автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Развитие моделей, методов и алгоритмов для адаптивной идентификации трубопроводных систем

РГ6 од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СИБИРСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

[(а прзвз* рукепясз

Шлйфип Баталий Владакарокго

РАЗВИТИЕ МОДЕЛЕЙ. СТОЛОВ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ АДАПТИВНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.16- Прпляпийо игшслэтелыгоЗ топшзсэ, цзтоиата-ческого иодзляролаияя п «зтоаатп-ЧОСКП1 вэгодоз п пяучпд пссгэдо-вталх (этаргогтм).

АВТОРЕФЕРАТ дзссортоцяа на сотзсзшша ученой стопвш кандидата тзпсггзсгсзх паук

ИРКУТСК - 1993

Работа выполнена в Сибирском энергетическом институте Сибирского отдаления РАН (г.Иркутск).

Научные руководители: кандидат технических наук кандидат технических наук

Официальные оппонента доктор технических наук кандидат технических наук

в г. сидяор

Н- Н Новицкий

А. И. Рубан А. В. Хрйаов

Ведущая организация - ГЖРОВОСТОКНЕФТЬ

Защита состоится *_**_ 1993 года на заседании Спэциа^

лизирсванного ученого совета Д ОСЕ. 30.01 по защит© диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Сп5ирскш энергетическом институте СО РАН го адресу: 664033. г. Иркутск- 33. ух Лэркон-това. 130.

О дассвргациеа конто ознакомиться в библиотеке шсттуга.

Автореферат разослан " *_ICS3 г.

Ученый секретарь ств-щшнзярованного совета кандидат технических наук

А. И. Тршечкмн

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Эффективность функционирования трубопроводных систем (ТПС) во многом определяется качеством их эксплуатации. Применение математических моделей в прошесэх принятая сопений при управлении функционированием ТПС приведет к полстогельшм результатам только а том случае, если характеристики, закладываемые в модели, адекватно описывают текущее состояние объекта. Этим оп-родоляотсп актуальность применения методических. алгоритмических и технических средств идентификации ТПС.

Сущоствукжо состолпга контрольно- измерительного оборудования ТПС определяет болъпую эффэктивность системных (или "сетевых") ко-тодоп иппнтификании по сравнению с локальными, т. к. локальные метода предполагают контроль ряда режимных пэрэадтров по капдогяу элементу, что технически неосуществимо для ТПС сложной структуры. Иногщиэсл "сотовые" подходы ориентированы на параметрически стационарные обметы, что вызывает серьезные затруднения при попытках их использования в контурах реального управления. Отсюда вытекает зктульность разработки процедур рекуррентной адаптивной вдоягифи-кащти ТПС с шрвгатгымя параметра®!.

В данной работе вопросы развития модален, алгоритмов и программ сото вол идентификации ТПС выполнены на примере систэя магистраль- . та нефтепроводов (ИМ), поскольку они км от более высокий уровень петрологического оснащения. Однако, прэдлзгзеилэ квтвдичас-кпо подходы могут использоваться и для ТПС других типов.

Цели работы: I) построить "общие математические подели для ош-ративноя пзракотричоскоя иданпфосащи СМИ и "сотовой" постановке; 2) разработать и исследовать подходы и алгоритмы для рзвэпия задач рэкурронтноя. динамической и адаптивной идатфикааяи пара-

вэтроа С1Ш; 3) рзадизовать получать® результаты в ввдэ даалого-. воа вьгшслкгедьноа систеш; 4) выполнить практическую апробация н внедрять програгашыа кошшхо для ошративноп идентификации гара-штров СЫН в состав иатемапгшского обасточаиия АСУ объекта исследовании.

