автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка адаптивной системы управления процессом приготовления товарных бензинов

Академия наук УкраТни р г ^нститут кибернетики 1меш В. М. Глушкова

На правах рукопису

АСТАПОВ Владислав Миколайович

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТА РОЗРОБКА АДАПТИВНО! СИСТЕМИ. КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСОМ ПРИГОТУВАННЯ ТОВАРНИХ БЕНЗИН1В

05.13.01 — керування в техтчних системах

Автореферат дисертацп на здобуття ученого ступеня кандидата техшчних наук

КиТв 1993

Дксертащя е рукописсм

Робота виконана в 1нституп ыбернетики 1меш В. М. Глуш-кова АН УкраТни 1 Куйбишевському СКВ «Нефтехимавтома-тика».

Науковий кер1вннк: доктор техшчних наук, професор БАКАН Г. М.

Офщ1йш опоненти: доктор техшчних наук, професор ВАСИЛЬЕВ В. I.,

кандидат техшчних наук, доцент РОМАНЕНКО В. Д.

Провщна оргашзащя: КиТвський уншерситет 1меш Т. Шевченка.

Захист вщбудеться 199З р. о №

год. на зааданш спещал1зованоТ учено! ради Д 016.45.04 при 1нститут1 шбернетики ¡меш В. М. Глушкова АН УкраТни за адресого:

252207 КиТв 207, проспект Академика Глушкова, 40.

3 дисертащею можна ознайомитися в науково-техшчному арх1в1 ¡нституту.

Автореферат розклашш -ШСЛ>т ^Ц- 19д>з р

Учений секретар спец1ал1зованоТ ученоТ ради

ГУБАР6В В. Ф.

Актуальн1сть теми. Процес компаундування Сэм!шування) товарных бензин!в е завершуючим та найб1льш в|дпов!дальним при формуванн1 не лише якост!, але й соб!вартост! товарно! продукт! та !нших економ!чних показник!в нафтопереробного п1дприемства.

Сучасна технолог1я компаундування являе собою неперервний технолоПчний процес: товарний бензин отримуеться в результат! зм!шування вх!дних компонента безпосередньо в одному потоц!.

0птим!зац1я процесу пов'язана з розв'язанням трьох основних задач:

- розрахунок оптимально! рецептури суы1ш1,

- реал!зац!я задано! рецептури за допомогою засоб!в автоматичного контрол!) та керування,

- адаптаЩя математично! модел! процесу до зы1нн зовн1шн!х

умов.

Точн!сть розрахунку та реал!зац!Т оптимально! рецептури сум!ш! !стотно залегать в!д математично! модел! процесу, що використовуеться.

Дос1 не 1снуе досить ун!версальних моделей, що можуть використовуватися в будь яких умовах. Модел1, но застосовуються на практиц!, як правило, працездатн1 у вузькому д!апазон! зм!ни характеристик зм!шуваних компонент!в та зовн!шн!х умов.

Iстотно розширити д!апазон для використання моделей дозволяпть, по-перше, використання моделей, теоретично адекватних процесов!, та, по-друге, перех!д до адг.лтивного принципу керування, коли одночасно з реал!зац]ео задано! рецептури сум!ш! розв'язуеться задача корекц!! параметр!в модел!.

Обидв! ц! можливост! суттево використан! в запропонсван!й робот!. При цьому параметри п!дстроювано! модел! розглядались як неоднозначно задан! величини, визначен! з точн!стю до ыножини 1х можливих реал1зац!й. В результат! виявилось ыожливим використовувати нестохастичний п!дх!д до процодури синтезу адаптивного керування процесом, що мае деяк! переваги пор!вняно з традиШйними методами теорн !мов!рностей.

Запропонована робота присвячена подальшому розвитку нестохастичного напрямку в теор1I систем адаптивного керування з параметрично п!дстровваною моделлп.

Мета роботи. Розробка та досл1дження математично! модел! технолог!чного процесу зм!шування бензинових фракШй, методу активног !дентиф!кац!1 при наявност! л!н!йних обыежень, з

- г -

використанням ел!псо!далышх ощнок множин можливих значень нев1домих параметр!в, створення комплексу техшчних засоб!в локально! адаптивно! системи керування технолог!чним процесом неперервного зм1шування р1дких нафтопродукт!в.

