автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математическое моделирование и управление процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа

ТОЛСТОШЕИН Сергей Серафимович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Тамбов 2011

4845447

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» на кафедре «Информационные процессы и управление» и в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» г. Тамбов.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Скворцов Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Чертов Евгений Дмитриевич

доктор технических наук, профессор Шамкин Валерий Николаевич

Ведущая организация ГОУ ВПО «Тверской государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится 26 мая 2011 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.01 Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, Большой актовый зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ГОУ ВПО ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.01.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в научной библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112, корп. «Б», а с авторефератом диссертации отдельно - на официальном сайте Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет»: www.tstu.ru.

Автореферат разослан 25 апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

А.А. Чуриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном этапе развития человечества особенно актуальными становятся вопросы освоения сред с экстремальными условиями обитания. Это требует разработки новых поколений технических систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека во время его длительного автономного пребывания в замкнутых пространствах, когда отсутствует возможность пополнения расходуемых продуктов обеспечения жизнедеятельности.

Одной из важнейших в системе жизнеобеспечения (СЖО) является подсистема обеспечения физиологических норм дыхания экипажа. Подсистема строится по замкнутому принципу, реализуемому концентрированием углекислого газа в потоке, отбираемом из среды обитания, с последующим восстановлением воды в реакторе Сабатье и выделением кислорода из воды в электролизере. В настоящее время наиболее эффективным и целесообразным представляется способ концентрирования углекислого газа, основанный на циклическом адсорбционном процессе.

Интенсивность выделения углекислого газа в среде обитания экипажем определяется характером выполняемых им работ, который предопределяет наличие различных состояний функционирования СЖО. Применение традиционных алгоритмов управления к протекающим в системе процессам при номинальном режиме работы приводит в отдельных случаях к перерасходу энергетических ресурсов. В обычных условиях это вполне допустимо, но становится критичным при длительном автономном пребывании человека в замкнутом пространстве. Поэтому возникает необходимость совершенствования существующей системы управления циклическим адсорбционным процессом концентрирования углекислого газа, которая обеспечит управление, минимизирующее энергозатраты на длительном промежутке времени.

Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральных целевых программ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20072012 годы» (проект 34-2007), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (П2359, П292 на 2009 - 2011 гг.).

Цель работы: разработка системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, обеспечивающей минимизацию удельного энергопотребления на множестве состояний функционирования.

Объект исследования: система управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения.

Предмет исследования: математическое, алгоритмическое и программное обеспечение системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа, позволяющее минимизировать энергозатраты в системе жизнеобеспечения при длительном пребывании человека в замкнутом объеме.

Методы исследования. В работе использованы методы: системного анализа, математического моделирования, оптимизации, математической статистики, теории управления, процессов и аппаратов химической технологии.

Научная новизна работы. Разработана математическая модель циклического процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, построенная по модульному принципу и позволяющая изучать протекающие в ней процессы в различных состояниях функционирования.

Разработан алгоритм решения уравнений математического описания процессов, протекающих в адсорберах, реализующий метод адаптивной неявной сетки с автоматическим контролем точности получаемых решений на основе вычисления обобщенного материального баланса технологической схемы.

Сформулирована и решена задача энергосберегающего управления циклическим процессом концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения человека на длительном этапе его автономного пребывания в замкнутом объеме.

Разработано алгоритмическое обеспечение системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, позволяющее рассчитывать энергосберегающее управление с учетом возможности ее нахождения в различных состояниях функционирования.

Практическая ценность работы. Разработанное программное обеспечение, реализующее созданные алгоритмы, позволяет проводить моделирование работы адсорбционного концентратора углекислого газа в условиях изменяющихся состояний функционирования и исследовать эффективность системы управления в системе жизнеобеспечения замкнутого объема.

Результаты математического моделирования и натурных исследований позволили предложить рекомендации по совершенствованию конструкции опытного образца концентратора углекислого газа, на котором проводились эксперименты.

Реализация работы. Программное обеспечение после экспериментальной эксплуатации принято к использованию в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» в г. Тамбове.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008; Белгород, 2010), на конференции ученых ГОУ ВПО ТГТУ (Тамбов, 2009-2010), на научных семинарах кафедры «Информационные процессы и управление» ГОУ ВПО ТГТУ, на научных семинарах ОАО «Корпорация «Росхимзащита» (Тамбов, 2008 - 2010).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по главам, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах, включая 53 рисунка и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель диссертационной работы, представлены основные научные и практические результаты диссертации.

В первой главе «Современное состояние в области технологии, математического моделирования и управления процессом адсорбции в системах жизнеобеспечения. Постановка задачи исследования» проводится анализ современного состояния в области СЖО в замкнутых объемах, математического моделирования и управления циклическими адсорбционными процессами в таких системах, подтверждающий актуальность разработки систем управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в СЖО замкнутого объема. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе «Математическое описание процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа» строится математическая модель процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, технологическая схема которого приведена на рис. 1.

Воздух+ „

Рис. 1. Технологическая схема процесса концентрирования углекислого газа

Исходная газовая смесь, состоящая из воздуха, паров воды и углекислого газа, вентилятором В подается через регулируемый клапан К9 на вход концентратора. Через клапан Ко исходная смесь поступает в адсорбер А], где начинает вытеснять «горячую» паровую среду, которая далее через клапан К8 подается в адсорбер А2. В адсорбере А2 происходит вытеснение «холодной» среды, которая последовательно через клапаны К25 и К7 поступает на выход концентратора. После этого происходит переключение клапанов: закрываются клапаны К,3 и К8, открытыми становятся клапаны К2], К]2, К14 и по-прежнему открыты К25, К7. Исходная газовая смесь через клапан К14 начинает поступать в адсорбер А^ где происходит селективное поглощение углекислого газа и воды. Через клапан К12 на выход концентратора поступает очищенная от углекислого газа газовая смесь воздуха и воды. Одновременно с этим в адсорбер А2 через клапан К21 подается перегретый пар. Адсорбент в А2 принимает тепло перегретого пара, вследствие чего начинается процесс десорбции углекислого газа в лобовом слое. Повышение парциального давления углекислого газа в последующих, менее нагретых слоях приводит к его адсорбции. В слое возникает сорбционный фронт углекислого газа, который начинает перемещение к концевому слою адсорбента. На выход адсорбера А2 через клапаны К25 и К7 поступает газовая смесь, состоящая преимущественно из воздуха и воды. Этот процесс (выделение воздуха) заканчивается в тот момент, когда сорбционный фронт углекислого газа достигает концевого слоя адсорбента. В этот момент начинается фаза активного выделения углекислого газа, что сопровождается резким ростом расхода и концентрации углекислого газа на выходе, установка переходит в режим продуцирования углекислого газа. По окончании продуцирования углекислого газа закрываются клапаны К12, Км, К21, К25, Кб, открываются К23, К)5, К7, К8 и происходит перепуск тепла из адсорбера А2 в адсорбер А]. Теперь процесс адсорбции углекислого газа проводится в А2, а в адсорбере А1 осуществляется десорбция углекислого газа. Попеременное переключение адсорберов позволяет получить непрерывный характер процесса.