Научная рдвизва-. I) ва основе теории гидравлические из пая сфор-нулирован и исследовав иовьш класс задач ошративаоа сетевой иден-пфкаши. прздаэзначеннш для аэттштачоской настройки модели объекта ва изиэнания условна его функционирования; 2) разработана общая стена параметрической идентификации, представляющая собой комплексное решение дроблю мы сужения за фактическим состоянием объекта, позволяющая в рамках единой катодшш идентифицировать параметры элементов объекта и повышать достоверность информации о режимши параметрах; 3> продхонйны способы повышения численной устойчивости процедур оперативной иденпфикации на зташ накошю-вия данных, а также в процессе работы рокуррентного адаптивного алгоритма (РМ); 4) на основа разработанных подходов, котодов и алгоритмов рекуррентной идентификации создан универсальный комплекс программ, обеспечивающий возможность наблюдения за динамиков параметров элементов объекта при переменности ряда параметров режима. способный автоматически адаптироваться к изменяшдмся условиям функционирования объекта.

Практическая ценность- На основе комплексного решения задачи слежения за сосотяниэм СЫН методическое, алгоритмической и программное обеспечение позволю^ I) получать модели, адекватные текущему сосотянию объекта; 2) автоматически восполнять дефицит диспетчерской информации о режиме и повышать ее достоверность; 3) оценивать интенсивность изкошпшя ксивого сечении трубопроводов

и осуществлять краткосрочное прогнозирование их состояния; 4) ус-тэнаагапать Долее обоснованные сроки очисток нефтепроводов и других профилактических работ; 5) получать наряду с гидравлическими мощностью характеристики насосных агрегатов.

Рзалипзция работы Разработанное методическое и математическое обеспечение задач оперативной идентификации СМН реализовано в вило диалоговой вычислительной системы, которая оснащона процзду-рами управления локальной базой данных, редактором текстовое информации- графическим редактором характористшс насосного оборудования и подсистемой самодокуквптирования ■ результатов расчетов-Программное обеспечение разработано для компьютеров IBM PC AS 286 и совместимых с нши на языка FORTRAN 5.0. Соответствуй®® пакеты прикладных программ разработаны для ЭВМ серии ЕС и БЭСМ-б.

Программ и алгорчтаы системной идентификации прошли апробация в диспотчэрскси упрзвлзнш Урало-Сибирсзсаэд ?лагистральшми шфто-топровода-ят (Jj'C'H г.Уфа) и на нефтепроводах "ДРУЖБА" (г.Львов). Осповнш результаты работы вподроны в УУСКН.

' Апробация работы. Основные результаты докладывались и обседались на : колфэренцкй молодых ученых СЗИ СО РАН {г. Ирутск 1090.

1991); секции Специализированных систем знсрготкск Ученого сою-t

та СЭЛ СО РАН (г. Иркутск 1093); т:кроспуй<мкгшско;1 еегшюрз "Из-томзтичоскоо ксдалкрсаяяю трубопроводных скотом4 (г. *>t чуток 1988. г.-Туапсе 1892).

Публикации. Сспопясэ содорсхашп робота таяогсдо в 5 пу&йшациях. Структура и «Ясч р.-К'оти- Дяссорггцаонлая р»;т-з галош» на IG3 стряпицзг. сс\гар:"иг № гасуяяов, л таблвш. ссстояг »«i яродеяия. пятя глав, croicita дггорстура (81 паяхмчшпиэ) и трах иргшжоякя <36 таблиц, 16 ржукков).

СОДЕРЖАНИЕ РяБО'Ш

Аналитический обзор литорат.урц и постакоька вопросов. Сущэст-вующда на сегодняшняя день подходы к раишию аадачи параыатрачас-кой идентификации ТПС. как уж» отмечалось. представлены локальным и сетевым направлениями.

.Локальные катода основаны на получении и обработке данных наблюдения за Функционированием отдельны» алиментов системы и предполагают автономное ошаиььшм их нинавостпых парамотрои Широков применение этот подход получил для ТИС лшюаиой или разветвленной структуры. т.е. в системах. где контролировать потокорлс-предолаиие относительно просто. Рззвитш этого направления шло по пути совершенствования методов обработки юморителиюя информации. Вопросы локальной идентификации систем нефшснзбж&ния неоднократно рассматривались йнзуновым Е- И. . Руйаком А- И . Мастобаовым Б Н. . Голосовкором В И и др.. Исследованиям характеристик к'фтегюрок':-чшаюшда станций и агрэгатов посинданы работы Ко.япзкона У! С- . Неволина А- II-. Володина Е- Г. и др.. С точки арании системного под хода ьти работы можно рассматривать как этап щыдааршьльного ио-следования объекта. имэвдия самостопшльноо эначонио

