержденных ВАК.

Личный вклад автора. Результаты работы получены Невиницы-ным В.Ю. лично под руководством д.т.н., проф. Лабутина А.Н.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка цитируемой литературы из 151 наименования, содержание изложено на 148 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков, 1 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, объект и предмет исследования, сформулирована цель работы и отражена структура диссертации.

В первой главе проведен анализ современного состояния проблемы оптимального синтеза и управления реакторными системами. Показано, что современные подходы к синтезу и проектированию ХТС и реакторных подсистем в частности,, базируются на концепции создания кибернетически организованных ХТС. Реализацией данной концепции является методология интегрированного (совместного) проектирования ХТП и систем автоматического управления объектами.

Обзор работ, посвященных рассматриваемой проблеме, показал, что до настоящего времени основным подходом к разработке систем управления реакторами является подход, основанный на использовании теории линейных систем, либо предлагаются методы синтеза систем управления с использованием нечеткой логики и нейронных сетей. Основной недостаток этих методов — существование экспериментальной выборки для обучения системы (наличие физического объекта). Многие работы посвящены стабилизации либо температуры в реакторе, либо концентрации, но не рассматриваются вопросы синтеза многомерных законов замкнутого управления. В основном рассматриваются реакторы, в которых реализуются простые реакции. Практически не ставились задачи синтеза нелинейных законов автоматического управления. Исходя из этого, отмечена необходимость разработки методики синтеза нелинейных многомерных систем автоматического управления химическими реакторами при реализации сложных реакций.

В этой связи проанализированы проблемы современной прикладной теории управления. Анализ показал, что методы современной теории управления чрезвычайно заформализованы, в них отсутствуют инженерные показатели качества и они мало пригодны к решению прикладных задач. Многие ученые (академик A.A. Красовский и др.) отмечают необходимость создания и развития физической теории управления. Одним из перспективных направлений этой теории является синергетическая теория управления (СТУ), основные положения которой сформулированы проф. A.A. Колесниковым (метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов - АКАР).

Отмечается, что методы СТУ достаточно широко используются для синтеза нелинейных законов управления техническими объектами (летательные аппараты, механические и электромеханические системы), но практически отсутствуют примеры использования этой теории для синтеза систем управления ХТП.

Изложены основные принципы и методы СТУ, позволяющей аналитически получать законы замкнутого управления нелинейными объектами.

Далее приведена характеристика исследуемого ХТП, выводы по главе и сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приведено описание программно-технических средств для исследования и имитационного моделирования комплекса «химический реактор — управляющая подсистема».

Проведен системный анализ жидкофазного реактора емкостного типа непрерывного действия (рис. 1) как объекта автоматизации и управления. В аппа-

рате реализуется трехстадийная последовательно-параллельная экзотермическая реакция оксиэтилирования бутилового спирта, протекающая по схеме

А + В—к-^Р„ А + Р1-Ь-+Р1, А + Р2-±->Р„ (1)

где А и В - исходные реагенты; Р„ Р2, Р3 - продукты реакции; к,, к2, к,— константы скоростей стадий. Целевым компонентом является вещество р2. В общем случае при изменении спроса на продукты реакции целевым может быть и другой компонент или смесь ряда веществ.

*Г> х" ~ концентрации исходных реагентов; xf, х'6'2 - температуры потоков исходных реагентов; и„ о2 - расходы исходных реагентов; - расход хладоагента на входе и выходе из аппарата; х", х7 - температуры хладоагента на входе и выходе из аппарата; и - расход смеси на выходе из аппарата; х2, х„ хА - концентрации компонентов А, В, Рп Р2 в реакторе; х6 - температура реакционной смеси в аппарате; V = xs - объем аппарата; - объем хладоагента в рубашке.

Целью функционирования реактора является получение целевого компонента заданной концентрации х4. Отсюда задача системы управления реактором заключается в стабилизации на заданном уровне значения концентрации целевого компонента х,=х4 и температуры х6=х6 в условиях действия возмущений. Математическая модель реактора в предположении постоянства объема (v = xs = const) реакционной смеси представляет собой систему нелинейных ОДУ

dxL dx V V ^ _ R + "2*2" Wt2 dx, ut, ' dr J V V ' dr V ' II Ltt„ V

dxt_ _ utxf o2x"2 ux6 | bHlkixlx2+AH2k2xtxJ+AH,k,xlx4 KTFT{xb-

dr V V V pC VpC

dx, К-Т^Л^-Х,) . .. , 0

dr

где Нг=-клх2-к2ххх,-к,х1х<, Я2 = -кЛх2, Д3 = кЛхг -к2хЛ, Я, = к2хЛ -к,хл - скорость реакции по компонентам; дн„ / = ],..„3 - тепловой эффект соответствующей стадии реакции; к,. = к,0-ехр{-Е,/Я(хй +273)), * = 1,...,3 - константы скоростей

стадий; кю, / = 1,...,3 - постоянный множитель (предэкспонента) констант скоростей стадий; £,, ;' = 1,...,3 - энергия активации соответствующей стадии реакции; Я - универсальная газовая постоянная; Кт, /> - коэффициент теплопередачи через стенку и поверхность теплообмена аппарата; р, С — плотность и теплоемкость реакционной смеси; р„, С„ - плотность и теплоемкость хладоагента.

Для заданной производительности <3=х,-о (хл, и - заданные значения концентрации и расхода) решена задача оптимизации реактора {/?', т\ /'} = шт(о - С(Р, т ,0У

при ограничениях в форме уравнений математической модели статики и

= г < 140 °С, (э2 =£Г-о,-ц//? = 0, где /? = ц/и2, Т = У/и , I - температура.

Исследованы статические и динамические свойства жидкофазного химического реактора, показана его нелинейность и многосвязность. Характер кривых разгона свидетельствует об асимптотической устойчивости объекта.

Исследованы общесистемные свойства объекта - устойчивость свободного движения, управляемость и наблюдаемость. На основании результатов исследования общесистемных свойств определены варианты топологической структуры системы управления жидкофазным химическим реактором непрерывного действия для различных вариантов наблюдения объекта, обеспечивающие управляемость в пространстве состояний или управляемость в пространстве выходных переменных и стабилизируемость системы.

В главе 3 методом АКАР на основе нелинейной модели объекта (2) получены в аналитическом виде законы стабилизации оптимального режима работы реактора: закон стабилизации температуры реакционной смеси в аппарате; закон стабилизации концентрации целевого компонента; векторный закон управления температурой и концентрацией.

Для решения задачи синергетического синтеза закона стабилизации температурного режима модель (2) приведена к виду (3).