Методи досл1дкення. Основн! результати роботи отримано з використанням теорп розчин1в, а саме термодинам!чних функЩй, эалежних в!д властивоотей компонент!в даних розчин!в, метод!в теор!! автоматичного керування, л!н1йно! алгебри, теорп множин, метод!в розв'язання задач математичного програмування. Для отримання результат1в використовувалось математичне та ф!зичне натурне ыоделювання, проводились дссл!дно-лабораторн! випробування системи.

Наукова новизна. Наукова новизна робота полягае в такому:

- розроблено нову математичну модель технолог!чного процесу зм1шування бензинових фракц!й, де, зокрема, строго визначена нел!н!йна складова математично! модел!;

- поставлено задачу адаптивно! оптим1зацП технолог1чн^го процесу приготування товарних бензин!в;

- розроблено алгоритм розв'язання адаптивно! оптим!зац1йно1 задач! зм!шування бензин!в;

- розроблено алгоритм обчислювання вивчасчих добавок при л!н!йних обыекеннях на значения вх!дних зм!нних;

- розроблено комплекс техн!чних засоб!в адаптивно! системи неперервного зм!шування нафтопродукт!в з урахуванням св1тових тенденщй в розвитку пристро!в та систем керування технолог1чними процесами.

Новизну техн1чних пристро!в п!дтверджено патентами та авторськими св1доцтвами.

Практична ц1нн1сть. Розроблено математичну модель процесу зм1шування нафтопродукт!в ! проведено перетворення I! стосовно до виробничих умов. Розроблено блок-схему системи адаптвно! оптимЮацП процесу компаундування нафтопродукт!в, алгоритм 1дентиф!кац1! параметр!в математично! модел! 1 метод розв'язування задач1 нестохастично! !дентиф1кац!1 параметр1в дано! модел!.

Розроблен! модель та методи створили основу математичного ! програмного. забезпечення адаптивно! системи керування процесом приготування товарних бензин1в, побудовако! на баз! багатопроцесорного контролера "Интеграл-1АК".

Розроблено поточний автоматичний октанометр ! пристр!й дозування. Розроблено та внготовлено багатопроцесорний контролер "Интеграл-1АК".

Реал1заи1я результата роботи. ДисертаЩйну роботу виконано в процес! розробки теми 1нституту к!бернетики 1м. Глушкова АН УкраТни С.Г.Д. "Разработать и внедрить новое высокоэффективное математическое обеспечение адаптивного управления в АСУ ТП предприятий с непрерывной технологией а також в маках госпдогов!рно! теми ОТП 620-90 "Разработка и внедрение АСУ процессом смешения нефтепродуктов на базе многопроцессорного программируемого контроллера "Интеграл-1АК"" з ВО "Киришинефтеоргсинтез". Матер Гали дисертацП вшсористано при розробц! комплексу техн!чних засоб!в адаптивно! систем!! керування процесом зм1шування та при створенн! програшюго забезпечення дано! системи. Система пройшла досл!дн1 випробовування та п!дготовлена до впровадження. В додатку мютяться документа, що п!дтверджують реал!зац1п результат!в роботи.

Апробац1я роботи. Основн! результати допов1дались та обговорювались на зас!даннях сем!нару "Дискретные системы управления" Науково! ради АН Укра!ни з проблем» "Кибернетика" СКиГв, 1988 - 1991 pp.), на науково-техн!чн!й конференцИ "Применение вычислительной техники и математических методов в научных и экономических исследованиях" С Шацьк, 10-14 вересня 1991 р.)

Публ1кацН. За матер1алами дисертацП опубл!ковано 4 роботи та отримано 3 патента.

Структура та об'ем роботи. Дисертащя складаеться !з вступу, чотирьох роздШв, висновк1в, списку л!тератури С195 назв) та двох додатк!в. Робота шстить 150 стор!нок загально! нумерац!!, в тому числ1 120 стор!нок основного тексту, 16 рисунк!в, 1 таблице та 12 стор1нок додатк!в.

3MICT РОБОТИ

У вступ1 обгрунтовано актуальн!сть розв'язувано! проблеми, дано короткий огляд л!тератури по тем! дисертацП, сформульовано мету та основн! задач! роботи, в!дм!чен! наукова новизна, практична Щнн!сть та реал!зац!я II основних результат^, наведено короткий зм!ст дисертацП.

