автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Моделирование и управление технологическими процессами гидротермической обработки древесины в условиях неоднородностей параметров объектов и внешних воздействий

л*

На правах рукописи

Oft

0

ИЗВЕКОВ Алексеи Дмитриевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ И ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.21.05 - Технология и оборудование

деревообрабатывающих производств, древесиноведение; специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1998

Работа выполнена па кафедре автоматизации производственных процессов Воронежской государственной лесотехнической академии

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Заслуженный деятель науки и техники России, доктор технических наук, профессор Петровский B.C.

доктор технических наук, профессор Шамаев В.А.

кандидат технических наук, доцент Баранников Н.И.

мебельный комбинат АО "Графское", Воронеж, ст.Графская

Защита диссертации состоится _" декабря 1998 г. в 10 часов на

заседании диссертационного совета Д064.06.01 в Воронежской государственной лесотехнической академии (394613 г.Воронеж, ул.Тимирязева 8, зал заседания ауд. 118).

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке ВГЛТА. /

Автореферат разослан " " ноября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор "<//>< Курьянов В.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесопромышленный комплекс в современных социально-экономических условиях требует широкого внедрения высоких технологий переработки древесины со снижением расхода энергии, сырья и улучшением качества лесо-продукции.

Решение многих этих задач возможно за счет эффективной автоматизации переработки древесины при оптимизации технологических режимов с использованием современных методов управления на базе компьютерных технологий. Основными задачами создания эффективных систем автоматизации является получение математических моделей технологий, алгоритмов и программ проектирования и управления процессами переработки древесного сырья.

Одним из путей повышения качества и эффективности технологических процессов гидротермической обрабогки (ГТО) древесины является компьютерная поддержка принимаемых решений при выборе оптимальных режимов. Объект управления процессами ГТО древесины характеризуется неоднородными характеристиками, переменными внешними воздействиями, что приводит к задаче оптимального выбора наилучшего варианта управления из множества допустимых в условиях неполной априорной информации о параметрах лесопродукции и неопределенности внешних воздействий.

Главным условием создания высоких технологий гидротермообработки древесины является построение систем регулирования и управления, которые будут инвариантными к следующим видам неоднородностей:

1) неоднородным возмущающим воздействиям на сам объект управления, на технологические линии подачи вещества, энергии и к неоднородным характеристикам древесного сырья;

2) неоднородным управляющим воздействиям программных систем регулирования подачи вещества, энергии на объект управления;

3) значительной инерционности материальных и энергетических потоков, а также к инерционности объектов управления;

4) изменению в процессе эксплуатации параметров, коэффициентов целевых функций объектов управления гидротермообработки древесины.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью обоснования методов и алгоритмов моделирования, управления процессами ГТО древесины с компенсацией неоднородностей характеристик и внешних воздействий для повышения эффекгивности технологий, путем реализации автоматических инвариантных систем оптимального управления.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Государственной научно-технической программой России «Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья» и является одним из разделов темы 06.003.7 ГНТК кафедры АГ1П ВГЛТА «Разработка теоретических вопросов оптимизации одно- и многокритериального управления процессом сушки древесины» (1997-2001 гг.)

Целью исследования является математическое моделирование и управление некоторыми технологическими процессами ГТО древесины с неоднородными харакге-оистиками и случайными внешними воздействиями на основе интеграции действующей, статистической и экспертной информации для создания систем автоматического управления, инвариантных к различного рода возмущениям и неоднородностям, к переменным параметрам процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: провести анализ особенностей моделирования технологий ГТО древесины с неоднородными характеристиками, внешними воздействиями и определить нуги повышения их эффективности средствами автоматизации; предложить приемлемые методы и приемы учета неуправляемых качественных переменных технологий при идентификации объектов управления процессами ГТО древесины; сформировать алгоритмы моделирования по статистической и экспертной информации в условиях возмущающих, неуправляемых качественных переменных технологий; реализовать комплекс методов и алгоритмов моделирования при идентификации и управлении технологиями ГТО; провести исследования и разработки принципов построения систем автоматического управления, инвариантных к неоднородностям характеристик древесины и процессов, к внешним возмущениям и управляющим воздействиям, к неоднородной инерционности объектов и переменности параметров целевых функций управления; провести необходимые производственные эксперименты, исследования, испытания разработанных систем автоматизации.

Методы исследования. Для решения задач использованы теоретические положения ГТО древесины, теории вероятностей и математической статистики, методы оптимизации и теории планирования и проведения эксперимента, методы синтеза систем автоматического регулирования и управления.

Научная новизна. Приемы учета неуправляемых качественны?; переменных параметров технологических процессов при построении их математических моделей, отличающиеся реализацией декомпозиции математического описания в условиях не-однородностей.

Идентификация технологических процессов ГТО древесины, отличающаяся реализацией процедуры моделирования при неполной априорной информации и интеграции экспертной и статистической информации.

Математические и оптимизационные модели процесса сушки древесины, отличающиеся учетом качественных неуправляемых переменных и их неоднородностей с целью повышения эффективности технологического процесса сушки.

Системы регулирования материальных и энергетических потоков на объекты управления процессами ГТО древесины, отличающиеся инвариантностью к возмущающим, управляющим воздействиям на эти потоки.

Системы управления процессами ГТО, отличающиеся инвариантностью к возмущениям на эти объекты и их инерционностям, к переменным по временным параметрам целевых функций управления.

Практическая ценность результатов. Использованные в работе методы идентификации и декомпозиции и математического описания нашли применение при моделировании процессов пропитки и сушки древесины, оценки реологических показателей древесины.

Для процессов ГТО древесины, отличающихся неоднородностью исходных характеристик, внешних возмущений,предложены и, частично, реализованы в практике комбинированные системы управления материальными и энергетическими потоками, средства снижения инерционности объектов и системы многокритериального управления процессами. Все это улучшило показатели технологий.