Анализ подходов к моделированию процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа показал, что целесообразно построение математического описания по модульному принципу, заключающегося в раздельном математическом описании следующих модулей: вентилятор, клапаны (трубопроводные системы), адсорберы, парогенератор, система энергоснабжения, система управления, обитаемая среда.

Схема взаимодействия модулей адсорбционного концентрирования углекислого газа представлена на рис. 2.

Сформулирована базовая система допущений математического описания процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа.

Построено математическое описание модуля «Адсорбер», структура которого представлена на рис. 3.

Рис. 2. Структурная схема системы адсорбционного концентрирования углекислого газа в СЖО

Построены математические описания модулей «Обитаемая среда», «Парогенератор», «Система энергоснабжения», «Система управления», «Вентилятор», «Система клапанов», которые в общем виде представляют собой следующие функциональные операторы:

(сос,Гс) = Мос(*); (1)

(/п,Сп,Гп,сп) = М>п,7пзд); (2)

Р = Мсэ(/су, /к, /п, /в); (3)

(и,гп,гв) = Мс>'(Х, т); (4)

(Л>> Св> св) = Мв(гв, Гос, с0С); (5)

(С9, С, и-0) свх, евых, /к) = Мск(\|/9, в„ сп, и>, и). (6)

Новизной модели является предложение рассматривать уравнение кинетики адсорбции в виде

= (а'-в)У. (7)

Эх р Ь

Введение дополнительных слагаемых в уравнение (7) наделяет математическое описание дополнительной степенью свободы по отношению к воспроизводимости экспериментальных данных и открывает возможности для исследования динамики неравновесного процесса адсорбции вдали от состояния равновесия.

А, Б, р, 5, уг,Д, Т^, Я, Щ, Ь^.е^, ^ = 1, }Г, i = Рис. 3. Модуль «Адсорбер»

В третьей главе «Математическое моделирование процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа» разрабатывается алгоритм расчета уравнений математического описания модуля «Адсорбер», реализующий метод адаптивной неявной сетки с автоматическим контролем точности получаемых решений на основе вычисления обобщенного материального баланса технологической схемы. Алгоритм является устойчивым по отношению к исходным данным и обеспечивает высокую скорость расчета.

Сформулирована и решена задача параметрической идентификации математического описания процесса концентрирования углекислого газа на основе экспериментальных данных. Построена неотрицательная функция:

^£ (с,- (г,ту,р)-с?(г,х/))2

—--^—Я- ■ (8)

Решение задачи параметрической идентификации соответствует решению задачи вида

р* = а^тт^(р). (9)

Ре V

Особенностью алгоритма параметрической идентификации является последовательное решение задач (8)-(9) для возрастающего порядка кинетического уравнения (7), для решения задачи параметрической идентификации - одновременная идентификация порядка кинетического уравнения (7) и значений кинетических коэффициентов. Результаты решения задачи параметрической идентификации представлены в табл. 1.

1. Численные результаты решения задачи идентификации

Р., Р2 Р12 Р13 ¿ЧР*)

1 0,0023 0,081 7,45

2 0,0022 0,083 0,05 6,82

3 0,0022 0,084 0,05 0,83 6,80

В результате решения задачи параметрической идентификации получены значения кинетических коэффициентов и установлено, что использование порядка уравнения кинетики выше двух нецелесообразно. Проверка адекватности математической модели показала, что максимальная погрешность модели не превышает 20,7%.

Изучено влияние различных параметров на характер протекания процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа: расхода подаваемой газовой смеси; температуры подаваемой газовой смеси; концентрации углекислого газа в подаваемой смеси; начальной температуры адсорбционного слоя; температуры перегретого пара; производительности установки; влажности разделяемой смеси; длительности стадий.

Рис. 4. Зависимости концентраций С1 (0, т) (экспериментальная) и С| (£, Т) (расчетная) углекислого газа в потоке воздуха соответственно на входе и выходе адсорбера от времени Т на стадии адсорбции при:

а - расходе подаваемой газовой смеси; б — температуре подаваемой газовой смеси

Выходные кривые концентраций углекислого газа имеют вид характеристик с насыщением, где предельным значением является концентрация углекислого газа на входе адсорбционного слоя (рис. 4, а). Выходная концентрация углекислого газа в области малых расходов имеет более высокую чувствительность по отношению к изменению расхода подаваемой газовой смеси. Максимальная чувствительность наблюдается на начальной стадии развития процесса адсорбции. Зависимости равной выходной концентрации от времени нелинейные.

Повышение температуры подаваемой смеси приводит к уменьшению равновесной концентрации углекислого газа, что фактически уменьшает общую сорбционную емкость слоя. Это приводит к тому, что «проскоко-вые» концентрации углекислого газа начинают наблюдаться на более ранних стадиях развития процесса адсорбции (рис. 4, б).

Выходная концентрация углекислого газа в области меньших температур имеет более высокую чувствительность по отношению к изменению температуры подаваемой газовой смеси. Зависимости чувствительности выходной концентрации к изменению температуры исходной смеси при различных значениях длительности стадии адсорбции (рис. 5) носят экстремальный характер, и каждой величине входной температуры соответствует максимальная чувствительность выходной концентрации углекислого газа.

Рис. 5. Зависимости чувствительности

концентрации углекислого газа

на выходе адсорбера

при различном времени

выделения воздуха

от температуры подаваемой в адсорбер газовой смеси

При уменьшении длительности стадии адсорбции экстремум кривых чувствительности смещается в сторону уменьшения входной температуры, а абсолютное значение чувствительности уменьшается с увеличением длительности стадии адсорбции.

При длительности процесса адсорбции более 18 мин наблюдается нечувствительность выходной концентрации в областях высоких и низких температур. При длительности менее 18 мин нечувствительность наблюдается только при более высоких температурах.

Зависимости удельных энергозатрат на стадии адсорбции от расхода подаваемой смеси при различных температурах подаваемой смеси представлены на рис. 6. С понижением температуры исходной смеси удельные энергозатраты снижаются. Это объясняется тем, что процесс адсорбции протекает более интенсивно при пониженной температуре. С другой стороны, идет процесс сушки адсорбента после предыдущих стадий. Процесс сушки протекает более интенсивно при повышенной температуре. Из характера кривых можно также сделать вывод, что в рассматриваемом диапазоне температур процесс сушки (десорбции воды) не оказывает значительного влияния на удельные энергозатраты.

Динамика температур выходного потока на стадии десорбции от времени при различных значениях напряжения в системе энергоснабжения показаны на рис. 7. С ростом напряжения в сети возрастает скорость движения тепловой волны по сорбционным слоям. При напряжении 120 В рост выходной температуры начинает наблюдаться после 180 с процесса десорбции, а в случае 100 В температура остается неизменной в течение 10 мин. Тем самым следует отметить высокую чувствительность скорости движения скорости движения тепловой волны по сорбционному слою от напряжения в системе энергоснабжения. Предельным значением для всех кривых является температура насыщенного водяного пара.