Эксплуатация объектов трубоп;>оюдного транспорта п;млокч.'1Т ь условиях недостатка или физичоскоа ноьсзмо.-шистн получения состава измерения., достаточного дин парамвтричискал вдонгкф;шации модели ТПС сетевой структуры. Идентификация модели такого объекта троаувт привлэчйиия дополнительной шфориздии о ого свойствах и законах фушодисширсшания. учота структурного и функционального оЗюдавешы аломеитси. -что и приняло к создана« котодоп системной Ий-» нт. 4 акации. осисьгшшх на рзсск'лрошш сльокта ч тхм U мок-отрао.чч;. ц аспокто ого шшраидяш продстаа&мш р'-.ботаки Коротсо -ьа А И • Си*тл08Э К. С • Сихпэрэ Ь Г ■ Коодикою Н Н Ооновопола-

гающим здесь явился способ "математический расходомер" ("ИР"), рззработашшя в СЭИ СО АН СССР. Подобные исследования систем тепло-. бодо-. гаио- снабжения выполнены Евдокимовым А,- Г. , Тевяшевым А. Д.. Щербаковым 0- Н. . Борманом Р. Я.. Сигорштейном В. И. и др.

Поскольку данная работа является продолжением исследования, развиваемых в СЭИ СО РАН. имеет смысл перечислить основные моменты, полошенные в основу диссертации: I) способ "МР"-, 2) обоснование применимости линейной модели для параметрической идентификации ТПС и применимости метода наименьших квадратов (МНК) для решения систем линейных уравнении, получаемых в результате использования "МР";' 3) математическое и программное обеспечение задач расчета неизотермического потокораспределения в СМН.

В работе отмечены причины быстрого старения результатов однократной идентификации параметров СМН (например парзфинизация внутренней поверхности труб), а также трудоемкость ее осуществления." чем и вызвана необходимость перехода к процедурам оперативной Идентификации, базирующихся на РАА и позволяющих отслеживать изменение параметров элементов во времени путем обработки практически неограниченной выборки данных измерения режимных параметров.

Исходные математические модели. Исходной математической моделью ГПС служит описание установившегося потокораспрэдэленил в неа. которое для Ci.il 1 из » ветвей и т узлов представляется законами материального (I), энергетического (2) и теплового балансов (3)-(6), а также замыкающими соотношениями, вшшчашями описание изменения давления (II). температуры (7) и смешения (8)-(10) разносортных штоков в процэесе перекачки нефгн

а x = о. (1)

4Л*> = у, (2)

А,С£Х Ь4 + А2СгХ ^ = 6, (Ч)

с(Р>,Л I - 1.П.

(5)

(8)

1а= С Сх,РЛ,Лг,р*.5,к),

(7)

р*» А* ф 1Л2,р',х' ),

V*- А* ф'( Ля,р" .V* ),

* * т ... — * — * *

V » Л* ф'(Аг,р .V ,Х ).

(10)

у - Г Сх,РЛ1Л,.р*.1". V**.®). СИ)

Здесь А- (щхп)-матрица инцидент® узлов и ветвей; о- вектор узловых массовых расходов; р- вектор узловых давлений; т- вектор температур смешанных потоков в узлах; в- вектор узловых расходов теплоты, состоящий извеличин ^с^. если в узле J имеется приток среда с температурой I'. из т^.о. в случае отбора; (размерность векторов- т); х, х- вектор и диагональная матрица массовых расходов на вотвях; у- вектор перепадов давления; С1,са- диагональные матрица удельных ютлоемкостей потоков в нзчалз и конце вотвеа, слеменш которых определяются соотношениями (4),<5); век-