Поскольку математическая модель объекта (3) содержит одно внешнее управляющее воздействие и = о„ был использован метод АКАР на основе последовательной совокупности инвариантных многообразий - аттракторов.

ат ат ат

= Л4 - 62х„ - Ь,х,; = а^1х1х2 + а2к2х,х} + а^^х, + Ь2х? + /?,*,- (3)

ат ат

-(/?, +Ь2)х6 +«'2 = -*7) + Л(*Г -х7)и,

ат

где МА /У;Мд = огх?/У;Ь, =1 /У„;Ь2 = и,/У;Ь3=и2/У;а, =ДЯ,/(рС),/ = 1,...,3;

/}, = КтЕг/(рСУ); /Зг=КтРт/(раС„Уа); и = их, - регулирующее воздействие.

Поскольку внешнее управление не присутствует непосредственно в уравнении для температуры (х6), а входит в правую часть уравнения для 1,,тов соответствии с принципом эквивалентности управлений на первом этапе проце-

дуры синергетического синтеза введена в рассмотрение макропеременная (</,, задающая связь между переменными х7 и х6

¥\ =Х1 (4) где и,(х6) - неизвестная пока функция от х6.

Закон управления и синтезируется таким образом, чтобы осуществлялся перевод изображающей точки (ИТ) системы в фазовом пространстве из произвольного начального положения в окрестность притягивающего многообразия I//, = О. Изменение агрегированной макропеременной, играющей роль параметра порядка, подчиняется функциональному уравнению

7>,+у/,= 0, (5)

где Г, - постоянная времени. Это уравнение устойчивой экстремали, доставляющей минимум оптимизирующему функционалу

о

Уравнение (5) с учетом (4) примет вид

= -¥ I-

(¡т Эх, с1т

В силу уравнений объекта (3) это выражение запишется

Г,

Рг ~ х1) + 6, (*," - *7)« + (Л + Р, )

ох.

=0, (6)

где /6 = а1к,х1х1 + а2£гх,х3 +а,к,х,х4 + Ь2х"' -(/?, + 62)хй + (х"2 -х6)6,.

Из (6) получаем выражение для закона управления

и_ (х,/?7(х6 -х7) Эг, (/6 +Дх7) ГД(х,~-х7) 6,(хГ -х7) дх6 '¿.(х" -х7) '

Управление и переводит ИТ системы в окрестность многообразия у, = 0, на котором реализуется связь х7 = -с, и наблюдается эффект «сжатия фазового пространства», т.е. снижение размерности системы уравнений (3). Уравнения декомпозированной системы с учетом соотношения х, = -г, примут вид:

Л, +Мл-Ьгх1-Ь,х1\ = Д2+Л/В-62х2-¿,х2; = Я, -Ь2х,- Ь,хъ;

а г а г а г ^

с/г ¿г

Функцию и, в декомпозированной системе (8) можно рассматривать как «внутреннее» управление, под воздействием которого происходит движение объекта (8) вдоль многообразия у/, = 0. На втором шаге процедуры синтеза закона управления осуществляется поиск выражения для к,. Для этого вводится в рассмотрение цель движения системы (8) в форме инвариантного многообразия, отражающего технологическое требование к системе (цель работы)

С2 = *6 - = 0 ■ (9)

Макропеременная у/2 удовлетворяет решению функционального уравнения Тг{р2+ц/г =0, которое в развернутом виде с учетом выражения (9) в силу

модели декомпозированной системы (8) примет вид Г2(/6 — /7, ) + хГ1 - хй -- 0. Отсюда «внутреннее» управление запишется

".»(х.-г.У^А+Л/А. (10)

Закон (10) обеспечивает асимптотическое приближение ИТ ко второму притягивающему многообразию у/2 = х6 - х6 = 0.

Частную производную ду]/3х6 можно получить как аналитическим способом, так и с помощью численных методов.

Окончательное выражение для закона внешнего управления и(х) можно получить путем подстановки в (7) функции у, и ее частной производной. Параметрами настройки закона управления, влияющими на качество динамики процессов в замкнутой системе «химический реактор — управляющее устройство», являются постоянные времени Тп Тг. Время переходного процесса регулирования температуры определяется в соответствии с оценкой: тр »(4 -г 5)[г, + Т2\.

Условие асимптотической устойчивости замкнутой системы «химический реактор - управляющее устройство» в целом: Т, > 0, Г2 > 0.

Предложены два варианта реализации алгоритма (7), (10):

1 вариант. Осуществляется измерение всех переменных состояния объекта, текущие значения которых используются для расчета управляющего воздействия и (или строится наблюдатель при измерении части переменных состояния).

2 вариант. Измеряются только регулируемая переменная - х6 и температура хладоагента в рубашке - х1. Остальные переменные состояния, входящие в закон управления (7), (10), считаются не наблюдаемыми. Их значения при расчете управляющего воздействия принимаются постоянными и равными значениям этих переменных в статике.

Проведено исследование замкнутой системы «объект - управляющее устройство» методами имитационного моделирования, показавшее эффективность синтезированного нелинейного закона стабилизации температуры. На рис. 2, рис. 3 приведены примеры переходных процессов регулирования в замкнутой системе «химический реактор - нелинейная система управления» при воздействиях по различным каналам.

Т, МИН Т, мин

Рис. 2. Переходные процессы выходных переменных и управления при начальном отклонении переменных состояния от статики Ах" = -0.2х,°; 1-1 вариант реализации алгоритма; 2-2 вариант; Т, = Т2 - 6

50 100 150 200 250

Рис. 3. Переходные процессы выходных переменных и управления при ступенчатом возмущении по о, равном До, = -0.lt»,; 1-1 вариант реализации алгоритма; 2-2 вариант; Г, = Т2 = 15

Обнаружено, что при реализации второго варианта закона управления (7), (10) (при неполном наблюдении) в случае действия возмущений (см. рис. 3) имеется статическая ошибка регулирования температуры величиной Л™ = 2.3 (°С). В связи с этим, синтезирован астатический закон стабилизации температуры:

и_ (*, + ".) А(*б-*7) 9у, (/6+/?,*,) ду, (х6-х6)

Т,Ь,(х"-х-,) Ь1 (х" - х7) дх6 Ь,(х"-х7) дгх Ь, (х" - х-,)' (11) = [(*б -*6) + У,г,]/Г,Д +/„//?, +у,(х6-3с6)/Д>

где г, = у, - настроечный параметр, отвечающий за вклад инте-

0

тральной составляющей.

На рис. 4, рис. 5 приведены примеры переходных процессов регулирования в замкнутой системе «химический реактор - система управления» при использовании алгоритма (11) и различных входных воздействиях.