г.* с

ISO is: 4КЛ '■!;! ■■■)', ~ '12 S\>-l <>'"> ьнэд с

Рис. 6. Зависимости удельных

энергозатрат от расхода подаваемой смеси в адсорбер на

стадии адсорбции при различных температурах смеси

Рис. 7. Зависимости температуры потока углекислого газа на выходе адсорбера па стадии десорбции от времени при различном напряжении в системе энергоснабжения

Проведенный комплекс имитационных исследований процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа позволил выявить характерные особенности влияния различных параметров на характер протекания процесса и перейти к решению задач управления.

В четвертой главе «Система управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа» рассматриваются вопросы построения алгоритмов и систем управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа для систем жизнеобеспечения в замкнутом объеме.

Проведенный анализ процесса как объекта управления позволяет охарактеризовать различные каналы вход-выход (табл. 2).

2. Характеристика каналов вход-выход

Вход Выход сос 2"ОС и и \|/9 га

в В в в У У в У

Р В в в У в У У

у«ЫХ В в в У в У в

свых В в в У У в в

Примечание: на пересечении строк и столбцов обозначена характеристика канала: У - возможный управляющий канал; В - канал возмущения.

Таким образом, для управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа наиболее универсальным управляющим воздействием является изменение частоты переключения впускных-выпускных клапанов и, а также величина сопротивления в цепи электроснабжения парогенератора и вентилятора - ги и гв, соответственно.

Проведена классификация режимов функционирования установок адсорбционного концентрирования углекислого газа по диапазону концентраций целевых компонентов в продукционных потоках и по эффективности использования ресурса.

В рамках классификации выделены: нормальное состояние - концентрации компонентов в выходных материальных потоках смеси изменяются в заданных диапазонах - обеспечивается изменением ряда величин технологического процесса в заданных диапазонах; экстремальное состояние - концентрации компонентов выходят за границы допустимых диапазонов - определяется режимами, при которых значения выходных переменных выходят из диапазонов, определяемых технологическими ограничениями; идеальное состояние - концентрации компонентов изменяются не более чем на заданную величину относительно заданных характеристик выходов - определяется режимами функционирования, при которых поддерживаются априори наилучшие (оптимальные) значения выходных переменных.

Проведена классификация задач управления процессом адсорбционного разделения. В данной классификации выделены пять задач: 1) задачи, относящиеся к поддержанию среднезаданных концентраций целевых компонентов в выходных потоках; 2) задачи, относящиеся к поддержанию концентраций целевых компонентов в выходных потоках в заданных диапазонах; 3) задачи, решение которых обеспечивает изменение концентраций целевых компонентов в выходных потоках по заданному закону; 4) задачи, относящиеся к нахождению вектора управления и для целей эффективного использования ресурсов системы; 5) комбинированные задачи, возникающие при совместном решении задач 1) - 4).

Формализованы ограничения и допущения в задачах управления.

С учетом проведенных исследований сформулирована следующая задача управления: необходимо в заданном диапазоне возмущающих воздействий - состав газовой смеси в среде обитания с0С (т), температура газовой смеси в среде обитания Т"с (х), напряжение в системе энергоснабжения 11(х) - найти такой вектор управления и = {и, гп, гЕ}, при котором

((т____Л /Лг...

Е =

| Р(и) Л / | (Свых (и) С1вых (и)) с1т

-*гшп (10)

с учетом ограничении на:

а) остаточную концентрацию углекислого газа в очищаемом воздухе:

<\ВЫХз (и) < с,ВЫХз ; (11)

б) влажность концентрированной газовой смеси:

сВЫХ1(и)<сВЫХ1; (12)

2 гпах

в) концентрацию углекислого газа:

ВЫХ1 /ТТЛ ВЫХ1

С1 (и) > с, . 1 ; (13)

1Ш1П

г) мгновенную потребляемую мощность:

(И)

д) производительность по концентрированной газовой смеси:

оГ'^с^чи^еГ1; (15)

е) расход очищаемого воздуха:

ва <(?_( 11)<(? ; (16)

втт в 4 ' »ш ' 4 '

ж) температуру греющего пара:

гп <тп(1])<гп (17)

А1ПШ1 игшх

и выполнение уравнений связи математической модели (рис. 3).

Рассматриваемая задача не может быть решена в представленном виде, так как не известны заранее: характер выделения углекислого газа

С|0с(т) и паров воды е^т) в объеме обитания; характер тепловыделений, определяющий температуру в объеме обитания Гос(т); колебания напряжения в сети питания С/(т). Поэтому исходную задачу декомпозируем на внешнюю и внутреннюю.

Внешняя задача: необходимо найти такую циклограмму переключения

клапанов и, при некоторых наиболее вероятных с°с (т), с™(т), Тос(х),

1/(х) и заданных гп , г", 1|/9, чтобы выполнялись условия (10) - (17) при уравнениях связи в виде математической модели (рис. 3, (1) - (6)).

Внутренняя задача: для Лс^^с^ф-с^Сс), Л (т) = с°с (т) -- с20С (т), А Тос (т) = Тос (х) -Тос(%), А и (г) = 1/(т) - £/(т) и найденной циклограммы переключения клапанов и необходимо найти г" , Р, "цУ9 , корректирующие решение внешней задачи (10) с учетом ограничений (11) - (17).

Функционально-структурная схема решения общей задачи управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа показана на рис. 8.

Рис. 8. Функционально-структурная схема решения общей задачи управления 12

В работе показана необходимость выбора целесообразного класса систем управления. Задача заключается в выборе из совокупности классов управления {П(} класса, наиболее удовлетворяющего набору заданных технико-экономических ограничений. В рамках поставленной задачи рассмотрен класс систем автоматической стабилизации (САС), систем статической и динамической оптимизации (ССО, СДО). Результаты исследования показали, что после первого этапа для последующих исследований были оставлены два класса ССО и СДО, а САС отброшена из-за соображений, связанных со спецификой решаемой задачи.

Построен алгоритм поиска в выбранном классе такой топологии СДО, при которой достигаются наилучшие значения функционала качества при выполнении технологических ограничений. Алгоритм выбора целесообразной системы динамической оптимизации заключается в выборе множества систем из класса СДО и задании вектора весовых коэффициентов качественных показателей системы. Реализуется система СДО, которая соответствует максимальному значению показателя эффективности.

Отработка алгоритма позволила определить в качестве варианта подлежащего реализации СДО с эталонной моделью в контуре управления.

Для реализации режимов выбрана жесткая активная система управления (двухуровневая система управления), рис. 9.

Верхний уровень

Рис. 9. Структурная схема системы управления процесса концентрирования

углекислого газа:

ДК - датчик состава; ДР - датчик расхода; ДТ - датчик температуры; Д - датчики температуры, состава, расхода; ИМ - исполнительный механизм; Р - регулятор; ЛЭ - логический элемент; ПЗ - программный задатчик; РО - регулирующий орган

Задачами нижнего уровня управления являются компенсация высокочастотных возмущений и отработка заданий, выдаваемых верхним уровнем в зависимости от изменений условий функционирования.

Приведены имитационные исследования функционирования выбранной системы управления в составе СЖО космического аппарата при различном характере возмущающих воздействий.

Предложены варианты физической реализации выбранной системы управления применительно к СЖО космического аппарата.