торы температур в начало и конце ветвей; р*- вектор плотностей нефтеа на ветвях при темгоратурв V*.у"- векторы вязкостев нефтеи на ветвях при температурах I* и I**. задающих возможный диапазон их изменения; я- вектор параметров элементов; к- воктор коэффициентов теплопередачи злемвнтов; (размерность векторов и матриц - п); А4,Аа- матрзщ. фиксирующие отдельно начальные и ко-нечныэ узлы всех ветвеа. а^а^^а; векторы плотнос-

тей. вязко ста а и расходов, полученные из р* .V*, у" добавлениям соответствующих- компонент для внеиних притоков; ф,ф' ,ф"- вектор-функции. ошеивавдде условия смосообразования в узлах. Поскольку СМИ состоят го разнотипных элементов, замыкающие соотношения с 11)

можно представить;

, V" ь

[ р«и

[с '«'р'" '*> - V

.«ли:

Г х' - У .

где: i и | соотмпчпмшго 1ю;.»1ц«»с1ь;> пассивных (линоймки участок) и активных (насосная стпция) ввттв, 1^141.,'" ч,* пг= п;

перепад давления на участке-, массовый расход; ц- дтана участка; - диаметр участка; плотность нефти при средней температуре. V - кинематическая вязкость нефти при ь^ V - поправка ва неизотермичность; У(- приращэаио давления на вэтви за счет сил гравитации для и активных источников давления для ; числовая константа; ускорение свободного падения; - сопротивление линейного участка; я; коэффициенты полинома, аппроксимирующего гидравличоскую характеристику насосного агрегата.

Таким образом, описание СМН с переменными (вследствие веизстер-мичности течения нефти) параметрами сводится к смешанным системам линейны* и нелинейных уравнения. включая неявные и трансцедентные уравнения. В зависимости от состава задаваемых и искомых параметров для системы (п -< и > могут сформулированы задачи гидравлического расчета установившего режима функционирования СЫН (прямая задача потокорасирэделения (ПЗП>) либо идентификации параметров сию-ментов (обратная задача потокораспределения (03П>).

Общий алгоритм параметрической идентификации С№ При решении 0311 в качестве неизвестных выступают параметры злеиевтов. а также недоступные измерению параметры реишма Основной информацией, которая может оыгь получена в реальны! условия*. яьляхтгся изиерв-

и» ,

»-и..

ния давления, температур, отдельных узловых расходов и физических параметров поступающей среды. В общей случав для могут быть измерзни некоторые компоненты векторов р, 5, Г2, р*, г>*. V**, где черта означает, что вектор содержит результаты измерений-

Следует отметите, что данные измерения физически*, параметров нефти получаются путям лабораторного анализа только ддя точек питания СМН. Вследствие процессов смесеобразования и неизотермич-ности режима течения потоков остальные компоненты векторов р* .V*, V" необходимо дорзссчитывать на осповании соотношений С8)-(Ю) Поскольку в реальных условиях невозможно получать данные о физических параметрах нефти для каждого элемента СМН в оперативном режиме. в работе предложено выизсти проблему их опродолоинл па рамки задачи эдэнтификация и рассматривать эту информацию дал 0311 б качестве исходной-

Допустим, что изменение параметров элементов в двух смежных во времени режимах существенно не влияет на распределение тешгофизи-ческих параметров потока. Тогда значения плотностей и вязкостей среда можно получать из решении ПЗП на основании модели (П-ст. в которую заложены последние результата идентификации ее параметров- Содержание предлагаемого подхода заключается в следующем I) ка основании информации о параметрах элементов и значениях параметров реяшма в точках притоков / отборов нефти рассчитывается потокораспределениэ в СМН; 2) рассчитанные значения режимных параметров сопоставляются с данными наблюдений, что позволяет оценить их качество; 3) по обработанным данным наблюдения пере считываете я коэффициенты модели объекта.

Сформулированннш предложения позволяют построить процедуру параметрической идентификации, используя модель изотермического по-токо распре доле ния:

Л к

и '1

А - у

'""1

1 .

'(X )

.м.

1*1

где: ш- число пргаипгляяых режимов.

