автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Нечеткие алгоритмы управления периодическими реакторными процессами

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

АБУТАЛЫБОВА ДИНАРА ЭДУАРДОВНА

НЕЧЕТКИЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ РЕАКТОРНЫМИ ПРОЦЕССАМИ

(НА ПРИМЕРЕ ЖИДКОФАЗНЫХ ПРОЦЕССОВ ОКИСЛЕНИЯ КСИЛОЛОВ)

05.13.07 — автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена на кафедре гибких автоматизированных систем Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор (Перов В. Л. |; кандидат технических наук» доцент Егоров А. Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Софйев А. Э.; доктор технических наук, профессор Дворецкий С. И.

Ведущая организация.— Московское научно-производственное объединение «Научно-нсследова-тельский институт органических полупродуктов и красителей».

Защита диссертации состоится -¿¿^¿¿¿¿^е-

1994 года в -/У час на заседании специализированного совета Д 053.34.08 в РХТУ им. Д. И. Менделеева (125047, Москва А-47, Миусская пл., д. 9)

в ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева. - 1 : -

Автореферат разослан ¡994 г

Ученый секретарь специализированного совета

Д. А. БОБРОВ

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. В настоящее время гибкие автоматизированные химические производства используется для выпуска различных продуктов малотоннажной химии , в тон числе и для выпуска продуктов жидкофазного окисления ксилолов, которые широко используются б производстве полимеров и красителей. Эти процессы организуются в виде последовательности стадий . среди которых важное место занимают процессы, протекающие в периодическом реакторе или реакторной подсистеме с рециклом.

Отличительной особенностью Функционирования периодических реакторных подсистем в гибких многоасссртиментных производствах является выпуск различных продуктов на одном оборудовании-. Причем в условиях реально действующих возмущений, из-за частой сменяемости продуктов и небольшого срока завершения выпуска каждого из продуктов задачу управления приходится решать в условиях неопределенности исходной информации и зачастую отсутствия математических моделей при наличии лишь качественной информации оС обьекте управления.

8 связи с вышесказанным разработка нечетких алгоритмов оптимального управления периодическими реакторными процессами является актуальной научной и практической задачей.

Работа выполнялась в соответствии с Государственной на^ ко-технической программой " теоретические основы химической нологии и новые принципы управления химическими процессами".Задание 7.10. " Разработка основных принципов кибернетической организации химических производств и алгоритмов адаптивного и оперативного управления гибкими химико-технологическими системам".

Цель и задачи исследования___ В связи с вышеизложенным в

данной работе били поставлены и решались следующие задачи:

- исследование и математическое моделирование процессов в периодической реакторной подсистеме с рециклом, предназначенной для окисления ксилолов;

- анализ тепловой устойчивости и расчет конструктивных и технологических параметров реакторной подсистёмн окисления м-ксилола, обеспечивающих ее устойчивый режим работы;

- разработка численных оптимальных по быстродействии алгоритмов управления периодическими реакторными процессами окисления кси-

- г -

лолов;

- разработка нечетких алгоритмов управления периодическими реак- • торными процессами в гибких химико-технологических системах (ХТС) в условиях неполной исходной информации ;

- проведение имитационного моделирования численных оптимальных по быстродействию и нечетких алгоритмов управления с целью их сравнительного анализа и проверки эффективности разработанных нечетких алгоритмов управления.

Научная новизна. В работе проведен системный анализ периодических реакторных процессов и подсистем в гибких химико-технологических системах как сложных объектов управления .показавший, что они имеют нелинейные нестационарные характеристики и функционируют в условиях неопределенности. 1

Предложен новый метод синтеза математических моделей динамики сложных химико-технологических систем, в которых в яеном виде присутствуют материальные потоки, характеризующие доли рецикла и байпаса, что позволяет учитывать их влияние на устойчивость, чувствительность и другие характеристические свойства сложных' систем.