В пятой главе «Тренажерный комплекс для подготовки экипажа, автономно работающего в замкнутых объемах длительное время» разработан алгоритм функционирования тренажерного комплекса, использующего в контурах обучения разработанные математические модели и алгоритмы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа. В качестве инструментария для разработки тренажерного комплекса выбран программный пакет «КРУГ-2000». Определена структура технических и программных средств и приведено описание разработанного интерфейса тренажерного комплекса.

ВЫВОДЫ

Для разработки системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе жизнеобеспечения замкнутого объема, обеспечивающей минимизацию удельного энергопотребления на множестве состояний функционирования, были поставлены и решены следующие задачи:

— разработка математической модели процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, которая позволит изучать протекающие в ней процессы для различных состояний функционирования системы, и быть пригодной для применения ее в составе системы управления процессом;

— проведение математического моделирования различных технологических режимов работы концентратора, в котором протекают адсорбционные процессы для различных состояний функционирования в системе жизнеобеспечения замкнутого объема;

— постановка задачи энергосберегающего управления циклическим процессом концентрирования углекислого газа на длительном этапе автономного пребывания человека в замкнутом объеме;

— создание соответствующего алгоритмического и программного обеспечения системы управления процессом концентрирования углекислого газа.

Разработанные математические модели позволяют:

— проводить имитационное моделирование работы сложных по структуре потоков установок адсорбционного концентрирования;

- использовать их в программных комплексах составляющих основу САПР и АСНИ процессов циклического адсорбционного разделения газовых смесей;

- использовать их в составе систем управления, а также при расчете энергосберегающих законов управления.

Результаты исследований, проведенных в работе, использованы в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» для проведения имитационных исследований режимов функционирования установок адсорбционного концентрирования углекислого газа.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — вязкостный коэффициент сопротивления зернистого слоя; а -концентрация газовой компоненты в адсорбенте, кгК0МП01га„а / кгадсор6ента; В - инерционный коэффициент сопротивления зернистого слоя; Ь - параметр изотермы, м3 / кгкомпоце1,ха; с - концентрация газовой компоненты в межгранулярном пространстве адсорбера, кгК0мгашепта / м3; в - расход газовой смеси, м3/с; /— потребляемый ток, А; Ь - длина сорбционного слоя, м;

Ык - порядок уравнения кинетики; пк - количество компонентов; Р -потребляемая электрическая мощность, Вт; й - универсальная газовая постоянная Менделеева, Дж/ (моль К); г - электрическое сопротивление, Ом; 5- площадь сорбционного слоя в сечении 0.xV; Т— абсолютная температура, К; и - напряжение в сети, В; и - вектор управляющих воздействий клапанов; IV - линейная скорость газового потока, м/с; (3, - коэффициенты

кинетики (г = 1, АГК , (кгалсор6с11та / кгК0Ч110]1С11та)м / с); у - удельная теплоемкость вещества, Дж / (кг ■ К); е - порозность слоя; р - насыпная плотность адсорбента, ктадсорбс„та / м3; X - время, с; \|/ - степень открытия клапана, %.

Индексы: 1 - углекислый газ; 2 - вода; 0 - начальная величина; а -значение параметров адсорбента; в - значение параметров вентилятора; п - значение параметров парогенератора; пр - значение параметров при перепуске тепла; су - значение параметров системы управления; мод -параметр моделирования; доп - допустимая величина; гпах - максимальная величина; °° - предельная величина; * - равновесная (оптимальная) величина.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

В изданиях, определенных ВАК РФ:

1. Кодификация знаний о циклических адсорбционных процессах / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, П.Ю. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстоше-ин // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - Тамбов, 2010. - № 4 - 6(29). - С. 125 - 133.

2. Математическое моделирование процесса адсорбции углекислого газа / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеим // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — Тамбов, 2010.-Т. 16,№3.-С. 603-609.

В других изданиях:

3. Путин, С.Б. Имитационное моделирование процесса адсорбционного разделения воздушной смеси / С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Тол-стошеин // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21 : сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. : в 10 т. / под общ. ред. B.C. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - Т. 6, секц. 12, 13. -С. 331-332.

4. Современные технологии автоматизации процессов адсорбционного разделения газовых смесей / С.Б. Путин, И.А. Елизаров, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-21 : сб. тр. XXI Междунар. науч. конф. : в Ют. / под общ. ред.

B.C. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. - Т. 5, секц. 11.-

C. 331-332.

5. Классификация процессов адсорбционного разделения газовых смесей в системах жизнеобеспечения / С.Б. Путин, С.А. Скворцов, Р.Т. Такмазов, С.С. Толстошеин // Стратегия развития научно-производственного комплекса РФ в области разработки и производства систем жизнеобеспечения и защиты человека в условиях химической и биологической опасности : материалы Рос. науч. конф. 14 окг. 2009 г. - Тамбов : Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2009. - С. 115-116.

6. Толстошеин, С.С. Тренажерный комплекс подготовки персонала для условно-замкнутых обитаемых станций // Проблемы управления и автоматизации технологических процессов и производств : сб. тр. Всерос. науч.-техн. конф. - Уфа : Уфим. гос. нефтяной техн. ун-т, 2010. -С. 215-216.

7. Параметрическая идентификация параметров математической модели процесса адсорбции / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-23 : сб. тр. ХХ1П Междунар. науч. конф. : в 12 т. / под общ. ред. B.C. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - Т. 11, секц. 12, 13.-С. 11-12.

8. Математическое моделирование процесса адсорбции углекислого газа в системе жизнеобеспечения / В.Г. Матвейкин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов, С.С. Толстошеин // Математические методы в технике и технологиях -ММТТ-23 : сб. тр. ХХ1П Междунар. науч. конф. : в 12 т. / под общ. ред.

B.C. Балакирева. - Саратов : Сарат. гос. техн. ун-т, 2010. - Т. 8, секц. 9. -

C. 25-26.

Подписано к печати 20.04.2011 Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 174

Издательско-полиграфический центр ГОУ ВПО ТГТУ 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И АББРЕВИАТУРЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИИ В СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Системы жизнеобеспечения в замкнутых объемах.

1.2. Математическое моделирование циклических адсорбционных процессов.

1.3. Системы управления циклическими адсорбционными процессами

1.4. Цель и задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.

2.1. Анализ технологической схемы процесса.

2.2. Модульное математическое описание подсистем в системе адсорбционного концентрирования углекислого газа.

2.2.1. Модуль «Адсорбер».

2.2.2. Модули «Обитаемая среда», «Система энергоснабжения», «Вентилятор».

2.2.3. Модули «Система управления», «Парогенератор», «Система клапанов».

2.3. Взаимосвязь модулей математического описания подсистем.

Выводы по второй главе.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

3.1. Алгоритм решения уравнений математического описания модуля «Адсорбер».

3.2. Параметрическая идентификация математической модели процесса.

3.3. Математическое моделирование процесса и анализ полученных результатов.

Выводы по, третьей главе.

4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИОННОГО

КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.

4.1 Анализ процесса как объекта управления. 1 ОСЬ

4.2. Классификация режимов функционирования установки и задач управления технологическим процессом.