Рассмотренные методы математического моделирования и управления проце-сами ГТО древесины используются при выполнении лабораторных работ студентами специальности 21.02 «Автоматизация технологических процессов и производств ЛПК»в ВГЛТА.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов «Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭВМ» (Воронеж, 1989); Всесоюзном совещании-семинаре «Интерактивное проектирование технологических устройств и автоматизированных устройств на персональных ЭВМ» (Воронеж, 1991); научно-технической конференции «Машинное моделирование и обеспечение надежности электронных устройств» (Бердянск, 1993); Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем» (Воронеж, 1993); Региональном совещании-семинаре «Опыт информатизации в промышленности» (Воронеж, 1993); Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж, 1994, 1995); на научных конференциях ВГЛТА (Воронеж, 1996, 1997, 1998).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 21 научной статье.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, ее новизна, сформулированы цель и задачи исследований. Показаны методы исследований, практическая ценность работы.

Первая глава посвящена анализу путей повышения эффективности технологий ГТО древесины на основе учета неоднородностей характеристик древесины, возмущающих и управляющих воздействий на процессы. Рассмотрены особенности оптимизации технологических процессов ГТО древесины. Показано, что использование математических моделей и компьютерных программ дает возможность существенно повысить эффективность технологий, в частности, сушки древесины.

Во второй главе выполнен анализ неоднородностей характеристик технологий и их роли в управлении соответствующими процессами. Даны понятия и классификация неоднородностей, расчетные формулы и алгоритм оценки неоднородности. Показаны примеры неоднородностей изменения влажности пиломатериалов в процессе сушки и, в целом, их параметров низкотемпературного процесса сушки пиломатериалов в камерах периодического действия.

Рассмотрена структура иерархии моделей управления процессом сушки древесины.

Представлена схема напряжений в поверхностных зонах пиломатериалов во время трехступенчатого процесса сушки и при конечной влаго-теплообработке.. Все это показывает неоднородность, широкие пределы изменения напряжений в поверхностных зонах пиломатериалов, что является основной причиной их растрескивания в процессе сушки.

Рассмотренная схема распределения влажности по толщине заготовок накладывает свои требования к режимам сушки древесины. Неоднородность процесса сушки древесины в сушильных камерах определяется неоднородностью физических полей в камерах, различием характеристик древесины разных пород, исходным состоянием влажности заготовок, вероятностным характером возмущающих воздействий на процесс сушки, многоэтапностью режимов сушки и др.

В работе показана методика статистической оценки степени неоднородности характеристик технологических процессов ГТО древесины, представлена схема алгоритма проверки уровня неоднородности характеристик технологических процессов. Показан пример обработки опытных данных по сушке стружки в летний период в барабанной сушилке АО «Апшеронсклеспром». Анализировались возмущающие воздействия на процесс сушки: температура, влажность атмосферного воздуха, начальная влажность стружки. Так как наблюдения за процессом сушки проводились в дневное время в летний период жарких дней, то оказалось, что эти возмущения были однородными, в то время как входные изменяемые оператором параметры: расход условного топлива за 1 ч температура топочного газа в топке, температура сушильного агента на входе в барабан, температура агента сушки на выходе из барабана в упомянутые дневные летние смены оказались неоднородными с 95 % уровнем значимости. Эта неоднородность входных изменяемых параметров процесса объясняется субъективным, ручным управлением барабанной сушилкой рабочим-оператором. Если бы возмущающие воздействия учитывать и в ночные смены, то суточный характер изменения возмущений на процесс сушки показывает свою неоднородность. Эти результаты наблюдений и расчетов неоднородностей входных изменяемых параметров и возмущений на процесс сушки измельченной древесины должны быть положены в основу создания современных систем автоматического управления барабанными сушилками.

Рассмотрены основные подходы к идентификации и управлению технологическими процессами с неоднородными характеристиками. Показаны аналитические и

экспериментальные методы и их возможности при математическом моделировании процессов ГТО древесины.

В третьей главе рассмотрены методы, алгоритмы моделирования и управления технологическими процессами ГТО древесины в условиях неоднородностей внешних воздействий и параметров объектов.

Представлена структура процесса сушки древесины как объекта управления (рис. 1).

XI

Х2 •

Хп

ь ь... {к

1Ы.

Процесс сушки древесины

-* У1 ► У2

-> Уш

Рис. 1.

Х|, х2, ..., х„ - управляющие воздействия на процесс сушки, изменяющие величины входных материальных и энергетических потоков; —, 'к - параметры возмущающих воздействий, которые появляются случайным образом и нарушают заданные технологические режимы; уу2, ..., у1П - целевые функции технологического процесса.

Величины управляющих, возмущающих воздействий, параметры целевых функций в практических технологиях ГТО древесины отличаются значительной неоднородностью; многие из них характеризуются инерционностью, транспортным запаздыванием.

Проведен анализ приемлемых методов идентификации процесса сушки древесины как объекта управления. Дано обоснование определения динамических характеристик объекта по отдельным каналам управления методами разгонных кривых и пассивных статических экспериментов.

На основании анализа результатов производственных экспериментов по сушке измельченной древесины представлены рекомендации по проведению активных, пассивных экспериментов для получения математических моделей целевых функций процесса.

УГУМ), (1)

где j = 1, 2,..., ш; 1 = 1, 2, ..., п; е= 1, 2,..., к.

Рассмотрен аналитический метод теплового баланса для получения дифференциальных уравнений процессов сушки. Отмечена целесообразность и представлен ма-

тематический аппарат метода экспертных оценок для решения задач идентификации процессов гидротермической обработки древесины.

Процесс горячего прессования ДСП является чрезвычайно сложным объектом автоматического управления, на который действуют значительное число возмущающих и управляющих воздействий. С учетом реааьных показателей, характеристик производственных экспериментов обоснованы возможности проведения активного эксперимента для идентификации математических моделей целевых функций процесса горячего прессования ДСП.