Перший роэд!л дисертацП присвячено пор!вняльному анал!зу Юнувчих систем приготування товарних бензин!в р1зних покол!иь в1тчиэняних та закордонних ф!рм. Дано огляд математичних моделей технолог!чного процесу зм1шування компонент!в товарних бензин!в та огляд метод!в адаптацИ математичних моделей.

Метою даного анал1эу с э!вставления роботи, проведено! в дисертацп, з! станом та науково-техн!чним р!внем под!бно! проблемы на сьогодн!шн!й день за кордоном та у в1тчизнян!й промисловост!.

У другому роэд!л1 на основ 1 метод!в теорп розчин!в, з вякористанням термодинам!чних функШй, залезших в!д властивостей компонент1в, розроблено математичну модель технолог!чного процесу зм!шування компонент!в товарних бензин!в.

Представлено основн! положения, що використовуються для математичного моделювання технолог1чного процесу зм!шування бензинових фракцШ. При цьому основною нормованою характеристикою бензиново! сум!ш! е октанове число. В загальному випадку воно нел1н1йио залегать ь!д октанових чисел зм!шуваних компонент!в.

Запропонована модель типу "склад-властив1сть" налегать до класу концептуальних моделей. Модель базусться на г!потез! под!бнос.т! залежност! антидетонаШйно! властивост1 бензиново! , сум!ш! в1д II складу до одного !з р!внянь стану, що використовуються в теорП розчин!в. Це дае -формальну п!дставу скористатися цими результатами для математичного моделювання технолог!чного процесу зм!шування бензинових фракщй.

Эапропоновано метод математичного моделювання термодинам1ки розчин!в.

Одн!ею 1з важливих задач теорП розчин!в с задача побудови явних анал!тичних залежностей термодинам!чних функЩй в!д властивостей компонента, ко складають ц! роз чини, та незалежних зм!нних: температури, тиску та числа мол!в компонент!в. Эвичайно в рол! термодинам!чних функЩй розглядають енерПю Пббса, ентротю, ентальп1ю, об'ем, енерПю Гельмгольаа, внутр1шню енерПю та теплоемнЮть. Нехай Ъ^ - 1-а термодикам!чна функц!я, тод! в загальному випадку можна записати

г^СИ.Р.П!.....г.н); 1=177, С1)

де Т - температура, Р - тиск, п^ - число мол!в 1-го компонента,

N - число компонент!в у розчин!, що розглядаеться. Явний вигляд

функц!й С13 прийнято називати р!внянняыи стану.

За сво1ы ф!зико-матеыатичним змЮтом функц!I С13 масть сп!льн! для них властивост!: 1) неперервно залежать в!д перел!чених эм!нних; 2) пов'яэан! м!ж содой термодинам!чними

Р1ВНЯННЯМИ:

25=21"Р24' 2б=23-р24. 27=" ^Г •

3) е однор!дними функц!яш1 першого порядку в!дносно числа мол!в компонент!в, 1, внасл!док цього, в!дпов!дно до формули Ейлера для них можна записати

N

Е-п|=г1; 1=Г7; СЗ)

j=lдnj Л 1

4) с симетричними в!дносно числа мол! в компонент!в.

Частков! пох!дн!

«1

— ЧцЧуСТ.Р.П!.....п„>.

(4)

цо входять до (3), навиваться парц>альними мольними властивостями в!дпов!днях компонент! в. ПарЩальн! мольн! влативост1 2^ мають т! * осойливост!, до й функц! I С1), I як наел! док в Шов! дно до формули Ейлера для них можна записати систему дяферентальних р!внянь у частхових пох!дних першого порядку:

N

Е — пг=0 ; 1=П7; .1=0. (5)

г=15пг 1

ФункцЛ б спметричними в!дносно N-1 компонента !

несиметричними в!гноено ,}-то компонента.

Осх!льки функц!г неперервн!, то виконувться так зван! умови сум1сност! для кожноТ пари функц!й 2^ та 2^г:

дги дг1г

- =- ; 1=177. ,Ьг=ПЯ. (6)

5пг дг^

Знайти найсНльш загальний явний вигляд функц!й Ъ^ можна за допомогою уэагальнення аналог!чноТ задач1 для б1нарного розчину.