4.3. Принятые допущения и формализация ограничений в задачах управления технологическим процессом.

4.4. Построение системы управления технологическим процессом . 111 4.4.1. Формализованная постановка задачи управления и ее де композиция на внутреннюю и внешнюю задачи.

4.4.2 Выбор целесообразной системы управления.

4.4.3. Алгоритмы решения внутренней и внешней задач управления).

4.4.4 Структурная и функциональная схемы системы управления

4.5. Имитационное исследование функционирования системы управления процессом

Выводы по четвертой главе.

5. ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖА,

АВТОНОМНО РАБОТАЮЩЕГО В ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМАХ

ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ.

5.1. Алгоритм функционирования тренажерного комплекса.

5.2. Технические и программные средства тренажерного комплекса

5.3. Интерфейс тренажерного комплекса.

Выводы по пятой главе.

вх — вход; вых — выход; ос - обитаемая среда; зд - заданное значение; э - экспериментальное значение; * - равновесное (оптимальное) значение; л- расчетное значение.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. На современном этапе развития человечества особенно актуальными становятся вопросы освоения сред с экстремальными условиями обитания. Это требует разработки новых поколений технических систем, обеспечивающих жизнедеятельность человека во время его длительного автономного пребывания в замкнутых пространствах, когда* отсутствует возможность пополнения, расходуемых продуктов обеспечения жизнедеятельности.

Одной из важнейших в системе жизнеобеспечения (СЖО) является подсистема обеспечения» физиологических норм дыхания, экипажа. Подсистема строится по замкнутому принципу, реализуемому концентрированием углекислого газа в потоке, отбираемом из среды обитания, с последующим восстановлением воды в реакторе Сабатье и выделением кислорода из воды в электролизере. В настоящее время наиболее эффективным и целесообразным является способ концентрирования углекислого газа, основанный на циклическом адсорбционном процессе.

Интенсивность выделения углекислого газа в среде обитания экипажа определяется характером выполняемых его членами работ, который предопределяет наличие различных состояний функционирования СЖО. Применение традиционных алгоритмов управления процессами, протекающими в системе, когда поддерживается ее номинальный режим работы, приводит к перерасходу энергетических ресурсов, что становится весьма критичным при длительном автономном пребывании человека в замкнутом пространстве, когда становятся возможными нештатные или аварийные ситуации, а также происходят значимые изменения, в программе работ экипажа. Поэтому возникает необходимость совершенствования существующих систем управления циклическими адсорбционными процессами, которое должно обеспечить оптимальное (в смысле минимизации энергозатрат) управление.

Диссертационная работа выполнялась в рамках федеральных целевых программ «Исследованиями разработки по?приоритетным направлениям развития: научно-технологического комплекса; России на 2007 — 2012 годы» (проект 34-2007), «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» Р2359да92^на 2009 -2011 г.г.). . '

Целью; научного;» исследования является ¡разработка системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в системе; жизнеобеспечения замкнутого? объема, обеспечивающей», минимизацию удельного« энергопотребления в процессе очистки воздуха; от углекислого газа на множестве состояний функционирования; обусловленных различной нагрузкой; выполняемой экипажем во время длительного пребывания в замкнутом объеме.

Для достижения сформулированной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать математическую модель процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, которая позволяет изучать этот процесс в различных состояниях функционирования концентратора, в; котором1 протекают адсорбционные процессы, и быть пригодной для -применения; ее в составе системы управления этим процессом;

- провести математическое моделирование различных технологических режимов работы, концентратора углекислого газа для различных состояний'функционирования;

- поставить и решить задачу энергосберегающего управления? циклическим процессом концентрирования: углекислого' газа на длительном этапе автономного пребывания человека в замкнутом объеме;

- выбрать наиболее целесообразную систему управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого* газа, реализующую алгоритмы энергосберегающего^управления на длительном этапе автономного пребывания человека в замкнутом объеме; создать, алгоритмическое и программное обеспечение, которое можно было бы использовать при; разработке тренажера; предназначенного для подготовки экипажа к длительной' автономной работе в замкнутом объеме. ; ■ - ■ ,. Объект исследования:, Система; управления*.процессом?: адсорбционного концентрированияуглекислого газа в .СЖО замкнутого объема.

Предмет, исследования: Матемап 1ческое, алгоритмическое и программное; обеспечение системы управления?: процессом адсорбционного^ концентрирования углекислого-газа; протекающим в концентраторе углекислого газа, которое позволяет минимизировать энергетические затраты, связанные с очисткой воздуха от углекислого газа в СЖО'экипажа; длительное время пребывающего в замкнутом объеме:

Методы исследования. В? процессе решения: поставленных задач? были использованы следующие методы: системного, анализа, математического моделирования; оптимизации, математической- статистики, теории управления; процессов и аппаратов химической технологии.

Научная новизна: разработана математическая мод ель. циклического процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, протекающего в концентраторе углекислого таза системы, жизнеобеспечения замкнутого объема, которая; построена по модульному принципу и отличается тем, что в модели уравнение: кинетики адсорбции углекислого газа представляется в виде- полинома, порядок и коэффициенты; которого подлежат последующему определению, благодаря: чему с ее помощью можно изучать процессы, протекающие в концентраторе, для различных состояний его функционирования; разработан алгоритм решения системы уравнений математического описания* технологических процессов, протекающих в адсорберах, отличающийся тем, что реализуется метод-адаптивной сетки с автоматическим контролем точности получаемых решений на основе вычисления: общего материального баланса технологической схемы, благодаря чему значительно; сокращается время-вычислений;

- математически, сформулирована, задача энергосберегающего управления! циклическим процессом концентрирования- углекислого газа- , отличающаяся?, тем; что? протекающие в концентраторе углекислого газа системы жизнеобеспечения;процессы рассматриваются на длительном этапе его автономного? пребывания? в замкнутом объеме, когда возможно неоднократное изменение заданной; программы пребывание экипажа, а значит и программы функционирования концентратора, в связи с различными обстоятельствами;

- разработан алгоритм решения сформулированной задачи энергосберегающего управления циклическим; процессом концентрирования* углекислого газа, отличающийся тем, что исходная задача декомпозирована на внутреннюю и внешнюю задачи, поскольку вектор управляющих воздействий содержит как непрерывные, так и дискретные управления; при этом для; внутренней и внешней задача созданы собственные алгоритмы.

Основные положения^ выносимые на защиту.

- математическое описание процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, построенное по модульному принципу, позволяющее использовать его для исследования; данного процесса в широком спектре изменения его технологических режимов, а также в системе управления; данным процессом;

- алгоритм решения уравнений математического описания* процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, протекающего в концентраторе углекислого газа;

- результаты параметрической идентификации математической; модели процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа;

- результаты, математического моделирования по оценке влияния различных параметров; на протекание процесса адсорбционного ■ концентрирования углекислого газа в различных состояниях функционирования концентратора, обусловленных различной нагрузкой; выполняемой экипажем;

- постановка и алгоритм решениж задачи энергосберегающего управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа на1 длительном этапе автономного пребывания экипажа в замкнутом объеме; технические и программные, средства тренажерного комплекса для подготовки экипажа к длительному пребыванию в замкнутом объеме.