Проведен анализ.тепловой устойчивости и определена доля рецикла и поверхность теплообмена , обеспечивающие устойчивый реет, работы реакторной подсистемы с рециклом для процесса окисления м-ксилола.

Разработан алгоритм оптимального управления процессом нагревания реакционной массы с использованием метода нечеткого математического программирования и рассчитана матрица стратегий управления в условиях неполной информации.

С использованием метода логической оценки качественной информации разработан нечеткий алгоритм управления температурой ь периодическом реакторе, в котором для учета нелинейности процесса окисления осуществляется адаптация нечеткого отношения.

Проведено исследование , имитационное моделирование и сравнение разработанных нечетких алгоритмов управления периодической реакторной подсистемой окисления ксилолов с аналитическими и численными оптимальными по быстродействию алгоритмами управления.

Практическая ценность. Разработан комплекс алгоритмов и программ . который может использоваться для целей управления ре-

а шорники процессами периодического действия в гибких ХТС и целей проектирования нечетких алгоритмов управления. Разработана структура объектно-ориентированного программно-технического комплекса на базе логического микропроцессорного контроллера Ломиконт-110.

Разработанные нечеткие алгоритмы управления переданы в фонд алгоритмов и программ АО НИИ Центрпрограммсйстем . г. Тверь. Методика анализа тепловой устойчивости реакторных подсистем и нечеткие алгоритмы управления переданы в НПО НИОИиК для использования при проектировании реакторных подсистем в гибких ХТС и в составе АСУ ТП периодических реакторных подсистем.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались нч VI, VII и VIII Московских конференциях молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-91, ККХТ-92 и МКХТ-93. Всероссийской научно-технической конференции "Математические методы з химии" ММХ-8 (Тула, 1993), IV Международной научной конференции "Метбди кибернетики химико-технологических процессов" (КХТП-1У-94) .

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.

сСъем работы. Диссертация наложена на страницах и состоит из ¡.ведения , четырех глав, выводов и приложений. Работа содержит/*/^ рисунков и ■■/Л' таблиц. Список используемой литературы включав" 106 наименований.

Содержание работы.

В введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическое значение работы. Определены цели и задачи работы, приводится структура диссертации'и ее содержание по главам. •

Глава 1 посвящена анализу существующих методов моделирования, управления и оптимизации процессов в реакторах периодического действия. Рассмотрены различные подходы для огисания гидродинамики, кинетики, массопередачи и теплопередачи в реакторах периодического действия.

Эффективность функционирования периодических реакторных' процессов зависит от эффективности управления процессами нагревания и охлаждения реакционной массы, а также химическим превращением. В связи с этим проведен анализ существующих систем управления

технологическими операциями, а также современной микропроцессорной техники, используемой для управления периодическими процессами. Был проведен анализ методов и выявлены основные задачи оптимального управления периодическими реакторными процессами, а именно:

- минимизация времени нагревания и охлаждения реакционной массы:

- максимизация выходз продукта за фиксированное время;

- стабилизация температурного режима в реакторе.

Проведенный анализ методов и алгоритмов оптимального управления показал, что для их использования необходимо иметь математическую модель процесса и использовать её в алгоритмах управления. В работе отмечаются особенности периодических реакторных процессов химической технологии в составе гибких ХТС, которые усложняют неформализуемый или трудно формализуемый процесс создания 1 математических моделей.

В связи с этим был проведен анализ работ, посвященных применению теории нечетких множеств для управления и оптимизации периодических процессов. Данный анализ показал, что использование выбранного математического аппарата позволяет Формализовать качественную информацию .и разработать эффективные нечеткие алгоритмы управления периодическими реакторными процессами в условиях неполной исходной информации.

В главе 2 проведен системный анализ периодических реакторных подсистем окисления ксилолов как объектов управления , предложен новый метод синтеза математических моделей динамики сложных химико-технологических систем и разработана методика анализа тепловой устойчивости периодических реакторных подсистем с рециклом.