Научно-практический интерес представляет идентификация процессов ГТО древесины в условиях неоднородностей качественных неуправляемых входных переменных, в частности, неоднородности характеристик исходного сырья, технологической среды, которая характеризуется распределенностью своих параметров. Камера сушки пиломатериалов не является объектом с сосредоточенными параметрами, в ней существуют поля распределенных параметров: температуры, влажности как сушильного агента, так и пиломатериалов в штабеле.

Знание полей распределенных параметров определяет места установки датчиков температуры, влажности. В работе показан пример изучения распределенности полей температуры в бассейне (тепловой ванне) на базе двухфакторного эксперимента, учитывающего координаты по глубине и по горизонтальной плоскости. Определен значительный эффект влияния глубины на распределение температуры, а взаимодействие глубины и положения на горизонтальной плоскости оказалось незначительным.

Показано, что при применении методов ре1рессионного анализа и соответствующих математических моделей действие ряда качественных неоднородных входных переменных на управляемый процесс может быть уменьшено путем рандомизации условий проведения экспериментов. В частности, очевидно, целесообразно иметь отдельные математические модели целевых функций сушки древесины для летнего, весенне-осеннего и зимнего периодов.

Рекомендуется производить декомпозицию математического описания процессов ГТО древесины по управляющим воздействиям с использованием активного эксперимента. Алгоритм декомпозиции заключается в получении границ диапазонов, в рамках которых имеется существенное различие по структуре моделей, по набору управляющих воздействий.

Рассмотрено несколько приемлемых методов оптимального управления процессами гидротермообработки древесины с неоднородными характеристиками. Использование обобщенной математической модели процесса возможно только в исследуемом диапазоне входных воздействий. Более приемлемой является применение математической модели по результатам декомпозиции математического описания процесса.

Ирм оптимизации рассматриваемых технологии целесообразно также использовать математические модели, построенные по каждой однородной компоненте по результатам пассивного и активного эксперимента. Вводя ограничения на величину входных переменных, можно сформировать оптимизационную модель в следующем виде:

У,- = У/(х\,х2,...,х„) = тах1

- ^ ■ 1— I ' (2>

X; . X: < X; ,1 = 1 ,П 'тт ' 'тах )

где х, - ¡-я входная переменная, влияющая па ]-ю выходную переменную уг

Здесь условия оптимальности мо1уг быть получены с помощью метода множителей Лагранжа.

Если процесс описывается неполной квадратичной моделью

У1 = Ро + АХ1 + ¡Ь.х2+~-+Рк\х\х2 +Рпхп> (3)

то,воспользовавшись теоремой Куна-Таккера, можно получить оптимальные значения управляющих воздействий Х] , Х2 ,..., х„ , соответствующих оптимальному значению выходной целевой функции процесса у'.

Но в основном процессы ГТО древесшш протекают в условиях неопределенности возмущающих воздействий /£,(г = 1,-К), при нестабильных характеристиках исходного сырья.

Поэтому для практики наиболее целесообразно применение адаптивного подхода при выборе оптимальных режимов ГТО древесины, причем системы автоматического управления должны быть инвариантными к неоднородностям возмущающих воздействий и исходного состояния древесного сырья.

В четвертой главе показаны результаты практической реализации методов идентификации и управления технологическим процессами ГТО древесины с неоднородными характеристиками.

В результате лабораторных экспериментов с образцами березовой древесины по стандартной методике получены математические уравнения зависимостей реологических показателей ^ от температуры Х1 и влажности древесины Х2

= а@ +«1*1 +&2х2 + а12х1х2< (4)

где а0,а1,а1,а12- эмпирические коэффициенты; У1 - длительный модуль упругости при растяжении и сжатии Е; У2 - предел прочности при растяжении а; У3 - модуль

остаточных деформаций при растяжении К|; У4 - модуль остаточных деформаций при сжатии К2.

Анализ этих уравнений показал, что расчетные критерии Фишера значительно превосходят табличные, а коэффициенты множественной корреляции находятся в пределах 0,99-0,996.

Рассмотренные уравнения реологических показателей позволяют при оптимизации режимов сушки определить реологические ограничения на режимы, гарантирующие сохранение качества высушенных материалов, в частности,с минимумом растрескивания. То есть эти ограничения дают определенную гарантию технологической безопасности сушки.

Камерная сушка древесины представляет собой сложный процесс, характеризующийся значительным числом внешних неоднородных воздействий. Для обоснованного отбрасывания малозначимых входных факторов проведены отслеживающие эксперименты методом ранговой корреляции, выполнены также экспертные оценки, получены ранжировки входных параметров, вычислены соответствующие коэффициенты конкордации.

Критерием оптимизации (выходным показателем процесса) при ранжировке входных параметров был принят процент выхода годных, без трещин пиломатериалов.

Получена следующая ранжировка входных параметров в порядке убывания обобщенных рангов: Х2 - температура сушки в начальной стадии; Х6 - сечение пиломатериалов; Х1 - начальная влажность пиломатериалов; Х^ - влажность сушильного агента в процессе сушки; Х3 - температура в конечной стадии сушки; Х5 - продолжительность сушки; Х9 - влажность воздуха при термовлагообработке после сушки; Х7 -время термовлагообработки после сушки; Хв - температура термовлагообработки после сушки.

В результате планирования и реализации плана пассивного эксперимента установлена статистическая выборка процесса сушки заготовок дуба на АО «Мебель черноземья» по нормативным трехступенчатым режимам. Выходными параметрами процесса, целевыми функциями были: У) - растрескивание заготовок, %; у2 - коробление заготовок, %; у3 - продолжительность сушки, суток.

Определены нелинейные, адекватные процессу сушки, математические модели по каждой целевой функции, критерию оптимальности у/х;). Проведено нормирование целевых функций и в соответствии с их весом выполнена свертка целевых функций в аддитивную функцию \/(у).

К(у) = 0,4п (х,) + 0,2)'2 (х; ) + 0,4О,) -> пип.