Для цього введено у розгляд р!зниц! С7)

-б -

а1 1г

виг"гиг Чу а1гГ2И\] 1г* • ш

Тут г^гСТ,Р) - гранично значения 1-1 парц1ально1 властивост1 )-го компонента в дакому розчин! при його несМнченноыу розбавленн! г-м компонентом; г^СТ.РЗ - гранична значения 1-1 пар'д!ально1 властивост! г-го компонента в даному розчин!. при його розбавленн! ,]-н компонентом; г^СТ.Р) та г°гСТ,Р) - 1-т1 яарц!альн! мольн! властивост! в!дпов!дно j-гo та г-го чистих компонент!в. Для спрощення запксу аргумента Т та Р у фуякШй С 7) ыдсутн!.

Ве/гачина не залегать н! в!д зм1нних Т та Р. н1 в1д номера 1 властивост! розчину, тому П можна розглядати як характеристичну сталу даного б1нарного розчину. Величины а,уг та а^ в С7) залегать лише в!д властивостей чистих коыпонент!в:

«иг ^ Сг^-г1г}' «1гг ^ С8)

Введемо так зван! узагальнен! мольн! дол! компонент!в:

аиг^ аiгjnг К = -=—=-, К = - , (9)

аиг^+а1^пг . аигп.)+а1г.]пг

а такоа деяку "майже дов!льну" функциз , ш.о симетрично заложить в!д ^ та Кр, С^р*^).

В рол! функцп Fjr може виступати будь яка частшша

сума ряду

а решта коеф!ц!ент!в призначаються дов!льно Сточн!ше, обираються експериментально).

В результат! маемо р!ьняння стану для партальних мольних властивостей компонент!в:

о & а

При цьому ?(Кг)=Г(1-Кг,Кг) та ?"СКг)=гг-г.

Шдставляючи вирази CID в (2), J враховуючи, що N=2, знаходимо:

^i=zijnj +2irnr+^aijrnj ♦«¿pj^I"'^ ,Kr). (12)

Шдставляючи сюди вираэ (7), отримаемо

zi=zijVzirnr+^-lr" irjrnj VF«j.Kr3. С13) ' jr

Останн!й член в С13) враховуе нел!н!йн1 ефекти. Якщо за функц1ю FCKj.Kj.) взяти лише перший член ряду (10), то (13) набуде

вигляду

rir njnr

2(=2°,П<+2? ..TL.+-1— ——

-1 -lj"j 1Г Г j 4"1J -1Г'

■yjr j ^jrnj+nr При узагальненн! формула (12) на випадок N>2 властивост! багатокомпонентних розчин!в однозначно вираасаються через

з.'дпоЫдн! характеристики сЛнарних j -г роз чин 1 в (JT, j-ITW»

г=Г7ГО 1 р!вняння стану для багатокомпонентних розчин1в мае вигляд

N о

Z^(T,P,nj.....nN) = X г^^+Ф^Т.Р.П!.....nN), . (14)

де

*i(T-p-nl.....V^lo"!^ Jj^ijr^Kj'V-

Якдо при призначенн! F(Kj,Kr) обмегатксь лише одним членом ряду (10), то (14) набуде вигляду

N 1 N-l N z?,-z?r

zx(T-p'ni.....v^^v -в— гv пл-

0ск1льки (14) - однор!дна функшя першого порядку за числом мол1в компонент!в, то справедливе наступив сп!вв1дношення:

N

Z^T.?,!^.....nji)=(^nj)Zi(T,P,*1.....*N), (15)

n.

(16)

J=1 J

- мольна доля компонента в роэчин!. При узагальненн! мольн! дол!

- 8 -

компонента (9) котла виразити через С163:

Таким чином функц!я . на в)дм:ну В1д 2.., залегать лише в!д мольно! дол! кожного компонента, тозто е однор!дною нульового порядку функц! ею числа мол! в компонент^, що й потр1бне для моделсвакня октанового числа. .

Дал! роз'яснветься ф!з;:ко-математиуний -зм!ст октанових чисел та проводиться перетьореннл модел! октанового числа ВIДГ.Оо 1 дно до виробничих умов.