Практическая ценность результатов исследования. Разработанная математическая модель процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, позволяет исследовать,широкий спектр технологических режимов работы концентраторов углекислого газа, выполненных по различным конструктивным 'схемам- при этом исследуемые режимы соответствуют различным состояниям среды обитания, обусловленным разной физической нагрузкой, выполняемой экипажем.

Результаты математического моделирования и натурных исследований позволили предложить рекомендации по совершенствованию конструкции опытного образца концентратора углекислого газа, на котором проводились эксперименты.

Использование разработанной системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в реальных условиях длительного пребывания экипажа в замкнутом объеме поможет значительно сэкономить затраты электроэнергии на очистку воздуха от углекислого'газа, что, при прочих равных условиях, эквивалентно продлению срока пребывания экипажа в замкнутом объеме, а, в отдельных случаях, это может даже и сохранить жизнь экипажу.

Тренажерный комплекс для подготовки экипажа, автономно работающего в замкнутых объемах длительное время, в котором используется разработанное алгоритмическое и программное обеспечение, относящееся к процессу концентрирования углекислого газа и системы управления! им, позволяет приобретать и совершенствовать необходимые навыки, как отдельным членам экипажа, так и группам, состоящим из нескольких человек.

Отдельные результаты диссертационной работы и, в> частности, тренажерный комплекс, используются в учебном процессе кафедрой «Информационные процессы и управление», ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» для подготовки бакалавров и магистров.

Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение принято к использованию в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» в г. Тамбове:

Апробация работы: Основные результаты, диссертации докладывались и обсуждались: на международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-21», Саратов, 2008 г. и «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-23», Белгород, 2010 г.; на заседаниях ученого совета ОАО «Корпорация «Росхимзащита», Тамбов, 2009, 2010 г.г.; на научных семинарах кафедры «Информационные процессы и управление» ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», 2008-2010 г.г.

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях из перечня ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по главам, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 150 страницах машинописного текста, включая 53 рисунка и 7 таблиц.

Выводы по пятой главе

1. Разработан тренажерный комплекс для подготовки экипажа, автономно- работающего в замкнутых объемах длительное время, в котором используется программный пакет «КРУГ—2000» и разработанный1 нами, на основе ядра КРУГОЛа, программный модуль, определяющий, алгоритм функ-ционирования*этого комплекса:.

2. Программный модуль выполняет имитацию внешней среды, расчет математической модели процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, расчет системы управления, имитацию аварийных ситуаций в автоматическом или ручном режиме.

3. Разработан интерфейс тренажерного комплекса, позволяющий наглядно представлять технологическую информацию о протекании процесса концентрирования углекислого газа в концентраторе и дистанционно управлять исполнительными механизмами, а также изменять настройки регуляторов технологических переменных.

4. Тренажерный комплекс, как средство обучения, предоставляет отдельным членам экипажа или группам, численностью до 6 человек, следующие функциональные возможности:

- изучать технологический процесс адсорбционного концентрирования углекислого газа, оценивать влияние обитаемой среды на его протекание, а также управлять процессом;

- анализировать и прогнозировать последствия возможных нештатных и аварийных ситуаций, возникающих в среде обитания экипажа;

- вырабатывать и закреплять навыки управления, необходимые при реализации режимов работы концентратора углекислого газа, в связи с изменяющейся интенсивностью работ, выполняемых экипажем, и, соответственно, связанных с пересчетом технологического режима.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С целью разработки системы управления циклическим процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в. системе жизнеобеспечения замкнутого объема, которая минимизирует удельное энергопотребление на множестве состояний функционирования; обусловленных различной нагрузкой, выполняемой экипажем во время длительного пребывания в замкнутом объеме, были решены следующие задачи:

- разработана математическая модель процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, которая позволяет изучать протекающие процессы в различных состояниях функционирования концентратора углекислого газа, обусловленных различной нагрузкой, выполняемой экипажем, и которая пригодна для использования в составе системы управления процессом;

- проведено математического моделирования различных технологических режимов концентратора углекислого газа, характеризующих различные состояния его функционирования, обусловленные разнообразной физической нагрузкой экипажа во время выполняемых работ;

- содержательно сформулированы и математически поставлены задачи энергосберегающего управления циклическим процессом концентрирования углекислого газа на длительном этапе автономного пребывания экипажа в замкнутом объеме, разработаны алгоритмы решения сформулированных задач;

- проведен выбор целесообразной системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа, представляющей собой иерархическую систему, использующую 8САОА-систему и контроллер, которая позволяет реализовать соответствующие алгоритмы управления;

- разработан тренажерный комплекс дня подготовки экипажа, автономно работающего в замкнутых объемах длительное время, в котором используется программный пакет «КРУГ-2000» и созданный нами, на основе ядра КРУГОЛа, программный модуль, определяющий алгоритм функционирования этого комплекса;

- результаты исследований, проведенных в работе, были использованы в ОАО «Корпорация «Росхимзащита».

1. Г. Шарп, М. Человек в космосе / М: Шарп ; пер. с англ. ; под ред. д-ра физ.-мат. наук, проф* С.М. Городинского. М. : Мир, 1971.-200 с.

2. Обитаемость и биологические системы жизнеобеспечения: — Т. 3. Космическая биология' и авиакосмическая^ медицина / О.Г. Газенко и и-др.. - 1990. -С. 12-13.

3. ГОСТ Р 50804-95. Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Введ. 1996-07-01. — М. : Изд-во «Стандарты», 1995. -117 с.

4. Путин, С.Б. Математическое моделирование и управления процессом регенерации воздуха : монография / С.Б. Путин. — М. : Машиностроение, 2008. 176 с.

5. Громов, Ю.Ю. Моделирование и управление процессом регенерации воздуха в герметически замкнутом объеме / Ю.Ю. Громов, В.Г. Матвей-кин, Б.В. Путин // Теоретические основы химической технологии. 1997. -Т. 3,№ 6.-С. 638-648.

6. Громов, Ю.Ю. Математическая формализация процесса регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме в условиях неопределенности / Ю.Ю. Громов, C.B. Матвеев, С.Б. Путин // Системы управления и информационные технологии. 1997. — С. 53.

7. Грег, С. Адсорбция, удельная поверхность, пористость / С. Грег, К. Синг ; пер. с англ. 2-е изд. - М. : Мир, 1984. - 306 с.

8. Фенелонов, В.Б. Введение в физическую химию формирования супрамолекулярной структуры адсорбентов и катализаторов / В.Б. Фенелонов. 2-е изд., испр. и доп. - Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2004. - 442 с.

9. Матвейкин, В.Г. Математическое моделирование и управление процессом короткоцикловой безнагревной адсорбции / В.Г. Матвейкин, В.А. Погонин, С.Б. Путин, С.А. Скворцов. М.: «Изд-во Машиностроение-1», 2007. -140 с.

10. Акулов, А.К. Моделирование разделения бинарных газовых смесей методом адсорбции с колеблющимся давлением : дис. . д-ра техн. наук: 05.17.08 /А.К. Акулов. -СПб. : ГТУ, 1996.-304 с.