(5)

Оптимальные значении входных управляемых неременных, минимизирующих нелинейную аддитивную функцию, находились методом Ныотона-Рафсона, имеющим программную реализацию. Использование оптимальных режимов сушки, при их многокритериальной оптимизации, обеспечивает существенное снижение растрескивания заготовок дуба и сокращение времени сушки.

В работе также показаны особенности многокритериальной оптимизации сушки измельченной древесины н барабанных сушилках.

Сушильные камеры, бассейны проварки фанерного сырья отличаются значительной инерционностью. Время их выхода на заданный режим по температуре характеризуется неоднородностью и составляет 2-6 ч. Большая инерционность этих объектов не обеспечивает достаточно высокие показатели систем стабилизации и тем более программных систем регулирования температуры, что снижает производительность технологий, ведет к существенному перерасходу тепловой энергии.

Если греющий пар подается непосредственно в бассейн или нагретый воздух подается сразу в сушильную камеру, то такие объекты описываются дифференциальными уравнениями первого порядка

Т~- + У=к0бё- (6)

ш

Если тепловая энергия поступает в сушильную камеру через калорифер с постоянной времени Т|, то дифференциальное уравнение такого двухемкостного объекта примет вид

,2 .

П\—%- + {Т+Ц)^ + у = коб8, (7)

Л Л

где у - температура нагреваемой среды в объекте; g - величина открытия вентиля подачи пара, 1; к^ - коэффициент передачи объекта; Т - постоянная времени, мера инерционности объекта регулирования, загруженного «холодным» сырьем, зависит от объема, количества, размеров, породы загруженного сырья.

В работе рассмотрено использование для таких объектов простых, гибких положительны?; обратных связей с передаточной функцией Woc(p)=kocp, здесь р - оператор Лапласа, который при тгулевых начальных условиях рассматривается как оператор дифференцирования р=(1/(к, кос - постоянная величина, имеющая размерность времени.

В этом случае рассмотренные дифференциальные уравнения объектов регулирования температуры и сушильных камерах, бассейнах принимают вид

(Т-кобкос)у +у = ко6ё> ЩУ +(T+^1 - кобкос)у + у = ко6ё

(8) (9)

Следовательно, у объектов первого порядка при к„6к„с<Т исходная неоднородная инерционность Т в процессе регулирования может может быть значительно снижена, при Т=ко6кос объект теоретически становится вообще безынерционным, а при кобкщ^Т система регулирования будет неустойчивой. У объектов второго порядка постоянная времени при первой производной в основном и определяет инерционность регулируемого процесса. При сопоставлении дифференциальных уравнений (7) и (9) видно, что (Т+'Г|)>(Т+Т1-ковкос), то есть снижение неоднородной инерционности объектов второго порядка ускоряет переходные процессы при регулировании температуры, но при этом несколько снижается демпфирование этих процессов.

Использование ПИД-ре1уляторов компенсирует это негативное явление. Техническая реализация простой гибкой положительной обратно,! связи для изучаемых объектов заключается в установке термопары с дифференцирующим устройств,ом, сигнал с которого суммируется с входным сигналом регулятора. Такое научно-техническое решение позволяет повысить быстродействие, точность, эффективность управления неоднородными инерционными процессами гидротермической обработки древесины.

В этой главе также рассмотрены в упрощенном варианте вопросы оптимизации процесса пропитки, покрытия поверхности заготовок лаком, а также особенности многокритериальной оптимизации технологий сушки измельченной древегины.

В научном и частично в практическом плане решены основные задачи синтеза систем многокритериального, инвариантного управления инерционными процессами гидротермообработки древесины с неоднородными параметрами.

Применяемые в деревообрабатывающей промышленности системы автоматического регулирования неоднородными циклическими процессами не используют эффективные принципы инвариантности к возмущающим и управляющим воздействиям, не применяются методы и средства снижения неоднородной инерционности тепловых объектов в процессах регулирования, не учитывается дрейф коэффициентов передачи, постоянных времени, коэффициентов математических моделей целевых функций вследствие износа оборудования и других причин.

Для решения этих задач в работе показаны результаты исследований и научных разработок по синтезу системы многофункционального, многокритериального инвариантного управления инерционными процессами ПО древесины с неоднородными параметрами (рис. 2).

Эта система является инвариантной к возмущающим воздействиям Г],...,^ на сам объект управления и инвариантной к возмущающим .,ГЙ„ воздействиям и к

управляющим воздействиям на регулируемые входные энергетические и ма-

териальные потоки.

В той или иной мерз эта система вполне приг одна для управления: процессами сушки пиломатериалов в сушильных камерах, автоклавах, сушки измельченной древесины в барабанных сушилках, процессами прессования древесных плит, фанеры, пластиков.

Структурная схема (рис. 2) отражает следующие принципы автоматического ре:улировапия и управления.

1) Многокритерналькая оптимизация процесса ГТО древесины выполняется в соответствии с решением экстремальной задачи управления с помощью математической модели, состоящей из] целевых функций.

Рис. 2.

УГУ/Я 1,".,&,;/ь~/к)->ех1г 7=1,2,...,т

Целевые функции у^ получаются по результатам активного, пассивного эксперимента^ они характеризуют показатели качества получаемой продукции, расход сырья, энергии, материалов, производительности, экономические показатели. Я1(0,...,ц„(0 - управляющие воздействия на сам технологический объест, изменяющие подачу вещества, энергии, материалов на процесс. ^(1).,Гк(1) - возмущающие воздейст-

вия на объект управления, появляющиеся случайным образом и "уводящие" целевые функции управления из зон их экстремумов.

Вычислительная процедура многокритериальной оптимизации заключается в нормировании целевых функции с последующей сверткой их н аддитивную функцию с учетом их коэффициентов веса. Экстремум аддитивной функции и оптимальное значение находятся одним из приемлемых математических методов.