Октаноье число бензиковог сумш! залеазяъ виключно в1д в1дн0сн01 частки складоьих ком.:окенг!в. Под!бн! властивост1 мають наведен! термодинам!чн! функц!I, но розглядаються як повний аналог залехност! "октанове число - склад". Явний вигляд залехност1 октанового числа 0 в1д октанових чисел чистих компонент!в визначаеться формулою

0= Е О^+ФСх,.....*м), С183

.3 =1 ^ 1 1 де нел!н1йна складова мае вигляд

N N-1 N , п гог 1

.....«м>=Еп0*,Е Е ССг-<£)-ГСК,,Кг). С193

1 N ^ 10 J "Г ! j г

' I

Обметавши функц!ю ,КГ3 лише першим членом ряду (103, матимемо

N п 1 N-1 N °Г°г

1з С203 видно, цо вплиб нел!н!йного члена тим б!льший, чим б!льша рюкиця

£ля практичного засгссуьакня мелел! 1скус дв! мозливост!: або орган!зувати перерахуванкя об'емких концентратй у вггов!, а пот!м у мольк!, або модель С203 адаптувати. пскладакчи формально

V У V

Тут позначено V^ оо'емн! витрати компонент!в.

Трэтя глаьа присвячена опта.ИззцГг процесу компаундуьання

та розробц] ыетод1в розв'язання дано! задач1.

Эд1йснено постановку задач 1 оптиШзацП та запропоновано метод розв'язку.

Метою задач! е отримання товарного бензину потр!бно! якост! при м!н1м1зац11 Його вартост!. 0ск1льки вартЮть товарного бензину Cjj=E ciUi- то мету задач! керування процесом зм1шування математично можна подати у вигляд!

CTU-> min, С 22)

де С=СС^.....Сп)т - вектор вартост! компонент!в бензину;

IMUj.....Un3T - вектор величин поток!в компонент!в;

п - число зм!шуваних компонент!в. На керуюч! д!1 Uj накладаються природн! обмеження OiU^d,

де i=l.....n; U^ - компоненти вектора U; d - в!дсма величина, що

дор!внюе максимально пропуски!й спроможност! трубопровод!в. Вимоги технолог1чного процесу описан! обмеженнями

|U^Ck+l)-U^Ck)|£b, i=I7n, де k - момента дискретного часу к=0,1,..., Ь - в!дома величина.

Матер!альний баланс процесу зм1шування в трубопровод! вязначае обмеження, ф!зичний эм!ст якого полягас в незм!нност! величини потоку товарного бензину:

qnUCk)=G, (23)

д<> q - вектор розм!рност! п, вс! компоненти котрого дор1внюють 1; ■3 - заздалеПдь задана величина потоку товарного бензину.

Серед показник1в товарного бензину, що нормуються, основним е октанове число Q^, значения якого' обмежене допустимими границяыи

де Qv. Q^ " верхня та нижня допустим! границ! октанового числа. Бажано, "цоб октанове число для зниження соб!вартост! товарного бензину в!дпов!дало умов! QjfQ^-

Математична модель процесу зм!шування бензинових фракЩй мохе бути описана зекторним р1внянням

Qjik)=UTC k)Q*[qTUC к)]+5Ск), С 24)

де Q*=(Q*.....Q^)T - вектор октанових чисел компонент!в; <5Ск) -

нел1н!йна добавка, цо характеризуе м!ру нел!н1йност1 процесу зм1шування компонент!в:

(5Ск)=(5СиСк),0).

Знания структур« та параметр1б нел!н1йного члена модел1 С20) дозволяе оЩнити |<5(к)

Оск!лыш в1дом! лише 1нтервал: н! оц!нки октанових чисел

зм!шуваних компонент!в вигляду то задача оптим1зацП

процесу компаундування вводиться до посл!довного р!шення наступних задач:

- 1дентиф1кац1я нев!домих параметра модел! С24);

- задача нел!н!йного програмування С 22) при заданих обмежен^ях.

Початковими даними для розв'язання такот задач! е стартова рецептура, то задаеться оператором-технологом.

Роэроблено алгоритм 1дентиф!кацп параметр!в математично! модел!. Початковою !нформац!ею для роботи даного алгоритму е р!вняння (24) модел1 процесу. поточн1 вим!ри вектора вход!в ит(к) =С1!^Ск),... ,ипСк)) та виход!в (показань анал!затора октанового числа сум!ш1):

Ук^кЗ+ССк). (25)

Тод1 !з сп!вв!дношень (20) та (25) отриыаемо

у(к)=ит(к)0*Сяти(к)]"1+С(к). (26)

де величина С характеризуе як похибку вим!р!в. так ! похибку, викликану нел!н!йн1стю модел! (20). Апр!орно в!дом1 оц!нки

значень компонент 0* в (24) у вигляд! !нтервал!в

Результатом роботи алгоритму !дентиф!кацп е посл!довн!сть (Е(к)> ел!псо1дальних оШнок

Е(к)=(0*/. (0-3(к))тН"1(к)(а-(}(к))<1>1 1=Г7п, (27)

А

де (Хк) - центр ел1псоТда, К(к) - симетрична додатньо виэначена матриця, що характеризуе багатом!рний об'ем ел!псо!да. За

способом побудови оц!нки в!рно 0*€Е(к).