В предложенном новом методе синтеза динамических математических моделей в явном виде присутствуют материальные потоки, характеризующие доли рециклов и байпасов, что.позволяет учитывать их влияние на устойчивость, чувствительность и другие характеристические свойства сложных систем.

Согласно предложенному методу математическая модель, описывающая динамическое поведение сложной химико-технологической системы. имеет вид.-

где .

G > | А «• iß \

И = | H + .er i

|A,+S,,BU| ... I «lÄBtll|

i 5kiBHi I ... U» + б„цВнн I

IW, +4,,Г,| i _в»«Г1М|

I бй,гН11 ... + арГ^г.

(2)

(3)

где X - вектор переменных состояния, U - ректор переменных управления, А, В. N. Г - матрицы состояния И управления , - элемент матрицы коэффициентов разделения Потока, принимающий олеяув-щие значения:

(1*0, если '»доля выходного потока j-го элемента подается

на вход i-ro элемента »0, в противном случае. Элемент б, j, расположенный выше главной диагонали, характеризует байпас, а ниже главной диагонали рецикл.

Для разработки математической модели в виде уравнения tl) типовая реакторная подсистема окисления ксилолов, представленна" на примере реакторной подсистемы окисления м-ксилола, входящей а состав производства диэтилтолуоламида (ДЭГА) и' включащей в себя периодический реактор, конденсатор п разделитель, была изображена в виде операторной схемы (рис. 1). в операторной схеме используются следующие обозначения: vi - расход испаряющейся в реакторе жидкой смеси. vZ" - расход несконденсировавшихся паров, уходящих из конденсатора, v2 - расход сконденсированных паров, v3 - расход воды, отделившейся вб-флорентийском сосуде. 811 - доля неиспарив-шейся реакционной массы. "■ ••'••"• : •• .

(v2 - V3)

' vi

»з

■ V2 •■"•.'■•-'

Й5.4

V3

1 2 3

Рип!• 1;• операторная.схема.реакторного узла окисления: .1 -реактор,

2 - конденсатор, 3 - разделитель. • ■ '• ; :

*

С учетом предложенного метода математическая модель, описывающая динамическое поведение реакторной подсистемы окисления, имеет вид:

XI А,, о б13в13 XI

Х2 =3 8цВг1 кгг О Х2

ХЗ 0 бзгВзг А33 ХЗ

Г1 О О С Г2 О О О гз

Тх(1)

Тх,г> (4)

0

где XI = Сек1,Т1 ] - вектор переменных состояния 1-го аппарата (1-1.3).

Из уравнений материального и теплового балансов были получены значения матриц А. В. и Г, которые для реактора имеют вид:

°13

О

(У2 - УЗ ).ср,

вр.б

(3]

Ж

Г1

,(1)

о

сР-бп -СР

О о

»11

-<к+ 5р15Т1гп)

• К

-У1.ср^ КГ»?П-у1 гЙСП/Т<»

Тгр.б„.ср(1)

где Ор - масса реакционной смеси, Г1 - поверхность теплообмена в реакторе, Н - тепловой эффект реакции , ср(" - теплоемкость реакционной смеси . сР(дрГ - теплоемкость органического

слоя в разделителе, кГ(,) - коэффициент теплопередачи з реакторе . Т( 1' - температура в реакторе , Тх( 1' - температура хладоагента. подаваемого в рубашку, гп - коэффициент распределения вешестез между жидкой и газообразной фазами, к - константа скорости реакции.

Кроме математической модели процесса окисления была получена математическая модель процесс а нагревания реакционной массы, которая имеет вид дифференциального уравнения второго порядка с пе-- ременными коэффициентами. Был проведен расчет и анализ диапазона изменения коэффициента усиления, который показал, что в процессе нагревания коэффициент усиления увеличивается в. пять раз.

+

с использованием математической модели (4) был проведен анализ тепловой устойчивости периодической реакторной подсистемы окисления м-ксилола с рециклом.