2) Возмущающие воздействия ^(О,...,^) невозможно прогнозировать, их необходимо измерять. При изменении параметров этих воздействий компьютерная программа многокритериальной оптимизации должна вычислять новые оптимальные значения управляющих воздействий я" (0, которые не позволяют выходить целевым функциям из зон их экстремумов. Система управления становится инвариантной к возмущениям на сам процесс ГТО.

3)Опгимальные значения управляющих воздействий £,"(<) на объект ГТО должны быть точно реализованы путем стабилизации или изменяться по программе подачи энергии, вещества, материалов на объект управления. Но появляющиеся сильные внешние возмущения на сами энергетические и материальные потоки часто не дают возможности точно реализовать величины g° ({) (например,резкие колебания температуры и давления греющего пара).

Поэтому на каждый входной поток энергии, вещества нужно установить регуляторы с блоками компенсации <рл(р) возмущающих воздействий на эти потоки, причем

^(р) раз

где р = -~',1У(р)0(,{- передаточная функция потока по каналу возмущения; Н'(р)[т = IV (р)0бИ'(р)рег ~ передаточная функция системы регулирования в разомкнутом состоянии по каналу управления; т0,Г],т2,— — константы, характерные для данной системы.

4) Для многокритериального циклового управления процессами горячего прессования древесных материалов необходимо с высокой точностью реализонывать программы изменения по времени оптимальных значений управляющих воздействий Я? (I)- Существующие программные регуляторы по отклонению часто достаточно точно не решают эту задачу. Для устранения этого явления необходимо в кал:дую систему программного регулирования входных энергетических, материальных потоков ввести блоки компенсации динамических, статических ошибок с передаточной функцией

»4/0.

= Р + чр +■■••

(П)

Для высокоточной реализации оптимальных управляющих воздействий g,0(t) rto заданной временной программе достаточно в блоке компенсации иметь три члена ряда (11), реализующих величину, скорость, ускорение заданных управляющих воздействий.

5) В каждом цикле автоматического управления прессами горячего прессования древесных плит, фанер, пластиков приходится реализовывать требуемые временные диаграммы, например, давления, температуры процесса. Иногда энергетические потоки являются достаточно инерционными, что вызывает нежелательные динамические забросы переходных процессов в каждом цикле. Для устранения этого явления целесообразно объекты регулирования входных энергетических потоков охватывать положительными гибкими обратными связями. Кроме этого, энергетические и материальные потоки в процессе эксплуатации изменяют свои коэффициенты передачи, постоянные времени, вследствие чего локальные регуляторы на входных потоках должны менять параметры своих настроек.

6) В процессе эксплуатации технологических установок ПРО древгсшш, вследствие износа оборудования и резких изменений параметров сырья, "плывут" коэффициенты аддитивной функции многокритериального управления, что ухудшает показатели качества технологического процесса. Наличие компьютера в кошуре управления дает возможность периодически в автоматическом режиме фиксировать в одни и те же моменты времени величины gj(t), fe(t), yj(t). Проведя такие фиксации N раз (N -число необходимых опытов для пассивного эксперимента), представляется возможным уточнить в программе управления соответствующие величины коэффициентов.

7) Реализация рассмотренных научно-технических разработок базируется на необходимости использования цифровой информации с выхода датчиков неоднородных возмущающих воздействий на объект управления f|(t),...,fk(t); значений целевых функций управления yi(t),...,yn(t); неоднородных возмущений на входные энергетические и материальные потоки fgi(t),...,fgn(t); действующих неоднородных значений величин материальных и энергетических потоков gi(t),...,gr„(t).

Компьютерная программа управления должна включать в себя все вышеперечисленные модели подпрограмм инвариантной, многокритериальной системы управления инерционными процессами с неоднородными параметрами, в том числе и законы регулирования локальных регуляторов на входных энергетических и материальных потоках.

Заключение

1. В работе выполнен анализ технологий ГТО древесины с точки зрения их не-однородностей, что дало возможность рассмотреть основные направления автоматической оптимизации этих процессов.

2. Обоснованы способы учета неоднородных возмущающих воздействий при построении математических моделей процессов и их декомпозиции. Все это определило принципы построения систем автоматического регулирования входных энергетических и материальных потоков, которые должны быть инвариантными к соответствующим возмущениям.

3. Рассмотрены методы математического описания реологических показателей древесины, что дает необходимое обоснование организации многоступенчатой сушки древесины, гарантирующей сохранение качества пиломатериалов.

4. Учет неоднородности возмущающих, управляющих воздействий на процессы ГТО древесины позволяет создавать высокоточные системы стабилизации программного регулирования параметров входных потоков.

5. Методы оптимального управления процессами ГГО древесины с неоднородными характеристиками должны строиться на математических моделях, уплывающих изменение управляющих и возмущающих воздействий.

6. Переход от традиционной системы стабилизации параметров агента сушки в существующих сушильных камерах к- многокритериальному управлению в режиме "компьютерный советчик" обеспечивает поиск и реализацию оптимальных многоступенчатых режимов сушки с учетом начальной влажности, толщины заготовок, параметров окружающей среды. Все это дает возможность сократить время сушки и снизить процент технологического брака по растрескиванию.

7. Экспериментальная модернизация системы программного регулирования давления горячего прессования ДСП на АО "Апшеронсклеспром" позволила точно реализовать программу и улучшить показатели этой технологии.

8. На АО "Мебель Черноземья" в одной из сушильных камер проведены наблюдения по реализации средств компенсации неоднородно пей параметров греющего пара и снижения инерционности сушилки в процессе регулирования, что дало возможность снизить растрескивание высушенных пиломатериалов.

Основное содержание диссертации опубликовано в статьях: 1. Извеков А.Д., Петровский B.C., Шаповалов A.A. Синтез систем многокритериального управления инерционными процессами гидротермообработки древесины с неоднородными параметрами^Сборник научных трудов ЦГТЛА "Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий лесного комплекса". Воронеж, 1998. С. 244.