Информативность результатов предлагаемого подхода определяется точностью задания кооЭДицизнтов модели,. повысить которую ггажно пз основании статистической обработки данных, наблюдения за различными режимами работа СМН по <МНК>. Таким образе?,',, чоп кзяьеэ ззаум-

еиггы. обновляемые при кавдом постутизшя ивфраацки о ро::пг-о на уроЕОнь диспетчерского управления. т.е. глот по сто задача одао-ПрО!"ЗЧНОГО отыскания парг»"втров ЭЛЕЭКСИТО» И рзКГъГ.СВ но ^тскроподоз с^огтс.1 и пэрэяэнпоя структуры по розультог^п гтгу.оро:п'Л частя рэ-

С: чпуот огп'зтить. что процедура опускания ф^спшссгак харз:гш-ркспнс объекта супоствоппо усложняется промдо всого 'лз- за пепаб-ходшмоста картам рзспродолзния потоков но з;:о?.:эатач ТГ.С, пооб-ходкмой для эдэкпхпюго восстановления характеристик эт:к слетан-тов. Во-вторых, возникают проблем накопления паблидониз по редко включаокым элементам СШ и восполнения потерь зтнх псблэданиа. В-третьих. матрица коэффициентов рзнаекой в обратной задаче системы уравнений является, как правило, плохо обусловленной.

Построение математической модо.м длЛ решения задачи пзра:этри~ частая тотпуфташгл СТО с дкнащчэскикг* тарзтгсорпсткя'ПГ- Число уравяонт (?.т+2п>. используемых в СШ. для отдельно езетого режима в общзм случао меньше числа некзБзсгньа: 1гп1+4п1>. Получеть тореопрэделгнаую систему ургвпеам щою. используя ипфораацго о

с« >1-7'- у

5"Сх -V

различных режимах функционирования С!Ш.

На основании (14). считан измерения независимыми, систематически» ошибки выявленными и учтенными, а случайные погрешности рас проделанными по нормальному закону с нулевым матокатическиы ожиданием, отыскать оценки параметров элементов можно из условия минимума суммы взвешенных квадратов остаточных погрешностей, т. е-имеет мэсто задача найти минимум;

N 2

ф 2 ,2 ((о, >т с, 0, ), (15)

и- » 1-1 1ч 1и I и

при выполнении для ьсох n режимов условия < 1 > -(п >. а такш : ^_>о, 1-1Т7Т. гдо: 01и- векгоры рассогласований изморенных и подсказанных значений параметров элементов- 0 » Р - р . Оги= Ои - с[и- ковариационные матрицу. Ограничение к1и2 о означает, что посла измерения Р направления потоков становятся известными.

Таким образом, имеет место задача нелинейного программирования большой размерности, решение которой применительно к СШ1 в рекуррентной форыо связано о серьезными трудностями, иесмотря на использование специальных алгоритмов ее решения. опубликоватшх в литературе- Большой опыт решения ОЗП убедительно свидетельствует о практической целесообразности применения более удобных в вычислительном отношении линейных нодолав. Это объясняется высокой скоростью решения линейных задач па ЭВМ. их существенно меньшей размерностью, и. что самое важное, практически не сказывается на точности получаемых оценок-

Выразим в качестве зависимой переданной в замыкающих соотношениях модели (14) расход:

- у «. 4. У О

( [ р°- **-У? * ' ] а' 7а- у а. 161 ,

^ (16) [ а° «- а; ♦ ст и12.

где: у - изморенные перепады давления на 1- ветви. 7 - приращент ' *•7Э 1

давления за счет сил гравитации; с^« а''искомый коэффициент; V,- известная числовая константа, т-к- заданы все параметры, определяющие ее; а", а;, а"- коэффициенты зависимости, аппроксимирующей, гидравлическую характеристику насосного агрегата.

Следует отметить, что высокая интенсивность изменения параметров элементов СЫН во времени не позволяет получить переопределенную систему уравнений типа с 14). Для применения "математического расходомера" к объекту с динамически«! характеристиками предложено использовать линейную модель динамики, с учетом которой замыкающее соотношение для пассивной ветви примет вид:

х - V » к а'), N1 , (17)

111 и».* >

где : М^- период времени, прошедший с момента последней очистки участка; а* - коэффициент, соответствующий диаметру трубопровода при А^» о.; а[- коэффициент, соответствующий скорости изменения диаметра трубопровода во времени.