Для анализа устойчивости реакторной подсис геш окисления м-ксилола на первом этапе были построены температурные зависимости в реакторе и рубашке при постоянном расходе хладоагента, которые показали, что введение в систему рецикла позволяет увеличить время, в течения которого температура в реакторе не изменяется. При этом для дили рецикла, равной 20% это время максимально.

На следующем атапе анализа тепловой устойчивости был проведен расчет конструктивных и технологических параметров реакторной подсистемы окисления . обеспечивающих ее устойчивый реши работы.

С использованием прямого метода Ляпунова и обобщенной математической модели реакторной подсистемы окисления (4) было получено условие теневой устойчивости изотермического режима работы периодического реактора с рециклом:

4aß Jililkl- _ (а ск & + V 2+ 4а(ш+ з,

•А 511. Gp. ер' ' R. Тр cpufTpi< Gp 611 А

, + 4 ^ i£2ua_ __ji£ii|£i___ _ 4а(Шч ,,

Gp.Sll.cp^'A Gp 511 А Gp. ср *' 611 А ар 611 А

Ö13(v2 -vSj.cp^), и9„ н г,

-----— L Ск ba >0 (5)

А Gp. 511 ,opU' Gp 611 А cp1}.Tß R. Тр

В случае, если 5(1 = 1, т.е. в системе нет рециркуляции, выражение (5) приобретает вид условия тепловой устойчивости для периодического реактора, полученного ранее и представленного r публикациях: . .

■' <а Ск ^ JL" )2 > 0 (6) R .Трк ср . Трк В качестве функции Ляпунова была выбрана простейшая квадратичная положительно определенная форма'

V = ох^ ßy*, (7)

где х - отклонение от невозмущенного значения концентрация м-ксилола, у - отклонение от" невозмущенноГо 'значения температуры в реакторе, аир- вещественные и положительные комитенты.

С использованием полученных выражений (5) й (6) был проведен анализ устойчивости периодического реактора и. реакторной подсистемы.окисления м-ксилола, а также анализ влияния Доли рецикла. Температуры в реакторе и поверхности теплопередачи на тепловую устойчивость. Результаты показали, что реактор при заданных конструктивных и технологических характеристиках неустойчив, но введение в систему рецикла, играющего роль отрицательной обратной связи, повышает устойчивость реактора. Для достижения устойчивого режима работы необходимо организовать рецикл, составляющий 30% от обшей реакционной массы и увеличить поверхность теплопередачи на 12 мг, для чего рекомендуется ввести в реактор встроенный змеевик. .

В главе 3 разработаны аналитические и численные алгоритмы 1 оптимального управления периодическим Процессом окисления м-кси-лола. При этом в работе решаются следующие задачи:

- минимизация времени нагревания к охлаждения. реакционной массы; .

- стабилизация температуры в реакторе в процессе окисления м-ксилола.

Задача минимизации времзни нагревания решается аналитическим и численным методами и формулируется следующим образом: определить оптимальное управляющее воздействие (расход греющего пара). минимизирующее время нагревания реакционной йассы от начальной температуры Тр° до заданкой конечной Тр*. На управляющее воздействие Сп наложены следующие ограничения: ст1п<сп<сгаах.

Для получения аналитического решения, задачи оптимального по быстродействию управления принималось, допущение о том,, что объект управления является линейным в постоянным коэффициентом усиления, равным среднему значению во всём диапазоне его изменения,, т.е. К-26°С-мин/м3. В работе было получено соотношение, описывающее, траекторию процесса нагревания на. фазовой плоскости х 1 -х2, и построены фазовые траектории и кривая переключения, (рис. 2).

Анализ фазовых траекторий и кривой переключения показал, что оптимальной последовательностью управляющих воздействий является , последовательность Сбт1п. Стах]. В работе получены соотношения для расчета времени переключения.Г с Яшах на Сш1п: и времени переключения V с Отйп На дует, где Сует - величина управляющего воздействия, необходимого для Поддержания выходной переменной на .