Результаты имитационного моделирования замкнутой системы «реактор-управляющее устройство» при использовании алгоритма (11) показали инвариантность системы к возмущениям, ковариантность с задающим воздействием, асимптотическую устойчивость в целом, грубость и отсутствие статической ошибки управления при доступности измерению только величины х6.

Рис. 4. Переходные процессы выходных переменных и управления при ступенчатом возмущении по о, равном До, =-0.1о,; 1 — 1 вариант реализации алгоритма; 2-2 вариант; Г, =Т2 =15, у, = 0.1

100 150 200 250

Рис. 5. Переходные процессы выходных переменных и управления при ступенчатом изменении задающего воздействия по температуре; 1, 2 - Л*6 = +0.1х6;

3, 4 - Лх-6 = -0.1*6; 1, 3 - 1 вариант реализации алгоритма; 2, 4 - 2 вариант;

Т, =Тг =15, г, =0.1

На рис. 6 приведены проекции фазового портрета замкнутой системы «объект-управляющее устройство» на плоскость х6 х7, иллюстрирующие процесс движения ИТ из некоторых начальных положений в фазовом пространстве к многообразию ц/г = 0 при реализации обоих вариантов алгоритма управления (7), (10). Фазовые портреты (рис. 6) подтверждают асимптотическую устойчивость замкнутой системы в целом.

*<,. "с

80 85 90 95 100 105 ПО 115 120 125

<•) X,,'С

Рис. 6. Проекции фазового портрета замкнутой системы на плоскость х6 х7 при реализации первого (а) и второго (б) вариантов алгоритма (7), (10); Тх = Т, = 15

В работе методом АКАР также получен в аналитическом виде нелинейный закон стабилизации концентрации целевого компонента.

Решена более общая задача синергетического синтеза векторной системы управления реактором. Методом АКАР получен в аналитической форме астатический закон векторного управления концентрацией и температурой, который здесь не приводится из-за его обширности.

Предложен оригинальный метод аналитического синтеза нелинейной системы управления концентрацией целевого компонента в каскаде химических реакторов, функционирующих в изотермическом тепловом режиме.

Таким образом, методами синергетической теории управления решена в нелинейной постановке задача аналитического синтеза законов стабилизации температуры и концентрации в химическом реакторе. Метод АКАР позволяет решать задачу управления в нелинейной постановке с учетом индивидуальных особенностей химических реакторов. Это указывает на перспективность синер-

гетического подхода для конструирования новых классов замкнутых систем «реактор - система управления».

В главе 4 методом АЬСАР получен векторный нелинейный закон управления процессом перехода реактора с одной производительности С = х4и на другую производительность й = х4и. Предложенный алгоритм управления реализует следующие задачи: стабилизация концентрации целевого компонента на заданном уровне; стабилизация температурного режима в аппарате; управление объемом реакционной смеси с целью обеспечения заданного времени пребывания (г).

Для решения поставленной задачи математическая модель реактора (2) дополнена уравнением <&5/с/г = ц + и2 - и , описывающим изменение объема реакционной смеси в аппарате. Предложены несколько вариантов постановки и решения задачи синергетического синтеза алгоритмов управления исследуемым объектом, отличающихся выбором каналов управления.

Так, методом АКАР на основе параллельно-последовательной совокупности инвариантных многообразий путем введения в рассмотрение макропеременных I/, =х, ц/г = (х5 + г,(х6,г3) на первом шаге и макропеременных ц/4 - (х4 + у/5 ~ (*<, - + на втором шаге, получен астатический векторный закон трехканального управления концентрацией, температурой и объемом:

+ )*5 + 5г, (/?4дг, -хли) ду, (х4-х4)х5

Т,х" х" х"' дх4 х" дгх х"

Эг

8х.

ТМх-'-х,) Ь(х" -х7)

хьЬ(х" -х7) х5Ь(х" - хп) х5й(х" - х1) Ь(х" - х7) х^Ь(х" - х-,)

(*б~*б) . ^ _ (*< + , М*4-*<) .

дг, Ь(х" - х-,)' ' Г4(к2х,-кух4) х5{к2х! -к,х4) (к2хг-к,х4)'

_ [(х6-х6) + щх"] и2х"2 Цх6 У,(хл-хл)х,

(12)

Тьр^т № Д/гг

где и,=о,; «д=иг; «,=«„; Ь = ИУа\ р,=Кт1{рС)\

г2 = |(х5-х5)с/г; г, = |(х6-х6)г/г; /, = а,к,х2 + агк2х, + агкгх4;

ООО

а, =ДЯ,/(рС), / = 1,...,3; Г(, 1 = 1,...,5, у,, / = 1,...,3 - параметры настройки.

Предложено два варианта реализации закона (12): 1 вариант — осуществляется измерение всех переменных состояния объекта; 2 вариант - измеряются только регулируемые переменные - х4, х5, х6 и х7. Значения остальных переменных состояния при расчете управлений равны значениям в статике.

На рис. 7, демонстрирующем процесс перевода аппарата на новую производительность О , также представлен вариант, когда этот процесс осуществляется в ручном режиме.

200 300 400 500 т, мин

Рис. 7. Переходные процессы выходных переменных и управлений при изменении производительности аппарата путем изменения нагрузки ди = -0.1гТ; х5 = 450 (л); 1-1 вариант реализации алгоритма; 2 — ручной режим перевода

0 . . 100 200 300 400 500 0 100 200 300 400 500 О 100 200 300 400 500

Г, МИН I, МИН I, мин

Рис. 8. Переходные процессы выходных переменных и управлений при изменении производительности аппарата путем изменения задающего воздействия по концентрации Дх4 = -0.1х4; 1 - 1 вариант реализации алгоритма; 2-2 вариант

Из рис. 7, рис. 8 следует, что большим преимуществом автоматического способа перевода аппарата на новую производительность является отсутствие перерегулирования по концентрации целевого компонента, что позволяет экономить ресурсы.

На рис. 9 приведен фазовый портрет замкнутой системы «реактор-управляющее устройство», иллюстрирующий процесс движения ИТ из некоторых начальных положений в фазовом пространстве к пересечению многообразий {¡/г= 0, (г/4 = 0, (е5=0. На рис. 10 показан характер изменения макропеременных ц/п I = 1,...,5 во времени при начальном отклонении переменных состояния от статики &х° = -0.2х°. Из рис. 9, рис. 10 следует, что замкнутая система устойчива в целом.