Ч часом об'сш! ел!псо1д!в монотонно зменшуються. Центри ОСЮ ел!псоТд1в приймаються за точков: оЩнки вектора параметр 1 в

0*.

Нижче розглядаеться задача забезпеченкл зб!жлсст1 алгоритм1в ел!псо!дального оц!нюЕакня за умов, кол:: вх!дн! зм!нн! в р!внянн! регресИ кають я!н!2н' оЗмеження. Розглянемо р!вняння л!н!Яног регреси

yk=m£z)c*ík, k=1.2..........С28)

де ук та вектор z^ вх1дних зм!нних С íl2t.!!>0, 11-11 - евкл!дова

норма вектора) в!дсм! в кс,г,-,.?П момент к; nxeRn - Еехтор нев 1 домах сщнювани.ч пара:/.етр!в. Нэв1дома величина Сзаьада) ( ^ припусказться обмеженоп '?^ |-с^, де Cj.>0 - в!доме число.

АпрЮрно задано, що вектор .т.^ належить сброжен!Л мнояин! EQ 1 ця множила е елincolдом вкгляду (27) з параметрами m0> HQ:

E0=teeRn. Ст-ы0)ТН01Ст-л0)<1>, С29)

де вектор nQeKn ' сикетричка матраця h'o>0 вважаються в! дсмимл. Початковнх дани:; достатньо для побудови елincolдальних оц!нок Е^ вектора параметр ir. :

Ek={ir.eRn: Сгг.-ткJTH¿1 Сm-mk3<1 >, СЗО)

таких, iao тхеЕк ук>1, при цьсыу |£к|<|Ек_11.

В СЗО) n^eR" - центр скметр!: ел!псо1да, Hj, - додатньо визначена матриця. Ц! величин», що визначають ощнку, обчислшться рекурентно у в1дпов1дност! до алгоритму ел!псо!дального омнювання:

шк=тк-1\,тн _ AS¿ С31)

zkHk-lzk

о р Hk-l2kzkHk-l

V^k-l- ), С32)

к к-1"к

де початков 1 значения п0 та HQ дор1выесть в1дпов!дним параметрам апрЮрного елIncolда С20). В С31) та С32) Уу, (3^ ~ числов1 параметри, функцюнальнс пев'язан! 1з змШними у^, z^, с^.

Пара (zy.Yy) взажаеться !нформатнвног, якщо де q -

деяка константа. Лля !нФормативних пар об'еми ел1псо!д!в Е^ строго монотонно спадають.

На вектор z^ в С 28) накладавться обмеження

гкеА, (33)

де множпна

/)={z«Rn: ATz=b, beRp> (34)

являе собою niн1йнкй многовид, ¡до задаеться за допомогою Спхр) -матриц! А та вэкгора b ifcn)). Припускаеться, що ранг матриц! А дср!вж2 р » р<п.

Наказано, що резв'яэок задач! оц!иювания параметр!в

вибор! hz 1снуе число с, таке, цо умова (41) (Зуде виконана.

Розглянено алгоритм обчислення вивчаючих добавок при .лIнIйних обмеженнях на значения вх!дних зм!нних.

Четвертий розд!л присвячено техн!чн1й реал1зац1Г адаптивно! оптим!зац!I процесу компаундування Сзм1шування) нафтопродукт!в. Представлено техн!чне забезпечення неперервного приготування товарних бензин!в та дано короткий опис об'екта керування -станцп зм!шування. СтанШя змшування являе собою складний технолог1чний об'ект, керування хотрим зводиться до точного п!дтримання процентних сп1вв!дношень компонента в1дпов!дно до завдання на отримання продукту задано1 якост!.