заданном уровне (1' и Г' сос-х2 тавлявт 17 мин 50 сек и 19 мин 35 сек соответственно (рис.3))

При численном решении задачи минимизации времени нагревания реакционной массы в периодическом реакторе окисления Й-ксялола Принимается во енн-мание нелинейность процесса нагревания реакционной массы Дня получения численного решения задач оптимального упрзв-лрнця процессем нагревания и окисления были разработаны алгоритмы с использованием принципа максимума' и программное обеспечение, позволяющее определить оптимальное управляющее воздействие в каздьгй момент времени. При этом зйдйча стабилизации температури в процессе окисления.' формулируется следующим образом:определить оптимальный расход хладоа-ге.чта в каждый момент времени, обеспечивающий минимум функционалу Ф - (1р -Трк)2 . На расход хладоагСНта ' наложены ограничения (ихгв1п<их < Ихрах).

оптимальнее решение для процесса нагревания представлено на гч<гунках з и 4. а Для процесса 'окисления - на рисунках 5 и 6.

ц 'ОтПШ

рис. 2. Кривая переключений.

20 30 40 С/мин 0 10 20 30 40 С.мин рис. 3. Изменение управляющего рис.4.Переходная характеристика

воздействия . <

( ¡-аналитическое решение. 2-численное рёшенйе; 3-решениё в уело- ' ышх неопределенности).

в Для анализа чувствительности качества оптимального управления процессом окисления м-ксилола варьировались значения коэффициента теплопередачи и и константы скорости реакции к. Результаты анализа, представленные на рисунках 5 и 6, показали, что уве-' личение константы скорости в два раза и кЬэффициента" теплопередачи в полтора раза приводят к ухудшению качества переходных процессов и выходу значения температуры за пределы допустимого температурного диапазона, равного 150+5 °С. Таким образом, результаты имитационного моделирования выявили ограниченную применимость разработанных' численных алгоритмов оптимального управления процессом окисления м-ксилола в условиях реально действующих возмущений и неопределенности исходной информации. В связи с этим возникает необходимость разработки нечеткого адаптивного алгоритма оптимального управления процессом окисления м-ксилола. Тр. Тс

О 60 120 180 t, мин рис.5; Изменение температуры в

реакторе.

(1- к«К„0„,

Н-гКн„„>

К*0. Ькцдц

О 60 120 180 I, НИН рис.6. Изменение температуры в

реакторе .

(1- кГ=кГ„

3- КГ=1.5ГКН0М>

ОМ» —^'^^^НОИ

В г.цаве 4 приводятся результаты разработки, имитационного моделирования и реализации на базе микропроцессорной техники нечетких алгоритмов управления технологическими операциями периодического реакторного процесса окисления ксилолов в гибких ХТС.

Целью синтеза нечетких алгоритмов управления процессами нагревания и окисления м-ксилола является обеспечение желаемых переходных характеристик , полученных в главе з и представленных: на рисунках 4 и 5, " :

- и -

При решен,ш задачи минимизации времени нагревания реакционной массы предполагается, что управляемая система в каждый момент времени находится 8 состоянии xt . - которое принадлежит заданному конечному множеству возможных состояний Х={ 61,... бк>; соо1ветствующ«е этому состоянию в момент t управляющее воздействие ut является элементом множества l)=(a 1..... am]. Причем в каждый момент времени на ut наложено нечеткое ограничение С1 . являющееся нечетким множеством в U с функцией принадлежности Ht (Ut) .

Переход системы из одного состояния в другое под воздействи -ем ' управляющего воздействия характеризуется условным распределением вероятностей p(xtMixt,ut ) . Время окончания пробега N зафиксировано и задано начальное состояние х0 .

В работе предлагается алгоритм определения оптимального управляющего воздействия в каждый момент времени, построенный с использованием метода нечеткого математического программирования, который включает следующие шаги:

4. Задается N . .j-l.