т, мин

Рис. 9. Фазовый портрет замкнутой Рис. 10. Характер изменения

системы «реактор-управляющее устройство» макропеременных во времени

Результаты имитационного моделирования замкнутой системы «реактор-управляющее устройство» показали возможность автоматического перевода реакторной системы с режима на режим, инвариантность к возмущениям, ковариантность с задающими воздействиями по концентрации, температуре и объему, асимптотическую устойчивость системы в целом, грубость.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены варианты топологической структуры системы управления жид-кофазным химическим реактором непрерывного действия для различных вариантов наблюдения объекта, обеспечивающие управляемость в пространстве состояний или управляемость в пространстве выходных переменных и стабилизируемость системы.

2. Решена задача аналитического синтеза нелинейных законов управления жидкофазным химическим реактором (нелинейным многомерным объектом) методами теории синергетического управления, обеспечивающих: стабилизацию температуры процесса или концентрации целевого вещества; стабилизацию температуры и концентрации целевого компонента.

3. Решена задача синергетического синтеза алгоритма управления процессом перевода жидкофазного химического реактора непрерывного действия с одной производительности на другую (с режима на режим).

4. Синтезирован нелинейный закон автоматической стабилизации концентрации целевого компонента в каскаде реакторов, работающих в изотермическом режиме с использованием синергетической теории управления.

5. Предложен программно-технический комплекс на базе промышленного микропроцессорного контроллера для исследования и имитационного моделирования комплекса «химический реактор - управляющая подсистема».

6. Проведено исследование комплекса «жидкофазный химический реактор для проведения многопродуктовых последовательно-параллельных реакций — управляющая подсистема».. Показано, что замкнутая система обладает свойством асимптотической устойчивости в целом, инвариантна к действию па-

и>

о

раметрических и сигнальных возмущений, ковариантна с задающими воздействиями, обладает свойством параметрической грубости.

7. Внедрение разработанных нелинейных алгоритмов управления жидкофаз-ными химическими реакторами непрерывного действия позволит реализовать гибкие кибернетически организованные ХТС.

8. Предложенная методика аналитического синтеза законов управления жид-кофазными химическими реакторами непрерывного типа может быть использована для решения аналогичных задач с другими объектами.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

Статьи в ведущих рецензируемых научно-технических журналах:

1. Лабутин, А.Н. Синергетический синтез системы управления химическим реактором / А Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын // Изв. вузов. Химия и хим. технология. - 2012. - Т. 55. - Вып. 11. - С. 104107.

2. Лабутин, А.Н. Управление химическим реактором в условиях изменения спроса на продукцию / А Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын // Изв. вузов. Серия "Экономика, финансы и управление производством". - 2012. - № 3. - С. 122-129.

3. Лабутин, А.Н. Синергетический синтез регулятора концентрации целевого компонента в каскаде химических реакторов / А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын // Изв. вузов. Серия "Экономика, финансы и управление производством". - 2011. - № 3. - С. 86-92.

Другие публикации:

4. Лабутин, А.Н. Синергетический синтез системы управления химическим реактором / А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын, Т.В. Лабутина // Technical transactions. Mechanics. - 2012. - Issue 6. - Year 109.-P. 233-242.

5. Невиницын, В.Ю. Синтез системы управления химическим реактором для реализации последова-тельно-параплельных реакций / В.Ю. Невиницын, А.Н. Лабутин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-25: сб. трудов XXV Междунар. науч. конф.: в 10 т. Т. 4. Секция 13 / под общ. ред. А.А. Большакова. - Волгоград: Волгогр. гос. техн. ун-т, 2012. - С. 151-154.

6. Невиницын, В.Ю. Синтез регулятора концентрации целевого компонента в каскаде химических реакторов / В.Ю. Невиницын, А.Н. Лабутин // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-24: сб. трудов XXIV Междунар. науч. конф. / под общ. ред. А.А. Большакова. - Саратов: Саратов, гос. техн. ун-т, 2011. - С. 93-95.

7. Невиницын, В.Ю. Синергетический синтез системы векторного управления химическим реактором емкостного типа / В.Ю. Невиницын, А.Н. Лабутин // Современные техника и технологии: сборник трудов XVIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых: в 3 т. Т. 2. Секция 7. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012 - С. 367-368.

8. Невиницын, В.Ю. Синтез системы управления химическим реактором на основе синергетическо-го подхода / В.Ю. Невиницын, А.Н. Лабутин // Тезисы докладов 65-й всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием. Часть 1.-Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2012. - С. 310.

Подписано в печать 27.12.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл.печ.л. 1,00. Уч.-изд.л. 1,03. Тираж 100 экз. Заказ 3075

ФГБОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ФГБОУ ВПО «ИГХТУ» 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7

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 программно-технических 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.

Актуальность темы. Основополагающей концепцией разработки современных производственных процессов является концепция создания кибернетически организованных химико-технологических процессов (ХТП) и систем, обоснованная академиком В.В. Кафаровым. Реализацией данной концепции является методология интегрированного проектирования гибких ХТП и систем, предполагающая совместное решение задач анализа и оптимального синтеза ХТП и синтеза системы управления объектом.

Вопросам анализа, проектирования и оптимизации реакторов и реакторных систем посвящено значительное число исследований отечественных и зарубежных ученых. Существенные научные и практически важные результаты получены в работах профессоров Г.М. Островского, JI.C. Гордеева, B.C. Бескова, В.Н. Писаренко, А.Ф. Егорова, С.И. Дворецкого и др. Существенно скромнее обстоит дело с решением задачи синтеза систем управления реакторами на стадии проектирования, цель функционирования которых заключается в стабилизации оптимального режима работы объекта или в управлении процессом его перехода с одной производительности на другую производительность. Это обусловлено чрезвычайной сложностью данной задачи в виду того, что химический реактор является нелинейным, многомерным, многосвязным объектом. Большинство исследователей пытаются решать эту задачу на базе теории линейных систем управления, что не приводит к существенным успехам в условиях значительного изменения режимных и технологических параметров.

По мнению академика A.A. Красовского, выходом из данной ситуации является развитие физической теории управления и в частности синергетиче-ской теории управления, основные положения которой сформулированы проф. A.A. Колесниковым.

Повышение требований к качеству работы реакторов - устойчивости, надежности, расширение их функциональных возможностей обусловливают актуальность и необходимость поиска путей совершенствования процессов управления химическими реакторами. Выше изложенное обусловливает актуальность постановки и решения задачи разработки нелинейных законов управления химическими реакторами и синтеза гибких комплексов «химический реактор - управляющая подсистема».

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)» по проекту №2.1.2/13804 «Теоретические основы высокоинтенсивных энерго- и ресурсосберегающих гетерогенных процессов, реакторных систем в нанотехнологиях получения новых материалов и веществ».