На прикладах закордонних та в1тчизняних ф!рм, що займаються розробкою та впровадхенням систем керування, проглядають основн! тенденцИ розвитку пристро!в, систем контролю та керування, серед яких основкими е широке використання систем керування з усе б!льшою децентрал!зац!ею; використання в системах керування принцип 1 в оптим1зацп та адаптивного регулювання.

Показано можливють та доц1льн1сть застосуЕания анал!затор1в октанового числа для контролю продукт!в безпосередньо на технолог!чних я!н!ях.

Проведено розробку комплексу керування зм!шуванням з вбудованим у його контур спец!ал1зованим багатопроцесорнкм програмованим контролером на баз! ОМЕОМ cepll КР1816. Розроблено структурну схему комплексу неперервного зм!шуання. 3 урахуванням тенденцП св!тового розвитку контролер1в для керування технолог!чним процесом зм!шування товарних бензин 1в розроблено багатопроцесорний програмований контролер "Интеграл-1АК", на основн! схенн! рШення якого отримано два.додатн! р!шення на заявки на винаходн та подано запита на отримання патент1в.

Розроблено автоматичний поточний "анал!затор октанового числа товарного бензину. Д!я данного пристрою осноьана на реакцИ часткового окисления при температур! 300-350°С в реактор!. На даний пристрШ отримано патент СРСР N 1714476.

• Розроблено пристр!й для вводу дози продукту в реактор анал!затора, а також деяких присадок в товарний продукт зм!шування.' На даний пристр!й отримано авторське св!доцтво N 1747913 (СРСР). Наводяться описи даних прпстро1ь та описи принцип!в 1х роботи.

Розроблено керуюч! алгоритми багатопроцесорного контролера "Интеграл-1АК" та алгоритми адаптивно! опткм!эац!1

lim Х^Cft.)=0. к-мз max к

'При значенн! параметра е=1 умову С40) очевидно эадовольняе лише

один вектор V, що в1дпов!дае значению X^^CFI^) матриц! П^. При с=0 умову (40) эадовольняе будь-який вектор V. Таким чином, значения параметра с виэначае допустиму область зм1ни вектор!в V^, у межах яко! забезпечуеться зб!жн1сть алгоритм!в, що розглядаються.

Умову С40), враховуючи представления z^^GV^ та р!вност! (38), можна записати у вигляд!

k k

Розглянемо дов1льну посл!довн!сть вектор!в z^, що

задовольняють обмеженню СЗЗ). Оск!льки для ц1е! посл1довност! {Zj,)™ умова (40) може не виконуватись, то пропонуеться перетворювати елементи посл!довност! iz^)® за правилом

2к

{z^+Az^, якщо для-z^ умова (41) не виконуеться; zk в 1ншому випадку;

де bzk - вивчаюча добавка, така, що zk эадовольняе умову (41). Задача визначення поправки Az^ в загальному випадку мае не едине рШення. Розглянемо практично важливий випадок, при якому вивчаюч1 добавки Azj,. обмежен! за нормою

IIAzkll<dllzkll, d<l, (42)

Твердження 3.2. Кехай задано обыежену посл!довн1сть iz^)"

вектор!в zk, що задовольняють умову (33). Тод1 1снуе така

посл1довн!сть вектор!в bZy, що задовольняють умову (42),

цо посл!довн!сть вектор!в z^z^+Az^ эадовольняе як умову

(33), так ! умову (41) при деякому значенн! е, ! на посл1дов-

ност! для кожного алгоритма 1з розглянутого класу мае

м!сае границя

)Tz=C

Дал! для даного твердження доведено, що при в!дпов!дному

lim (ш -nv)Tz=0, \fzeL.

л1н1йно! регресП (28) при ?k=0 зводиться до знаходження р!шення системи р!внянь

ук=шт2к, к=1,2..........(35) ■

1з (35) та (28) при отримаемо, що р!вняшш (35)

задовольняють вектори ш, для яких справедливо (mx-m)TZ|c=0, i множила розв'як!в (35) являе собою л!н1йний многовид, що мЮтить вектор Позначимо лШйну оболонку множини А через L=LiA), де LeRn 1 розм1рн1сть 1 дор1внве 1=п-р+1.

Для обмеження (33) потр!бно вказати умсви, що накладавться на вектри г^, за яких для посл1довнсст! (ш^)" оц!нок мае Шсце границя

lim Cm--mi,)T2v,=0, yzeL ' (35)

k-KD * K K

У випадку, коли L-Rn, вираз СЗб) екв!валентний такому:

lim inu=m„. k-ма К *

Розглядаються умови зб!жност!. П1дпрост1р L можна представити у вигляд!