2. Извеков А.Д., Сафонов Л.О., Шаповалов А.А. Неоднородности управляющих и возмущающих воздействий в системах управления сушкой древесины// Сборник научных трудов ВГТЛА 'Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий лесного комплекса". Воронеж, 1998. С. 251.

3. Извеков А.Д., Сафонов А.О. Оптимизация процесса сушки измельченной древесины в производстве плит// Межвузовский сборник научных трудов "Оптимизация и моделирование в автоматических системах". Воронеж: ВГТУ, 1997. СЛ19-205.

4. Извеков А.Д., Петровский B.C., Платонов А.Д. Синтез систем комбинированного регулирования параметров процесса горячего прессования древесностружечных плит//Сборник научных трудов ВГЛТА "Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий лесного комплекса". Воронеж:)!!"ГЛА, 1997. С.224.

5. Извеков А.Д., Платонов А.Д. Математическое моделирование и оптимизация технологических режимов технологий производства ДСП // Сб.науч.тр.ВГТУ "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". Ч. 2. Воронеж, 1996. С.234-246.

6. Извеков А.Д., Платонов А.Д. Особенности проведения пассивного производственного эксперимента в технологии горячего прессования древесностружечных шшг//Сб.научлр.ВГТУ "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". 4.2. Воронеж, 1996. С.231-234.

7. Вариводина И.Н., Извеков А.Д., Петровский B.C. Автоматическое регулирование и управление камерной сушкой мебельных заготовок дуб;)// Сборник научных трудов ВГТУ "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". 4.1. Воронеж, 1996. С. 9-14.

8. Извеков А.Д., Петровский B.C., Родионов О.В. Декомпозиция математического описания статики обг-ектоп с неоднородными характеристиками по экспериментальным данным'/ Сб.науч/гр. ВГТУ "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". 4.1. Воронеж, 1995, С. 88-94.

9. Извеков А.Д., Фролов В.Н. Идентификация статических характеристик объектов по однородным компонентам методом направленного опроса специали-стог//Сб.иауч.тр. ВГТУ "Высокие технологии в технике, медицине и образовании". 4.1. Воронеж, 1995. С. 83-83.

Ю.Извеков А.Д., Зеленш Ю.Г., Петровский B.C. Математическое описание зависимости реологических коэффициентов от температуры и влажности древесины и оптимизация процесса ее сушки// Сб. науч.тр. ВГТУ "Высокие технологии в технике и медицине". 4.2. Воронеж: ВГГУ, 1995. С.51-55.

11. Извеков А.Д., Зеленин Ю.Г., Фролов В.Н. Выделение существенных входных параметров производственного технологического процесса сушки древесины методом ранговой корреляции//С'б. науч. тр. ВГТУ "Высокие технологии в технике и медицине". 4.1. Воронеж: ВГТУ, 1995. С.42-47.

12.Извеков А.Д., Фролов В.Н. Влияние реологических показателей древесины на оптимизацию процесса сушки древесины//Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине". Воронеж, 1994. С. 159.

13. Извеков А.Д. Предварительное исследование технологического процесса сушки древесины для построения математического описания и оптимизации// Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине". Воронеж, 1994. С. 36.

Н.Извеков А.Д. Идентификация объектов с неоднородными характеристиками в условиях качественных неуправляемых переменных// Тез. докл. Регионального совещания-семинара "Опыт информатизации в промышленности". Воронеж, 1993. С. 93.

15. Извеков А.Д. Математическое описание объектов управления с учетом качественных переменных// Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара "Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем". Воронеж, 1993. С. 83.

16. Извеков А.Д., Родионов О.В., Фролов М.В. Автоматизированный анализ надежности объектов с неоднородными характеристиками// Тез. докл. научно-технической конференции "Машинное моделирование и обеспечение надежности электронных устройств". Бердянск, 1993. С. 30.

17. Извеков А.Д. Методы декомпозиции математического описания объектов ГПС • по результатам пассивного эксперимента и направленного опроса специалистов// Тез. докл. Всесоюзного совещания-семинара молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭВМ". Воронеж, 1991. С.242.

18. Извеков А.Д., Родионов О.В., Фролов В.Н. Методы декомпозиции математического описания сложных объектов по индексации биоднородных компонент // Тез. докл. Всесоюзного совещания-семинара "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ". Воронеж, 1991. С. 80-81.

19. Извеков А.Д. Методы декомпозиции математического описания в условиях не-однородностей по индивидуальным оценкам объектов и.индексации однородных компонент// Сб. науч. тр. "Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах". Воронеж: ВПИ,1991. С. 173-175.

20. Извеков А.Д., Родионов О.В., Фролов В.Н. Методика построения моделей однородной компоненты при неоднородности количественных неуправляемых входных переменных// Сб. науч.тр. "Компьютеризация в медицине". Воронеж: ВПИ, 1991. С.140-143.

21. Методы идентификации объектов управления в условиях неоднор ода остей и качественных неуправляемых переменных физиологичеасих процессов и технологических систем/ Э.ИЛЗоробьев, А.Д.Извеков, О.В.Родионои, В.Г.Сурков, М.В.Фролов// Сб.науч.тр. "Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах". Воронеж: ВПИ,1993. С.161-166. ^/J^'

ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано в печать 06.11.98. Формат 60x84/16.

Объем 1,0 усл.печ.л. Тираж 85 экз.

Заказ

Издательство Воронежского государственного технического университета

394026 Воронеж, Московский просп., 14

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи ИЗВЕКОВ АЛЕКСЕЙ ДМИТРИЕВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ И ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Специальность 05.21.05 - Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение;

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки и техники РФ, академик Российской Академии естественных наук, д. т.н., профессор Петровский B.C.