11. Математическое моделирование сорбционных процессов с обратными связями в системах, содержащих несколько аппаратов / А.В. Колбан-цев, В .А. Колин и др. // Деп. в ВИНИТИ. 1983. - С. 1 - 12.

12. Устинов, Е.А. Моделирование циклических адсорбционных процессов разделения газов / Е.А. Устинов // Журнал прикладной химии. 1980. — Т. 53,№ 1.-С. 136-141.

13. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов. М. : Наука, 1976. - 499 с.

14. Дорохов, И.Н. Системный анализ процессов химической технологии. Интеллектуальные системы и инженерное творчество в задачах интенсификации химико-технологических процессов и производств / И.Н. Дорохов, В.В. Меньшиков. М. : Наука, 2005. - 584 с.

15. Кафаров, В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В.В. Кафаров, М.Б. Глебов. М. : Высшая школа, 1991.-400 с.

16. Jungho, Cho Introduction to Electrolyte Process Simulation Using PRO/II with PROVISION / Cho Jungho // Department of Chemical Engineering: Dong Yang University, 2004. 27 p.

17. Радушкевич, Л.В. Связь теории динамики адсорбции с термодинамикой неравновесных процессов / Л.В. Радушкевич // Тр. III Всесоюз. кон-фер. по теорет. вопросам адсорбции. М. : Наука, 1973. — С. 73 — 82.

18. Темам, Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ / Р. Темам. 2-е изд. - М.: Мир, 1981. - 408 с.21!. Nilchan, S . On the Optimisation of Periodic Adsorbtion Processes, Ad-sorbtiom/ S. Nilchan, C.C. Pantelides. 1998. - Vol. 4. - Pi 113 - 147:

19. Брунауэр, С. Адсорбция газов и паров / С. Брунауэр. М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1948. — 784 с.

20. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники / Н:В. Кельцев. -М.: Химия, 1976.-512 с.

21. Трудоношин, В.А. Системы автоматизированного проектирования: учебное.пособие для втузов; Кн. 4. - Математические модели технических объектов: / В.А. Трудоношин, Н.В. Пивоварова. - Под ред. И.П. Норен-кова. - М.: Высшая школа, 1986. - 160 с.

22. Шайдуров, В.В. Многосеточные методы конечных элементов / В.В. Шайдуров. М. .- Наука, 1989. - 288 с.

23. Системы Grid-вычислений — перспектива для научных исследований / А.Е. Дорошенко и и др. // Проблемы программирования. 2005. — № 1. -С. 14-38.

24. Тимофеев Д.П. Кинетика адсорбции. / Д.П. Тимофеев М.:АН СССР, 1962. - 122 с.

25. Получение кислорода и азота адсорбционным разделением воздуха / В.Н: Глупанов, Ю.И: Шумяцкий, Ю.А. Серегин, С.А. Брехнер //' Про-мышлен. и санитарн. очистка газов: обзорная информация. ЦИНТИХИМ-НЕФТЕМАШ. - 1991. - 47 с.

26. Устинов, Е.А. Моделирование циклических адсорбционных процессов разделения газов / Е.А. Устинов // Журнал прикладной химии. 1980. -Т. 53,№ 1.-С. 136-141.

27. Устинов, Е.А. Закономерности динамики циклических адсорбционных процессов разделения бинарных газовых смесей / Е.А. Устинов // Журнал прикладной химии. 1980. - Т. 53, № 9. - С. 2015 - 2021.

28. Лукин, В.Д. Циклические адсорбционные процессы / В.Д. Лукин, A.B. Новосельский. Л. : Химия, 1989. — 254 с.

29. Серпионова, E.H. Промышленная адсорбция газов и паров / E.H. Серпионова. М. : Высшая школа, 1969. - 416 с.

30. Лисицын, Н.В. Синтез систем разделения многокомпонентных смесей : учеб. пособие / Н.В. Лисицын, К. Хартман, Н.В. Кузичкин. СПб. : СПбГТИ(ТУ), 2006. - 39 с.

31. ARES System Engineering LeaSafety Technical Interchange Meeting - ESTEC / N. Herber, К. Bockstahler, Dr. Joachim, H. Funke. - Noordwijk, 2008. - 109 p.

32. Закгейм, А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов / А.Ю. Закгейм. — М. : Химия, 1982. 287 с.

33. Архаров, A.M. Криогенные системы. Т.1. - Основы теории и расчета / A.M. Архаров, И.В. Марфенина, Е.И. Микулин. - М. : Машиностроение, 1996. - 576 с.

34. Архаров, А.М: Криогенные системы. Т.2. - Основы проектирования аппаратов, установок и систем / А.М: Архаров, А.И. Смородин. — : Машиностроение, 1999;-720 с.

35. Батунер, JI.H. Математические методы в химической технике / JI.H. Батунер, М.Е. Позин; под общ. ред. М;Е. Позина Л. : Химия, 1971. — 823 с.

36. Рей, У. Методы управления технологическими процессами / У. Рей. М. : Мир, 1983,-386 с.

37. Лионе, Ж.Л. Оптимальное управление системами, описываемыми, дифференциальными уравнениями в частных производных / Ж.Л. Лионе. — М. : Мир, 1975.-349 с.

38. Теория автоматического управления / В:Н. Брюханов и и др.. -М. : Высшая школа, 2003. 268 с.

39. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического.регулирования / В.А. Бесекерский, E.1I. Попов. СПб. : Профессия, 2007. - 752 с. • .

40. Юревич, Е.И. Теория автоматического управления / Е.И. Юревич. — Л. : Энергия, 1969.-376 с.

41. Артемова, C.B. Применение экспертной системы для анализа и синтеза оптимального управления технологическими процессами / C.B. Артемова, Ю.Л. Муромцев, С.Б. Ушанев // Информацион. технологии в проектировании и произ-ве. 1997.-№ 1.-С. 12-15.

42. Бояринов, А.И. Методы оптимизации в химической технологии / А.И. Бояринов; В.В. Кафаров. 2-е изд. - М;.: Химия; 1975. -575 с.

43. Варга, Дж. Оптимальное управление дифференциальными и функциональными уравнениями / Дж. Варга; М.: Наука, 1977.- 622 с.

44. Квакернаак, X. Линейные оптимальные системы управления / X; Квакернаак, Р. Сиваш М1 : Мир, 19771- 656 с.

45. Бодров; В.И: Об имитационном исследовании и выборе систем автоматической стабилизации химико-технологических процессов // В.И. Бодров, В.Г. Матвейкин // Теоретические основы химической технологии., — 1986. Т. 2, № 4. - С. 712 - 716.

46. Матвейкин, В.Г. Методы, алгоритмы и системы гарантированного оптим|ального управления химико-технологическими процессами : дис. . д-ра техн. наук : 05.13.07 : защищена 05.1991 : утв. 10.1991 / В.Г. Матвейкин: -М., 1991.- 535 с.

47. Изерман, Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман. М. :. Мир, 1984.-542 с.

48. Справочник по теории автоматического управления / под ред.

49. A.А. Красовского.-М. : Наука; 1992.- 424 с.

50. Янг, Л. Лекции по вариационному исчислению и теории оптимального управления / Л. Янг. М. : Мир, 1974. - 490 с.