2. х„ - б,-. '

1 Рассчитывается условная вероятность достижения цели

Е До (>•.„) - I р(х„ |х„_, , и„_, ) щ (х„ ) (8)

xN = {6i,..6ki

для всех возможных значений-a,, ={а 1,..., cm }. }. Лля состояния б5 взбирается оптимальное управляющее воздействие

al ii- 1____го), максимизирующее Eft Выбранное управляющее

Еозлейстрн" является (ü-1,J)-ым элементом матрицы стратегий.

5. Рассчитывается функция принадлежности нечеткой цели в момент времени !!-;

Не (х„., )= дах win -{fiH.t <uM., ),Еft (х„ )}. (9)

•Г. «гти у f. . го 1=J+1 и переход к п. г. В противном случае переход к п

7. Если МИ. то J=1 и Н*Н-1 и переход к п. 2. В противном случае вычисления заканчиваются и формируется стратегия управления в виде матрицы стратегий размерностью (Н,к) , элементами которой являются значения ui , максимизирующие Е & (х„). В соответствии с предложенным алгоритмом была получена мат-ркг.:-. стратегий, элементами которой являются минимальное, макси-

мальное-и промежуточные управляющие воздействия, 'которые выбираются в каждый момент времени. Матрица стратегий является нечетким алгоритмом управления процессом нагревания реакционной массы.

61 62 63 64 65 66 67 68 69 610. 611 612 613 614 615

66 8" В о" 0 0 0 " 0 0 ' 0 0 0 0 0 5.7 0

67. • 8 Й 5.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Ь.7 0

68 8 е 5.7 5.7 0 0 0 0 .0 0 0 0. 0 Ь, 7 0

614 а" 8 8" 8 8 . 8" 8 8 ' '8 8' 8 8 8 5.7 0

616 8 в 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 Ь.7 0

рис. 7. Матрица стратегий.

Был проведен сравнительный анализ работы нечеткого алгоритма и рассчитанных аналитически и численно оптимальных управляющих воздействий с использованием принципа максимума Понтрягнна (рис.3,рис.4). который показал, что использование метода нечеткого математического программирования позволяет обеспечить требуемое качество управления.' .

Для решения задачи стабилизации температуры окисления в реакторе предлагается интеллектуальная система с нечетким алгоритмом управления, основным элементом которой является база знаний. База знаний реализуется в виде продукционной модели с помощью* правил, связывающих температуру в ,реакторе Тр , скорость изменения 1 температуры ДТр1, концентрацию исходного реагента Ск и расход хладоагента их с помощью терминов "положительно мало" (ПМ)., "отрицательно среднее"'(ОС) и т, д. Например,

Если Тр*ПС ,ДТр1 «ОМ и СК (0.75,0,94],то Цх=ПМ;. Для данного правила функция принадлежности нечеткому отношению 1Ш (п=0. где N количество правил) определяется следующим образом: " -V. ' ' ; ■ V ■ . . ■ ^(Тр, ДТр'.их)=ю1п { %у<Тр). ^ц.(ДТр1). |1р,(их)1 (10)

гхе ВС', ОМ*, ПМ' - нечеткие множества, характеризующие термины 11С. ОМ, ПМ. • : •-■;'■■'

Было разработаю ' программное обеспечение,, позволяющее для ..' каждого .правила построить, нечеткое отношение''в ' виде трехмерного массива. '.связывгшщего • 'между собой температуру в реакторе, ••''¿ко-.:.

рость изменения температуры, концентрацию исходного реагента и расход хлэдоагента, а затем объединением всех нечетких отношений Яп получить результирующее нечеткое отношение к, которое фактически является нечетким регулятором температуры в реакторе (рис. 8). Принцип рагюты этого алгоритма таков: при измеренных значением изменэния и концентрации исходного реагента выбирается 'расход хладоагркта с максимальной степенью принадлежности нечеткому отношении. Учитывая нелинейность процесса окисления, в работе предлагается алгоритм адаптации нечеткого • отношения, лсновэшшЯ на сравнении элемента Функции принадлежности /них) подмножества их с элементом функции принадлежности /Ш1х) подмножества их . где значение их получено из теплового баланса для реактора при измеренных значениях тбмпературы в реакторе Тр.и в рубашке Тх.