Воронеж 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................... 4

1. НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ........... 12

1.1. Особенности технологических процессов деревообработки.............................................. 12

1.2. Особенности оптимизации технологических процессов гидротермообработки древесины...................... 17

1.3. Цель и задачи исследования.....•.................... 22

2. АНАЛИЗ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ХАРАКТЕРИСТИК И ИХ РОЛЬ

В УПРАВЛЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ................ 26

2.1. Понятие и классификация неоднородностей............ 26

2.2. Статистическая оценка степени неоднородности характеристик технологических процессов гидротермообработки древесины.................................... 41

2.3. Основные подходы к идентификации и управлению технологическими процессами с неоднородными характеристиками................................................ 56

Выводы второй главы..................................... 68

3. МЕТОДЫ, АЛГОРИТМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ГИДРОТЕРМООБРАБОТКИ

ДРЕВЕСИНЫ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНОСТИ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

И ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ................................... 69

3.1. Методы идентификации технологических процессов

гидр о термообработки древесины...................... 69

3.2. Особенности математического моделирования процесса горячего прессования ДСтП...........................94

3.3. Идентификация технологических процессов гидротермообработки древесины в условиях неоднородностей качественных неуправляемых входных переменных..........................................98

3.4. Методы оптимального управления технологическими процессами с неоднородными характеристиками........109

Выводы третьей главы....................................112

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ

И УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

ГИДРОТЕРМООБРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ С НЕОДНОРОДНЫЙ

ХАРАКТЕРИСТИКАМИ. .......................................114

4.1. Математическое описание реологических показателей древесины и простейшая оптимизационная модель процесса сушки.....................................114

4.2. Математическое описание и оптимизация процесса сушки древесины.......................................... 119

4.3. Компенсация неоднородных инерционностей объектов гидротермообработки древесины охватом их

обратными связями......-............................135

4.4. Особенности оптимизации процесса сушки измельченной древесины.______•.............. .......141

4.5. Оптимизация процесса пропитки, покрытия поверхностей заготовок лаком.......................148

4.6. Синтез систем комбинированного регулирования параметров процессов гидротермообработки древесины при неоднородных характеристиках греющего пара____ 149

4.7. Синтез систем многокритериального, инвариантного управления инерционными процессами гидротермообработки древесины с неоднородными параметрами........157

Выводы четвертой главы..................................170

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................172

ЛИТЕРАТУРА.................................................177

ПРИЛОЖЕНИЕ.......................... ........................194

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Лесопромышленный комплекс в новых социально-экономических условиях требует дальнейшего улучшения структуры производства, повышения производительности и эффективности использования сырья, внедрения ресурсосберегающих технологий от вывозки древесины до ее глубокой переработки, снижения энергоемкости, улучшения качества продукции.

Решение этих задач возможно за счет эффективной автоматизации переработки древесины при оптимизации технологических режимов с использованием современных методов управления, регулирования, контроля и учета на базе компьютерных технологий. При этом автоматизация компьютерного управления направлена на интенсификацию и повышение экономической эффективности соответствующих производств. Основными задачами создания эффективных систем автоматизации является получение математических моделей технологических процессов, алгоритмов и методов оптимального проектирования и управления переработкой сырья.

Поиск путей эффективного решения этих задач и выбор рационального решения возможны лишь на основе научно обоснованных расчетов поведения систем управления и оборудования, участвующего в реализации оптимизируемых технологических процесов.

С концепцией повышения эффективности технологий и качества продукции деревообработки тесно связано развитие и использование методов оптимизации систем управления. Проблема оптимизации возникает при планировании и управлении технологическими процессами, при управлении экономическими системами, при идентификации объектов и систем, в задачах планирования эксперимента. Имеется достаточно большое количество объектов управ-

ления лесного комплекса, для которых характерны высокая степень участия человека в выборе тактики управления, оценки эффективности и качества ведения технологических процессов, в принятии текущих решений.

Одним из путей повышения качества, эффективности технологических процессов гидротермообработки древесины является применение методов интеллектуальной поддержки принимаемых решений при выборе оптимальных режимов. В свою очередь, эффективность интеллектуальной компьютерной поддержки существенным образом зависит от точности и адекватности математического описания технологических процессов и возможностей их автоматизированного моделирования.

Особый класс объектов управления в деревообработке образуют технологии с неоднородными характеристиками внешних воздействий, древесного сырья, что приводит к задаче оптимального выбора, связанного с предложением наилучшего варианта управления из множества допустимых в условиях неполной априорной информации о параметрах лесопродукции и неопределенностей. Поэтому одной из важных здесь проблем является выбор методов и разработка алгоритмического обеспечения процедуры идентификации характеристик технологиий деревообработки с неоднородными характеристиками сырья и внешних воздействий.

Весьма важным для создания высоких технологий гидротермообработки древесины является построение систем регулирования и управления, которые будут инвариантными к следующим видам не-однородностей.

1. К неоднородным возмущающим воздействиям на сам объект управления и на каналы подачи вещества, энергии на объект управления и к неоднородным характеристикам древесного сырья.

2. К неоднородным управляющим воздействиям программных систем регулирования подачи вещества, энергии на объект управления.

3. К значительной инерционности технологических материальных и энергетических потоков на объект управления.

4. К изменению в процессе эксплуатации параметров, коэф-фициетов целевых функций технологических объектов управления.

Таким образом, актуальность - темы определяется необходимостью обоснования методов и алгоритмов автоматизированного моделирования технологических процессов гидротермообработки древесины с неоднородными характеристиками для повышения их эффективности путем реализации автоматических инвариантных систем оптимального управления.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Госу-дарственой научно-технической программой России "Комплексное использование и воспроизводство древесного сырья" и является одним из разделов темы 06.003.8 ГНТК кафедры АПП ВГЛТА "Разработка теоретических вопросов оптимизации одно и многокритериального управления процессом сушки древесины"(1997-2001г.г.).