51. Чаки, Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы / Ф. Чаки. М.: Мир, 1975. — 423 с.

52. Мирошник, И.В. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы / И.В. Мирошник. СПб. : Питер, 2006. - 272 с.

53. Венцтель, Е.С. Теория вероятности / Е.С. Венцтель. — М. : Наука, 1969.-576 с.

54. Поспелов, Д.А. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Д.А. Поспелов. М. : Наука, 1974. - 486 с.

55. Кафаров, В В. Анализ и синтез химико-технологических систем /

56. B.В. Кафаров, В.П. Мешалкиш -М. : Химия^ 1991. -432 с.

57. Матвейкин, В.Г. Теоретические основы энергосберегающего управления динамическими; режимами установок производственно-технического назначения : монография / В.Г. Матвейкин, Д.Ю. Муромцев. М. : Изд-во «Машиностроение-1», 2007. - 128 с.

58. Левин, В.И. Структурно-логические методы в теории расписаний : монография / В.И. Левин. — Пенза : Изд-во Пенз. гос. технол. акад., 2006. — 176 с.

59. Танаев, B.C. Введение в теорию расписаний / B.C. Танаев, В .В: Шкур-ба. М. : Наука, 1975. - 257 с.

60. Денисенко, В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием / В.В. Денисенко. — М. : Горячая линия-Телеком, 2009. 608 с.

61. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры / И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схирт-ладзе, C.B. Фролов. -М. : Изд-во Машиностроение-1, 2004. 180 с.

62. Breeze, W.E. Space vehicle environmental control requirements based on equipment and physiological criteria / W.E. Breeze // ASD Technical Report 61- 161.-1961.-489 p.

63. Чувствительность аппарата регуляции дыхания к С02 в моделируемых условиях космического полета / Л.Р. Исаев и и др.. // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1988. - Т. 22, № 2. - С. 16 - 21.

64. Konecci, В. Space ecological systems / B. Konecci // Bioastronautics. — New-York-London, Macmillian Ltd., 1964. 274 p.

65. Афанасьев, А.П. Об одной задаче квазистационарной оптимизации с дискретными управлениями / А.П. Афанасьев, С.М. Дзюба, A.A. Крим-штейн // Изв. АН. Теория и*системы управления. 1998. - № 3. - С. 73 - 84.

66. Формирование функционального состояния систем дыхания и терморегуляции при работе в атмосфере с повышенным содержанием диоксида углерода / С.В. Ливинский и и др.. // Физиология человека. 1990. - Т. 16, № 1.-С. 133- 135.

67. Системы жизнеобеспечения космических кораблей и станций: ре-фер. сб. за 1989 г. / отв. исп. З.С. Козлова. Тамбов : ТНИХИ, 1990. - 88 с.

68. Дейч, М.Е. Газодинамика двухфазных сред / М.Е. Дейч, Г.А. Филиппов. М. : Энергия, 1968. - 424 с.

69. Шервуд, Т. Массопередача / Т. Шервуд, Р. Пигфорд. М. : Химия, 1982.-231 с.

70. Сухарев, А.Г. Курс методов оптимизации / А.Г. Сухарев, A.B. Ти-мохов, В.В. Федоров. М. : Наука, 1986. - 328 с.

71. Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс / Б. Банди; пер. с англ. М. : Радио и связь, 1988. — 128 с.

72. Монтгомери, Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных / Д.К. Монтгомери; пер. с англ. JI.: Судостроение, 1980. - 384 с.

73. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. М. : Наука, 1976.-279 с.

74. Адсорбция двуокиси углерода гидратом окиси железа / A.A. Ко-раблева и и др.. // Коллоидный журнал. 1978. - Т. 40, вып. 2. - С. 351 -353.

75. Boyton, C.K. Solid С02 Removal System for Submarine application / C.K. Boyton, Jr. A.K. Colling // SAE Technical Paper Series. 1982. - 12 p.

76. Аэров, М.Э. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов' со стационарным и кипящим зернистым слоем / М.Э. Аэров, О.М. Тодес. — Л. : Химия, 1968.-510 с.

77. Бодров, В.И. Оценка точности* прогнозирования* по, математическому описанию, используемому в системе оптимального управления / В.И. Бодров, Ю.Л. Муромцев, В.Г. Матвейкин // Теоретические основы химической технологии. 1989. - Т. 23, № 3. - С. 378 - 384.

78. Серебряков, В.Н. Основы проектирования систем жизнеобеспечения экипажа космических летательных аппаратов / В.Н. Серебряков. М: Машиностроение, 1983. - 160 с.

79. Коузов, П.А. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности / П.А. Коузов, А.Д. Мальгин, Г.М. Скрябин. — Л. : Химия, 1982.-256 с.

80. Основы математического моделирования и оптимизации процессов и систем очистки и регенерации воздуха : учеб. пособие / С.И. Дворецкий, C.B. Матвеев, С.Б. Путин, Е.Н. Туголуков. — Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2008. 324 с.

81. Советов, Б.Я. Моделирование систем / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. — М. : Высшая школа, 2005. — 343 с.

82. Селезнев, В.Е. Современные компьютерные тренажеры в трубопроводном транспорте: математические методы моделирования и практическое применение / В.Е. Селезнев, В.В. Алешин, С.Н. Прялов ; под ред. В.Е. Селезнева. М. : МАКС Пресс, 2007. - 200 с.

83. Григорьев, Л.И. Компьютеризованная система подготовки диспетчерского персонала в транспорте газа / Л.И. Григорьев, С.А. Сарданашвили, В.А. Дятлов. М. : Нефть и газ, 1996. - 195 с.

84. Имитационный тренажер для обучения технического персонала ОАО «АК «Транснефть» / И.Г. Гиниятов, Е.И. Сафончик, Ф.Ш. Хафизов, A.A. Кудрявцев // Itech интеллектуальные технологии. - 2008. — № 9. — С. 70-71.

85. Изолирующие дыхательные аппараты и основы их проектирования : учеб. пособие / C.B. Гудков, С.И: Дворецкий, С.Б. Путин, В.П. Таров. — М. : Машиностроение, 2008. — 188 с.

86. Модульная интегрированная SCADA КРУГ—2000. Быстрый старт: рук-во пользователя. — 2007. — 116 с.

87. Knaebel, K.S. Adsorbent selection / K.S. Knaebel. Ohio : Adsorption Research, 2003.-21 p.

88. Кирсанов, Ю.А. Циклические тепловые процессы и теория теплопроводности в регенеративных воздухонагревателях / Ю.А. Кирсанов. — М. : Физматлит, 2007. 240 с.

89. Шумяцкий, Ю.И. Промышленные адсорбционные процессы / Ю.И. Шумяцкий. -М. : КолосС, 2009. 183 с.

90. Шумяцкий, Ю.И. Адсорбция: процесс с неограниченными возможностями / Ю.И. Шумяцкий, Ю.М. Афанасьев. М. : Высшая школа, 1998.-78 с.

91. Шумяцкий Ю.И. Адсорбционные процессы / Ю.И; Шумяцкий. -М: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. 266 с.