Для каждого элемента универсального множества (их) рассчитывается штрафная' Функция С ' ^ . которая штрафует те элементы

множества (их), значения которых рШх) выше значения /них):

Га>кШх;^1 ехр(-с[/1 к<ихь цк(6х)1) . (И)

с1=е;ф(-о,.

;де с - параметр, действующий как фактор усиления,штрафа.

Работоспособность нечеткого регулятора проверялась с помощью имитационного моделирования. Имитационное моделирование проводиЛ' гь при Л'-тсрмкнировакном к ггохаст'ическом стуненчатну возмущения х , Бы; проведен сравнительный анализ работа нечеткого адаптивного и численного алгоритмов оптимального управления процессом окисления м-ксилола (рис. 9. 10). который показал, что нечеткий аяаптппнкй алгоритм управления в отличии от численного алгоритма упрар'ления процессом окисления м-ксилола обеспечивает лучшее качество управления и .малую.чувствительность к изменениям параметров объекта.

, ях температуры и скорости

(И

рис. 8. Геометрическая интерпретация нечеткого отношения.

в Для реализации разработанных нечетких алгоритмов управления и других систем контроля и управления как периодической реактйр-

ной подсистемой окисления м-ксилола, так и производством ДЭТА в

%

165

160 —

140

180 г.мкн о

О 60 120 рис. 9.Изменение температуры в реакторе при изменении значения Кн 0„

60 120 180 1.нин рис. 10.Изменение температуры в реакторе при изменении значения кГИ0М

(1- при работе численного алгоритма оптимального управления, 2 -при работе нечеткого адаптивного алгоритма).

целом, разработана структура объектно-ориентированного программно-технического комплекса на баге логического микропроцессорного контроллера Ломиконт-ПО , позволяющая управлять объектом в условиях неопределенности за счет избыточного числа информационных каналов ВЕ,юдо-вывода и использования нечетких алгоритмов.

Программное обеспечение (ПО) микропроцессорной системы управления состоит из следующих основных частей: системное ПО Ломи-коита; библиотека алгоритмов дл51 выполнения сложных функций, б том числе: Щ- и ПИД-регулирозания, интерполяции, фильтрации, интегрирования и других; программы пользователя , реализующие класт сичеокие алгоритмы оптимального управления, алгоритмы нечеткого и логического управления периодическими процессами.

• Модульная структура разработанных нечетких алгоритмов управления позволяет, включить их в состав микропроцессорных комплексов дпя управления широким классом периодических реакторных процессов в гибких ЦС. '

. Выводы.

1. Проведен системный анализ периодических реакторных подсистем окисление ксилолов как "-.объектов управления, показавший.

что они являются сложными нелинейными, нестационарными, детерминирование -стохастическими объектами, функционирующими в условиях неполноты исходной информации.

2. Предложен новый метол синтеза математических моделей динамики сложных химико-технологических систем, в которых в явном виде присутствуют материальные потоки, характеризующие доли рецикла и байпаса, что позволяет учитывать их влияние на устойчивость, чувствительность и другие характеристические свойства сложных систем.

3. Предложена методика анализа тепловой устойчивости периодических реакторных подсистем с рециклом и рассчитаны доля р<-иикла и поверхность дополнительного встроенного теплообменника для обеспечения устойчивой работы процесса окисления м-ки!Лола.

4. Разработан с использованием метода нечеткого математического программирования алгоритм управления процессом нагревания реакционной массы в реакторе периодического действия в условиях неполной исходной информации.