Цель и задачи исследования. Целью работы является математическое моделирование и алгоритмизация некоторых технологических процессов гидротермообработки древесины с неоднородными характеристиками и случайными внешними воздействиями на основе-интеграции действующей, статистической и экспертной информации для создания систем автоматического управления, инвариантных к различного рода возмущениям и неоднородностям, к переменным параметрам процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо было методами

теории технологии деревообработки и автоматизации производства решить следующие задачи:

провести анализ особенностей моделирования технологических процессов гидротермообработки древесины с неоднородными характеристиками, внешними воздействиями и определить пути повышения их эффективности средствами автоматизации;

предложить приемлимые методы и приемы учета неуправляемых качественных переменных технологий при идентификации объектов управления процессами гидротермообработки древесины;

сформировать алгоритмы моделирования по статистической и экспертной информации в условиях возмущающих, неуправляемых качественных переменных технологий;

реализовать комплекс методов и алгоритмов автоматического моделирования при идентификации и управлении технологическими процессами гидротермообработки древесины.

для процессов гидротермообработки провести исследования и разработки принципов постоения систем автоматического управления, инвариантных к неоднородностям характеристик древесины и процессов, к внешним возмущающим и управляющим воздействиям, неоднородной инерционности объектов и переменности параметров целевых функций управления;

провести необходимые производственные эксперименты и испытания разработанных систем автоматизации;

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы теоретические положения гидротермообработки древесины, теории вероятностей и математической статистики, методы оптимизации, теории планирования и проведения эксперимента, методы синтеза систем автоматического регулирования и управления.

Научная новизна.

Приемы учета неуправляемых качественных переменных параметров технологических процессов при построении их математических моделей, отличающиеся реализацией декомпозиций математического описания в условиях неоднородностей,

Идентификация технологических процессов гидротермообработки древесины по экспертной информации,отличающаяся реализацией процедуры моделирования при неполной априорной информации и интеграции экспертной и статистической информации.

Математические и оптимизационные модели процесса сушки древесины, отличающиеся учетом качественных неуправляемых переменных и их неоднородности с целью повышения эффективности технологического процесса сушки.

Системы регулирования материальных и энергетических потоков на объекты управления процессами гидротермообработки древесины, отличающиеся инвариантностью к возмущающим, управляющим воздействиям на эти потоки.

Системы управления процессами гидротермообработки, отличающиеся инвариантностью к возмущениям на эти объекты и к их инерционности, к переменным по времени параметрам целевых функций управления.

Практическая ценность результатов' работы.

Рассмотренная методика использования систем моделирования технологий в условиях неоднородности характеристик и качественных неуправляемых переменных является инвариантной к предметно-ориентированным областям технологических процессов в деревообработке.

Использованные методы идентификации и декомпозиции математического описания нашли применение при моделировании про-

цессов пропитки и сушки древесины, оценки реологических показателей.

Для процессов гидротермообработки древесины, отличающихся неоднородностью исходных характеристик, внешних возмущений предложены и частично реализованы в практике комбинированные системы управления материальными и энергетическими потоками, средства снижения инерционности объектов и системы многокритериального управления процессами. Все это существенно улучшило показатели технологий.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых и специалистов "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроэвм" (Воронеж, 1989); Всесоюзном совещании-семинаре "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных устройств на персональных ЭВМ" (Воронеж, 1991); научно-технической конференции "Машинное моделирование и обеспечение надежности электронных устройств" (Бердянск, 1993); Всероссийском совещании-семинаре "Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1993); Региональном совещании-семинаре "Опыт информатизации в промышленности" (Воронеж, 1993); Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж, 1994, 1995); На научных конференциях ВГТЛА (Воронеж, 1996,1997, 1998г.).

Публикации. По теме диссертации сделано 21 научная публикация.

В первой главе рассматриваются особенности моделирования и управления технологическими процессами в деревообработке и основные направления в оптимизации технологических процессов. Показано, что одним из путей повышения эффективности технологических процессов является учет неоднородности характеристик технологических процессов, внешних воздействий при выборе оптимального управления, применение компьютерных технологий и современных методов оптимального управления технологическими процессами деревообработки. Сформулированы, исходя из актуальности темы, цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена понятию и классификации неоднород-ностей технологических процессов, методике оценки неоднородности характеристик технологических процессов и выбору основных подходов к управлению и идентификации технологических процессов с неоднородными характеристиками. Показано, чтс наличие неоднородностей порождает множество тактик ведения технологического процесса, обладающих разнообразием, что позволяет осуществлять процедуру выбора лучшего управления.

В третьей главе обосновываются методы и алгоритмы моделирования и управления технологическими процессами гидротермообработки древесины в условиях неоднородностей. Предложены и разработаны методы идентификации технологических процессов с неоднородными характеристиками и методы идентификации технологических процессов при наличии качественных неуправляемых входных переменных, существенно влияющих на управление процессами. Рассматриваются математические модели и алгоритмические процедуры оптимального управления технологическими процессами с неоднородными характеристиками для повышения эффективности производства.

В четвертой главе рассматривается практическая реализация методов идентификации и управления технологическими процессами гидротермообработки древесины с неоднородными характеристиками, приводятся результаты, показатели эффективности предложенных в работе методов, алгоритмов, средств управления технологическими процессами с неоднородными характеристиками и переменными внешними воздействиями.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы, их научное и практическое значение.

В приложении приведено программное обеспечение и акты производственных экспериментов и результатов внедрения работы в практику.

1. НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ-ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩЕМ ПРОИЗВОДСТВЕ

1.1. Особенности технологических процессов деревообработки

Лесная промышленность на современном этапе в новых социально-экономических условиях хозяйствования требует дальнейшей структуриализации, повышения эффективности использования сырья, улучшения качества выпускаемой продукции и снижения энергетических затрат на единицу продукции с целью повышения конкурентноспособности лесопродукции как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Лесопромышленный процесс охватывает обработку древесины от валки леса, переработки хлыстов до механической обработки, сушки древесины, изготовления строительных деталей, мебели. Предприятия реализуют свою продукцию в виде лесоматериалов и изделий деревообработки. На этих предприятиях производственный процесс включает в себя основные технологии переработки древесины: раскряжевку хлыстов, распиловку бревен, переработку пило