Объектом исследования является комплекс «жидкофазный химический реактор непрерывного действия для проведения многопродуктовых последовательно-параллельных реакций - управляющая подсистема».

Предмет исследования. Системный анализ реактора как объекта управления, методы и алгоритмы управления нелинейным многомерным объектом.

Цель работы. Решение прикладных задач синергетического синтеза нелинейных законов управления химическим реактором, обеспечивающих эффективное функционирование комплекса «реактор - управляющая подсистема» в условиях действия возмущений.

Методы исследований. Методы системного анализа, оптимизации и вычислительного эксперимента, методы синергетики и теории управления.

Обоснованность научных положений и достоверность результатов исследований подтверждается согласованностью результатов теоретических исследований и компьютерного моделирования синтезированных замкнутых систем управления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на 24 и 25 Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ), г. Саратов, 2011 г., г. Волгоград, 2012 г.; на 65 всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и магистрантов высших учебных заведений с международным участием, г. Ярославль, 2012 г.; на XVIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии», г. Томск, 2012 г.; на X Международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания промышленной аппаратуры», г. Краков, 2012 г.

Публикации. Материалы, отражающие основное содержание диссертации, опубликованы в 8 научных работах, в том числе 3 статьи в ведущих рецензируемых журналах, утвержденных ВАК.

Личный вклад автора. Результаты работы получены Невиницы-ным В.Ю. лично под руководством д.т.н., проф. Лабутина А.Н.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов работы, списка цитируемой литературы из 151 наименования, содержание изложено на 148 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков, 1 таблицу.

Основные результаты работы

1. Определены варианты топологической структуры системы управления жид-кофазным химическим реактором непрерывного действия для различных вариантов наблюдения объекта, обеспечивающие управляемость в пространстве состояний или управляемость в пространстве выходных переменных и стабилизируемость системы.

2. Решена задача аналитического синтеза нелинейных законов управления жидкофазным химическим реактором (нелинейным многомерным объектом) методами теории синергетического управления, обеспечивающих: стабилизацию температуры процесса или концентрации целевого вещества; стабилизацию температуры и концентрации целевого компонента.

3. Решена задача синергетического синтеза алгоритма управления процессом перевода жидкофазного химического реактора непрерывного действия с одной производительности на другую (с режима на режим).

4. Синтезирован нелинейный закон автоматической стабилизации концентрации целевого компонента в каскаде реакторов, работающих в изотермическом режиме с использованием синергетической теории управления.

5. Предложен программно-технический комплекс на базе промышленного микропроцессорного контроллера для исследования и имитационного моделирования комплекса «химический реактор - управляющая подсистема».

6. Проведено исследование комплекса «жидкофазный химический реактор для проведения многопродуктовых последовательно-параллельных реакций -управляющая подсистема». Показано, что замкнутая система обладает свойством асимптотической устойчивости в целом, инвариантна к действию параметрических и сигнальных возмущений, ковариантна с задающими воздействиями, обладает свойством параметрической грубости.

7. Внедрение разработанных нелинейных алгоритмов управления жидкофаз-ными химическими реакторами непрерывного действия позволит реализовать гибкие кибернетически организованные ХТС.

8. Предложенная методика аналитического синтеза законов управления жид-кофазными химическими реакторами непрерывного типа может быть использована для решения аналогичных задач с другими объектами.

1. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М.: Химия, 1969. - 624 с."

2. Бесков B.C. Общая химическая технология и основы промышленной экологии: Учебник для вузов. М.: Химия, 1999. - 472 с.

3. Бесков B.C., Флокк В. Моделирование каталитических процессов и реакторов. М. : Химия, 1991. - 256 с.

4. Кутепов A.M. и др. Общая химическая технология: Учеб. для вузов / A.M. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен. 3-е изд., перераб. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 528 с.

5. Вейлас С. Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов. М.: Химия, 1967.-414 с.

6. Арис Р. Анализ процессов в химических реакторах. Л.: Химия, 1967. - 328 с.

7. Машины и аппараты химических производств: Учебное пособие для вузов / A.C. Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев и др. / Под общей редакцией A.C. Тимонина. Калуга: Издательство Н.Ф. Бочкаревой, 2008. -872 с.

8. Тимофеев B.C. Принципы технологии основного органического и нефтехимического синтеза: Учеб. пособие для вузов / B.C. Тимофеев, Л.А. Серафимов. М.: Высш. шк., 2003. - 536 с.

9. Дидушинский Я. Основы проектирования каталитических реакторов / Под ред. чл.-корр. АНСССР М.Г. Слинько и к.х.н. Г.С. Яблонского. М.: Химия, 1972.-376 с.

10. Основы проектирования химических производств: Учебник для вузов / Под ред. А.И. Михайличенко. М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. - 332 с.

11. Иоффе И.И., Письмен Л.М. Инженерная химия гетерогенного катализа. Л.: Химия, 1972.-464 с.

12. Новый справочник химика и технолога. Процессы и аппараты химических технологий. Ч. И. / Под ред. Г.М. Островского. СПб.: НПО «Профессионал», 2006.-916 с.

13. Н.Лебедев H.H. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. 4-е изд. М.: Химия, 1988. - 592 с.

14. Лабутин А.Н. Оптимальный синтез гибкой реакторной системы / А.Н. Лабу-тин, А.Е. Исаенков, Г.В. Волкова // Изв. вузов. Химия и хим. технология. -2010. Т. 53, вып. 12. - С. 125-127.

15. Лабутин А.Н. Режимно-технологическая оптимизация многопродуктовых реакторных систем непрерывного типа / А.Н. Лабутин, П.В. Гриневич, Р.Л. Хализов, М.Е. Сучков // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999. - Т. 42, вып. З.-С. 139-141.

16. Лабутин А.Н. Оптимизация гибких многопродуктовых реакторных систем непрерывного типа // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1999. - Т. 42, вып. 1.-С. 117-122.

17. Лабутин А.Н. Анализ и оптимальный синтез многопродуктовых реакторных систем: Дис. . докт. техн. наук. Иваново, 1999. - 402 с.

18. Лебедев H.H., Манаков М.Н., Швец В.Ф. Теория технологических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1975. -478 с.

19. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1976. - 676 с.

20. Гордеев Л.С. Жидкофазные химические реакторы // Итоги науки и техники «Процессы и аппараты химической технологии». М.: ВИНИТИ, 1976. - Т. 4.-С. 82-166.

21. Писаренко В.М. Идентификация математических моделей химических реакторов // Итоги науки и техники «Процессы и аппараты химической технологии». М.: ВИНИТИ, 1981. - Т. 9. - С. 3-86.