5. Разработан нечеткий алгоритм управления температурой в периодическом реакторе, в котором осуществляется адаптация не- . четкого'отношения, посредством которой учитывается нелинейность процесса окисления м-ксилола.

' 6. Разработанные нечеткие алгоритмы управления могу: быть рекомендованы для использования- в автоматизированных системах управления классом периодических реакторных, процессов окисления

"•'ГИЛОЛОВ.

7. Разработана структура объектно-ориентированного программно- технического комплекса на базе логического микропроцессорного контроллера Ломиконт-110 для управления периодической реакторной подсистемой в гибких ХТС. позволяющая' управлять объектом в условиях неопределенности за счет избыточного числа информационных каналов ьвода-вывода и использования нечетких алгоритмов.

8. Разработанная методика тепловой устойчивости и нечеткие алгоритмы управления переданы в фонд алгоритмов и программ АО НИИ шнтрпрограммгистем. г. Тверь'и НПО НИОПиК для использования при проектировании реакторных подсистем в гибких ХТС,и в составе АСУ ТП периодических реакторных подсистем,. ' -

- 16 -

Содержание диссертации отражено в следующих работах: Щеров В /П, Егоров А. Ф.. Абуталыбова Д.Э. Разработка нечеткого алгоритма управления реактором периодического действия. //Известия вузов.Серия "Химия и химическая технология".-1991-

2.Перов В.Л., Егоров А.Ф.. Абуталыбова Д.Э. разработка алгоритмов оптимального по быстродействию управления реактором периодического действия. // Моск. хим.-технол. ин-т.,-М. 1992.-14с. Деп. в ВИНИТИ £7.07.92 U 2467 ДЕП.

3. Егоров А.Ф., Абуталыоова Д.Э. . Фам Куанг Баг. Синтез динамических моделей сложных химико-технологических систем на основе обобщенного оператора связей.// Российский хим. -технол. университет. -Ы., 1993,- 11с. Деп. в ВИНИТИ 28.10.93 N 2690 ДЕП.

4. Перов В.Л., Егоров А.Ф.. Абуталыбова Д.Э. Нечеткий алгоритм управления Периодическим реактором окисления м-ксилола. //Тез. докл. VI Московской конф. ыиподых ученых по химии и химической технологии. М.. 1992. С. 23- 24.

5. Егоров А.Ф.. Абуталыбова Д.3.. Голуб П. В. Анализ тепловой устойчивости периодического реактора окисления м-ксилола. '//Тез. докл. VI Московской конф. молодых ученых по химии и химической Технологии. М., 1992. С. 184-185 . ^

6. Абуталыбова Д.Э.. Борисейко Е.Б.. Егоров А.Ф. разработка алгоритмов и структуры системы управления периодическими реакторами в гибких ХТС. /Лез. докл. VII Международной конф. молодых ученых по химии и химической технологии. М., 1993. С. 156 . Т-ШжЖШ- Егоров А.Ф.. Абуталыбова Д.Э. Разработка нечеткого алгоритма управления реакторами периодического действия. // Математические методы в химии ММХ-8: Тез. докл. Всероссийской конф. Тула, 1993. С. 205 .

8. Егоров А.Ф., Абуталыбова Д. Э.. Голуб П. В. Анализ тепловой ус- . тойчивости реакторов периодического действия. // Математические методы в химии ММХ-8: Тез. докл. Всероссийской конф. Тула, 1993. С. 29 . -

9. Абуталыбова Д.Э., Егоров А.Ф. Управление реакторами периодического действия при нечеткой исхогщой информации. //Метода кибернетики химико-технологических процессов (KXTn-IV-94): Тез. докл. IV Международной научной конф, М.. 1994. С.

10. Абуталыбова Д. Э., Борисенко Е.Б. Влияние рецикла на тепловую устойчивость реакторов периодического действия. //Методы кибернети ки химико-технологических процессов (KXTn-IV-94): Тез. докл. TV Международной научной конф.. М.. 1994. с.