L=(zeRn: z=GV, VeR1). (37)1

де стовпчики Сnxl)-матриц! G ортонормован!:

GTu=I. (38)

!

Тут I - одинична (1х1)-матриця.

В1дпов!дно до (32) для матриць вигляду H)c=GTH|<;G справедливе

р!вняння

Hk-lVkVkRk-l

р з f- 1 Гч N 1

vkHk-lvk

Твердження 3.1. Нехай £ - деяке ф!ксоване додатне число,

взяте 1з 1нтервалу (0,1), матриЩ Е, обчислссться зг!дно з (39)

оо к

. така. п!п rhko

I посл!довн!сть iV^^Q така, що виконуеться умова

VkHk-lvk k к

1 'р

за винятком ск!нченного числа момент 1 в часу к, дэ ^j^^k-l3 ~ максимальне власне значения матриц! H^j. Тод[ !снуо границя

технолопчного процесу, I на баз! даних алгоритм!в роэроблено програми керування эм!шуванням бензин!в у потоп! та программ контрольного прикладу.

В додатках 1, 2 наведен 1 результата контрольного прикладу та документ, що п!дтверджуе використання результат!в роботи.

0CH0BHI РЕЭУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

1. Сформульовано задачу оптим1зац!1 процесу зм1шування бензин!в.

2. Отримано математичну модель зм!шування бензин!в, що пов'язуе октанове число сумарного бензину з октановими числами, витратами та термодинам!чними константами зм!шуваних компонент! в.

3. Розв'язано задачу адаптивно! оптим1зац1! процесу зм!шування бензин1в.

4. Розв'язано задачу ошнювання параметра л!н!Яно! регрес!! з використанням одного класу алгоритм!в оЩнювання за допомогою ел!псо!д!в при л!н!йних обмеженнях на вх1дн! зм!нн1. Запропоновано та досл!джено алгоритм формування вивчаючих добавок.

5. Запропоновано структуру системи опт1ш!зац!! процесу зм1шування бензин!в.

6. Розроблено комплекс техн!чних засоб!в .для реал!зац1! адаптивно! системи керування компаундуванням бензин1в,

зокрема:

- розроблено програмований контролер "Интеграл-1АК" для керування витратами компонент!в бензин!в у потоШ.

- розроблено октанометр та дозуючий пристр1й для вим!рювання октанового числа бензин!в у потоц!.

OchobhI положения дисертац!! викладен1 в наступних роботах:

1. Астапов В. Н., Бакан Г. М. , Коцюба А. Т. Математическал модель технологического процесса смешивания бензиновых фракций// Тез. докл. науч.-техн. конф. "Применение ВТ и математических методов в научных и экономических' исследованиях", Шацк, 10-14 сент. 1991,- Киев: КПИ, 1991,- С. 118.

2. Техническая реализация адаптивной оптимизации

процесса компаундирования нефтепродуктов / В.Н.Астапов, Г.М.Бакан, Г.Г.Воробьев , Е.А.Одинцова. - Киев, 1991, 22 с. -СПрепр. / АН Украины. Ин-т кибернетики им. В. М. Глушкова; 91-27).

3. A.c.- 1714476 СССР. МКИ G01N25/20. Устройство для определения октанового числа/ В.Н.Астапов. - Опубл. 23.02.92, Бол. Н 7.

4. A.c. 1747913 СССР, МКИ G01F11/00. Устройство для дозирования/ В.Н.Астапов. - Опубл. 15.07.92, Бол. N 26.

5. Математическое моделирование технологического процесса смешивания бензиновых фракций / В.Н.Астапов , Г.М.Бакан ,

А. Т. Коцвба, Е.А. Одинцова // Автоматика. - 1992.- W 5.- С. 31-37.

6. Пат. 1784103 СССР, МКИ G06F11/00. Устройство для обмена информацией / Астапов В.Н., Воробьев Г. Г. - Опубл. 23.12.92, Бол. N 47.

7. Астапов В. Н., Бакан Г. М., Сальников Н. Н. Оценивание с помощью эллипсоидов параметров линейной регрессии при линейных ограничениях на вектор входных переменных// Автоматика. - 1993.-N 1.- С. 28-34.