22. Химико-технологические системы. Синтез, оптимизация и управление / Под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 1986. - 424 с.

23. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. 4 изд. перераб. и доп. - М.: Химия, 1985. - 448 с.

24. Егоров А.Ф. Принципы и стратегия гибкого управления многоассортиментными химическими производствами в условиях неопределенности: Автореф. дис. . д-ра. техн. наук. М., 1995. - 36 с.

25. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. М.: Наука, 1976. - 500 с.

26. Кафаров В.В., Мешалкин В.П., Петров В.Л. Математические основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Химия, 1979. -320 с.

27. Grossman I.E., Morari М. Operability, resilience and flexibility process design objectives for changing world // Proceedings of Second International Conference Foundations of Computer aided process design. Snowmass Village, Colorado, 1983.

28. Островский Г.М., Волин Ю.М. Оптимальное проектирование гибких химико-технологических процессов // Доклады Академии наук. 1993. - Т. 331. -С. 326-328.

29. Бодров В.И., Дворецкий С.И. Стратегия синтеза гибких автоматизированных химико-технологических систем // Теоретические основы химической технологии. 1991. - Т. 25, № 5. - С. 716-730.

30. Бодров В.И., Дворецкий С.И., Дворецкий Д.С. Оптимальное проектирование энерго- и ресурсосберегающих процессов и аппаратов химической технологии // Теоретические основы химической технологии. 1997. - Т. 31, № 5. -С. 542-548.

31. Лабутин А.Н. Анализ и оптимальный синтез гибких многопродуктовых реакторных систем // Сб. докл. III Международной конференции "Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования". Иваново, 1997.-С. 110-119.

32. Лабутин А.Н. Оперативное управление гибкой многопродуктовой реакторной системой. // Межвуз. сб. научн. тр. "Проблемы экономики, финансов и управления производством". Иваново, 1998. - Вып. 2. - С. 321-334.

33. Гриневич П.В, Лабутин А.Н. Структурно-технологическая оптимизация многопродуктовых реакторных систем непрерывного типа // Тез. докл. международной конф. "КХТП-V". Казань, 1999. - С. 19-20.

34. Головушкин Б.А.,- Лабутин А.Н., Поздняков А.Б. Оптимизация процесса получения полиэтиленгликолей. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. -1996. Т. 39, вып. 4-5. - С. 164-167.

35. Шаргородский М.А., Гордеев Л.С., Грошев Г.Л., Лабутин А.Н. Моделирование кинетики реакции некаталитической гидратации оксида этилена // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1986. - Т. 29, вып. 10. - С. 136-139.

36. Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Постановка задач и проблемы интегрированного проектирования гибких автоматизированных химико-технологических процессов при наличии неопределенности. 4.1 // Вестник ТГТУ. 2003. - Т. 9, №3. - С. 360-381

37. Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Интегрированное проектирование гибких автоматизированных химико-технологических процессов при наличии неопределенности. 4.2. // Вестник ТГТУ. 2004. - Т. 10, №2. - С. 379-396

38. Дворецкий Д.С., Дворецкий С.И. Методология интегрированного синтеза энерго- и ресурсосберегающих ХТС // Вестник ТГТУ. 2008. - Т. 14, №4. -С. 755-772

39. Дворецкий Д.С. Новые подходы к интегрированному синтезу гибких автоматизированных химико-технологических систем / Д.С. Дворецкий, С.И. Дворецкий, C.B. Мищенко, Г.М. Островский // Теоретические основы химической технологии. 2010. - Т. 44, №1. - С. 69-77

40. Дворецкий Д.С. Новый подход к оптимальному проектированию промышленных аппаратов химической технологии / Д.С. Дворецкий, С.И. Дворецкий, Г.М. Островский, Б.Б. Поляков // Теоретические основы химической технологии. -2012. Т. 46, №5. - С. 501-510.

41. Дворецкий Д.С. Методология интегрированного проектирования гибких химико-технологических систем (на примере непрерывных и периодических процессов малотоннажных химических производств): Автореф. дис. . докт. техн. наук. Тамбов, 2012. - 30 с.

42. Балакирев B.C. Современные методы и задачи автоматизации химико-технологических процессов // Сб. «Инженерно-химическая наука для передовых технологий». М.: ГНЦ РФ НИФХИ им. Л.Я. Карпова, 1999. - С. 389404.

43. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов / Под ред. Е.Г. Дудникова. М.: Химия, 1987. - 368 с.

44. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ. М.: Мир, 1983.-368 с.

45. Kaur G., Kaur R. A comparative study of performance of different control architectures for reactor system // International Journal of Computer Applications. -2012.-Vol. 41, No. 11.-P. 36-39.

46. Aslam F., Kaur G. Comparative analysis of conventional, P, PI, PID and fuzzy logic controllers for the efficient control of concentration in CSTR // International Journal of Computer Applications. 2011. - Vol. 17, No.6. - P. 12-16.

47. Krishna D., Suryanarayana K., Aparna G., Sree R.P. Tuning of PID controllers for unstable continuous stirred tank reactors // International Journal of Applied Science and Engineering.-2012.-Vol. 10,No. l.-P. 1-18.

48. Алексеенков С.Г. Управление химическим реактором с использованием нелинейного наблюдателя / С.Г. Алексеенков, С.Б. Ткачёв // Нелинейная динамика и управление: сборник статей. Вып. 3. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - С. 179-190.

49. Кван Н.В., Семичевская Н.П. Нелинейное робастное управление двухэтап-ным химическим реактором // Информатика и системы управления. 2011. -№4(30).-С. 133-141.

50. Dostal P., Bakosova М., Bobal V. An approach to adaptive control of a CSTR // Chemical Papers. 2004. - Vol. 58, issue 3. - P. 184-190.

51. Upadhyay R., Singla R. Analysis of CSTR temperature control with adaptive and PID controller (A Comparative Study) // International Journal of Engineering and Technology. 2010. - Vol. 2, No. 5. - P. 453-458.

52. Vojtesek J., Dostal P. Use of MATLAB Environment for Simulation and Control of CSTR // International journal of mathematics and computers in simulation. -2011. Vol. 5, issue 6. - P.528-535.

53. Dostal P., Vojtesek J., Bobal V., Babik Z. 2DOF adaptive control of a tubular chemical reactor // Proceedings of the 5th International Conference on Circuits, Systems and Signals. 2011. - P. 39-44.

54. Guo B., Jiang A., Hua X., Jutan A. Nonlinear adaptive control for multivariable chemical processes // Chemical Engineering Science. 2001. - Vol. 56. - P. 6781-6791.

55. Soukkou A., Khellaf A., Leulmi S. and Boudeghdegh K. Optimal control of a CSTR process // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2008. - Vol. 25, No. 04.-P. 799-812.

56. Vaneshani S., Jazayeri-Rad H. Optimized fuzzy control by particle swarm optimization technique for control of CSTR // World academy of science, engineering and technology. 2011. - Issue 59. - P. 686-691.

57. Alipoor M., Zeinali M., Yazdi H.S. Fuzzy temperature control in a batch polymerization reactor using ANFIS method // International Journal of Engineering and Technology. 2009. - Vol. 1, No. 1. - P. 7-12.

58. Anuradha D.B., Reddy G.P., Murthy J.S.N. Direct Inverse Neural Network Control of A Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) // Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists. 2009. - Vol. II. -P. 1352-1356.

59. Kalhoodashti H.E. Concentration control of CSTR using NNAPC // International Journal of Computer Applications. 2011. - Vol. 26, No. 6. - P. 34-38.

60. Nikravesh M., Farell A.E., Stanford T.G. Control of nonisothermal CSTR with time varying parameters via dynamic neural network control (DNNC) // Chemical Engineering Journal. 2000. - Vol. 76. - P. 1-16.

61. Araromi D.O., Afolabi T.J., Aloko D. Neural Network Control of CSTR for Reversible Reaction Using Reference Model Approach // Leonardo Journal of Sciences. 2007. - Issue 10. - P. 25-40.

62. Vasickaninova A., .Bakosova M. Neural network predictive control of a chemical reactor // Acta Chimica Slovaca. 2009. - Vol. 2, No.2. - P. 21-36.

63. Софиев А.Э., Шауро B.C. Применение вибрационного управления для химико-технологических объектов // Труды международной конференции «Программные системы: теория и приложения». М.: Физматлит, 2004. - С. 475490.

64. Rouchon P. Vibrational control and flatness of chemical reactors // In CESA'96 IMACS Multiconference. 1996. - P. 211-212.

65. Mikles J., Cirka I!., Fikar M. H2 optimal control of a chemical reactor // V Proceedings of the 11th IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation, NTU Athens, Rhodos (Greece). 2003.

66. Boskovic D.M., Krstic M. Backstepping control of chemical tubular reactors // Computers and Chemical Engineering. 2002. - Vol. 26, Number 7. - P. 10771085.

67. Gopaluni R.B., Mizumoto I., Shah S.L. A robust nonlinear adaptive backstepping controller for a CSTR // Ind. Eng. Chem. Res. (Industrial & engineering chemistry research) 2003. - Vol. 42., No. 20 - P. 4628-4644.

68. Dochain D., Perrier M. Adaptive backstepping nonlinear control of bioprocesses // Proc. ADCHEM 2003, 7 International Symposium on Advanced Control of Chemical Processes, Hong Kong, 11-14 January 2004. P. 77-82.

69. Мамонтов И.Н. Разработка алгоритмов оптимального проектирования автоматизированных химико-технологических установок (на примере реакторных систем диазотирования): Автореф. дис. . канд. техн. наук. Тамбов, 1999.-16 с.

70. Дворецкий Д.С. Методы и алгоритмы интегрированного проектирования гибких химических процессов, аппаратов и систем управления многоассортиментных химических производств: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Тамбов, 2001.- 17 с.

71. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Пушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза: Учеб. для вузов. 2-е изд. - М.: Химия, 1985. - 608 с.

72. Швец В.Ф., Цивинский Д.Н. Кинетика реакции оксиэтилирования спиртов в бинарных смесях спирт-окись этилена // Кинетика и катализ. 1981. - Т. 22. -С. 1192-1199.

73. Швец В.Ф., Цивинский Д.Н. Кинетика оксиэтилирования спиртов в избытке окиси этилена // Химическая промышленность. 1978. - №5. - С. 330-332.

74. Красовский А.А. Развитие и становление современной теории управления // Синергетика и проблемы теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. С. 13-34.

75. Красовский А.А. Некоторые актуальные проблемы науки управления // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1996. - №6. - С. 8-16.

76. Петров Ю.П. Очерки истории теории управления. СПб.: БХВ-Петербург, 2012.-272 с.

77. Колесников А.А. Проблемы теории аналитического конструирования нелинейных регуляторов и синергетический подход // Синергетика и проблемы теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. -С. 35-129.

78. Колесников А.А. Синергетическая теория управления. М.: Энергоатомиз-дат, 1994.-344 с.

79. Теряев Е.Д. Шамриков Б.М. Цифровые системы и поэтапное адаптивное управление. М.: Наука, 1999. - 330 с.

80. Фрадков А.Л. Адаптивное управление в сложных системах: беспоисковые методы. М.: Наука, 1990. - 286 с.

81. Петров Б.Н. и др. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. М.: Машиностроение, 1972. - 260 с.

82. Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 348 с.

83. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления: Учебник / Под. ред. Н.Д. Егупова; издание 2-е, стереотипное. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 744 с.

84. Летов. А.М. Аналитическое конструирование регуляторов. I-V // Автоматика и телемеханика. -' 1960. №4-6; 1961. - №4; 1962. - № 11.

85. Kalman R. Contributions to the theory of optimal control // Bol. Soc. Mat. Mexicana. 1960. - Vol. 5, P. 102-119.

86. Ловчаков В.И. и др. Оптимальное управление электротехническими объектами / В.И. Ловчаков, Б.В. Сухинин, В.В. Сурков. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - 149 с.

87. Колесников А.А., Веселов Г.Е., Попов А.Н., Колесников Ал.А., Кузьменко А.А. Синергетическое управление нелинейными электромеханическими системами. М.: Фирма «Испо-Сервис», 2000. - 248 с.

88. Колесников A.A. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза. М.: Едиториал УРСС, 2005. - 240 с.

89. Синергетические методы управления сложными системами: механические и электромеханические системы / Под общей редакцией А. А. Колесникова. М.: Едиториал УРСС, 2005. - 304 с.

90. Синергетические методы управления сложными системами: энергетические системы / Под общей редакцией А. А. Колесникова. М.: Едиториал УРСС, 2005.-224 с.

91. Веселов Г.Е., Радионов И.А. Синергетическая система управления тяговым электроприводом // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. - №5. -С. 42-47.

92. Радионов И.А. Применение синергетического подхода при формировании момента в системе «тяговый привод колесная пара - путь» // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - №4. - С. 182-186.

93. Попов А.Н. Синергетический синтез систем энергосберегающего управления электромеханическими процессами // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 74-84.

94. Радионов И.А. Синергетический синтез векторной системы управления асинхронным электроприводом // Известия ЮФУ. Технические науки. -2011.-№6.-С. 246-255.

95. Попов А.Н. Синергетические законы управления электроприводом постоянного тока: стабилизация, позиционирование, слежение, энергосбережение // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 121-148.

96. Глазунов В.Ф., Репин A.A. Адаптивно-синергетическое управление бесконтактным синхронным электродвигателем // Известия ТРТУ. 2006. — №6. -С. 158-173.

97. Веселов Г.Е., Занорин С., Осташин A.A., Балабаев Р.И. Синергетическое управление электрическими рулевыми приводами // Известия ТРТУ. 2006.- №6. С. 254-263.

98. Веселов Г.Е., Бокатая О.Н. Синергетическое управление бесфрикционным приемно-намоточным механизмом // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 173-180.

99. Платонов Е.А. Синергетический синтез робастного управления асинхронными электроприводами // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 180-191.

100. Геложе Ю.А., Клименко П.П., Максимов A.B. Управление процессами в нелинейном автопилоте // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. - №5.- С. 80-84.

101. Колесников A.A., Кобзев В.А., Никитин А.И. Синергетический синтез законов векторного управления системы автоматической посадки самолета // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 125-139.

102. Мотиенко Т.А. Синергетический синтез систем иерархического управления легким самолетом // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. -С. 140-152.

103. Воронков О.Ю. Синергетический синтез иерархической системы балансировки «Аэромобиля» с асимптотическим наблюдателем гармонических возмущений // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 153161.

104. Фоменко A.A. Синергетический синтез законов векторного управления пространственным движением беспилотного летательного аппарата // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 162-170.

105. Воронков О.Ю. Синергетический синтез иерархической системы управления «Аэромобилем» в режиме балансировки // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №5. - С. 55-60.

106. Мотиенко Т.А. Синергетический синтез астатических законов управления движением летательных аппаратов // Известия ЮФУ. Технические науки. -2011.-№5.-С. 124-128.

107. Мушенко A.C. Синергетический синтез законов взаимосвязанного управления продольным движением летательных аппаратов // Известия ТРТУ. -2006. №6. - С. 222-226.

108. Кобзев В.А. Синергетический метод аналитического конструирования систем иерархического управления летательными аппаратами // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 226-238.

109. Кобзев В.А., Никитин А.И. Синергетический синтез системы управления углом хода гидросамолета при движениии по воде в режиме глиссирования // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 239-246.

110. Веселов Г.Е., Никифоров A.M. Синергетическое управление системой «колесо-двигатель» электромобиля // Известия ЮФУ. Технические науки. -2011.-№6.-С. 101-110.

111. Веселов Г.Е., Скляров A.A., Скляров С.А. Синергетическое управление траекторным движением гусеничного робота / Известия ЮФУ. Технические науки.-2012,-№4.-С. 187-193.

112. Веселов Т.Е. Проблема синтеза иерархических стратегий группового управления робототехническими системами // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 41-49.

113. Скляров A.A., Скляров С.А. Синергетическое управление мобильным роботом с гусеничным шасси // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. -№6.-С. 118-125.

114. Колесников A.A., Веселов Г.Е. Синергетический принцип иерархизации и аналитический синтез регуляторов взаимосвязанных электромеханических систем // Известия ТРТУ. 2001. - №5. - С. 80-99.

115. Погорелов М.Е., Осташин A.A. Синергетический синтез системы управления котлоагрегатом при неполностью измеряемом векторе состояния // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 202-211.

116. Погорелов М.Е. Система взаимосвязанного управления блоком барабанный котел-турбина // Известия ТРТУ. 2003. - №1. - С. 50-50.

117. Погорелов М.Е. Синергетическое управление барабанным паровым котлом // Известия ТРТУ. 2002. - №1. - С. 62-63.

118. Погорелов М.Е. Система векторного управления паровым барабанным котлом // Известия ТРТУ. 2001. - №5. - С. 204-210.

119. Колесников A.A., Кузьменко A.A. Нелинейный синтез законов управления турбогенератором: интегральная адаптация // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. - №5. - С. 84-89.

120. Кузьменко A.A. Система управления частотой вращения гидротурбины: интегральная адаптация // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. - №4. -С. 175-181.

121. Кузьменко A.A. Синергетическая модификация традиционных законов управления турбогенераторами // Известия ТРТУ. 2006. - №6. - С. 191-202.

122. Попов А.Н. Синергетический синтез регуляторов для задач генерации колебательных режимов в технических системах // Известия ЮФУ. Технические науки. 2012. - №5. - С. 156-162.

123. И.Е. Хариш. Синергетический метод синтеза систем управления химическими реакторами периодического действия // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №6. - С. 94-100.

124. A.A. Колесников, И.Е. Хариш. Синтез и моделирование системы векторного управления расходом смеси химического объекта // Известия ЮФУ. Технические науки. 2011. - №5. - С. 15-21.

125. Ковалев П.А. Синтез законов управления техническими объектами с использованием естественных технологических инвариантов: Дис. . канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2000. - 169 с.

126. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. - 404 с.

127. Нелинейная динамика и термодинамика необратимых процессов в химии и химической технологии / Э.М. Кольцова, Ю.Д. Третьяков, JI.C. Гордеев, А.А. Вертегел. М.: Химия, 2001. - 408 с.

128. Кольцова Э.М., Гордеев JI.C. Методы синергетики в химии и химической технологии: Учебное пособие для вузов. М.: Химия, 1999. - 256 с.

129. Пригожин И. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках. М.: Наука, 1985. - 328 с.

130. Многофункциональный контроллер ТКМ410. Руководство по эксплуатации. М.: ЗАО ПК "Промконтроллер", 2005. - 92 с.

131. Программное обеспечение TeconOPC Server V. 2.4. Руководство оператора. М.: ЗАО ПК "Промконтроллер", 2006. - 93 с.

132. Справочник по теории автоматического управления / Под. ред. А.А. Кра-совского. М.: Наука, 1987. - 712.

133. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гре-бе, М.Э. Сальгадо. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. - 911 с.

134. Методы классической и современной теории автоматического управления; 2-е изд., перераб. и доп. Т. 4: Теория оптимизации систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова и Н.Д. Егупова. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 744 с.

135. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. М.: Наука, 1972.-578 с.

136. С.М. Корсаков-Богатков. Химические реакторы как объекты математического моделирования. М.: Химия, 1967. - 224 с.

137. Александров А.Г. Синтез регуляторов многомерных систем. М.: Машиностроение, 1986. - 272 с.

138. Савин М.М. Теория автоматического управления: Учеб. пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 469 с.

139. Гальперин М.В. Автоматическое управление: Учебник. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.-224 с.

140. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 296 с.