Вззультаты преобразования подставим в уравнения 1-го закона Кирхгофа модели (14) и. исключив из нее уравнения энергетического баланса, получил линейную модель вида:

а* v (у ) а - о ,

и и и * и и

или: _ _

К (у ,дь > а » о . и » г,н. (18)

и 7 и ц ^и

где- матрица инцидент« а* содоргатт 2п1 столбцов матрицу Аи. соответствующих пассивным ветвям и Зп2 ее столбцов, соответствующих активным ветвям расчетной схемы-, уц- вектор измеренных перепадов давлений на ветвях; о - вектор измеренных узловых расходов;

матрица коэффициентов системы уравнений; Уи(уи,ДЬи)-даагоналъная матрица с элементам!1,-

V ,

i

IV.> .

I I и 1- ,

су

' I и

1

1.П.;

1 = п1 ,2п1*3па

1 » п1 . п4 ♦п2 : 1 = п ♦ п +1,п +2п ;

I = г\, *2п >1. п. +3».

Таким обрззом. задачу параметрической идентификации СМН можно сформулировать в следующей форме: на основании данных одновременных замеров узловых расходов, давления, таплофизических параметров нефти в точках питания систеш. соответствующих нескольким установившимся режимам работы объекта и наличии данных о моментах очистки трубопроводов, требуется определить расходы на ветвях схемы. гидравлические характеристики насосных агрегатов и линейных участков, а также скорости их изменения во времени-

Сделаем некоторые замечания относительно необходимых условий разрешности задачи идентификации в дашюя постановке- Бо-парвых. каждый насосный агрегат до.'зтан быть задействован но менее, чэм в трзх рочтаах та н привлзкаокых, а липеднъя участок - в двух, что объясняется видок замкзгсцих соотножзнид. Во-вторых, из сопоставления числа уравнений и числа неизвестных слэдуот условие разре-

N

шккостт Е ст""-1-м") г 2п * Зп2(т"- число неизмеренных узловых

и« 1

расходов)., которое определяется только в розультате конкретной совокупности режимов. Кроме этого, воктор ом но долдан быть полностью нулевым. чтобы избежать однородности систеш уравнения материального баланса.

Принципиальное решение данной задачи возможно с помовдю у);» су-сэ(лвузсцих котодов системной идентификации. построенных на ротро-сгокгквнс® схоь-.з оденивания- Это предполагает одпс.сратау» обработку зшформации о нескольких реализованных в прошлом режимах. Однако, результаты эпизодического решения задачи оценивания дос-

Рис.1. Роль и место задач слежения за состоянием СМН в структуре функционирования объекта.

тэточно быстро устаревают особенно для систем с динамическим дрейфом параметров элементов вследствие парафинизации внутренней поверхности трубопроводов. В связи с зтам возникает необходимость в текущей или оперативной идентификации модели объекта, реализованной с применением рекуррентных адаптивных алгоритмов, которые автоматически позволяют обрабатывать неограниченные объемы информации в темпе ее поступления. При этом новое качество приобрета- ' от проблема информационного обеспечен ^ 0311. Для ее решения предлагается создать контур из прямых и обратньг задач потокораспределения. Функционирующий параллельно объекту (см. рис. I).

Построение рекуррентного адаптивного алгоритма рошения ОЗП. На основе анализа специфики задачи, уровня ошибок измерения узловых расходов и давление, существующего опыта решения ОЗП. в работе сформулированы допущения, позволящиэ свести к методу наименьших квадратов задачу отыскания вектора оценок а на основании (18) Система нормальных уравнений (НСУ) в матричной форме имеет вид.

гн - Ьн. (19)

где^ « , » т

I К* bN - £ к* Qu. (20)

u — J J - J

Fn- информационная матрица. вектор провой части, а^- вектор Искомых коэффициентов, сщючныя индекс N показывает на число режимов, привлеченных для оцьниванин коэффициентов модмли Заметим, что обращение матрицы FM дает матрицу см дасг.орсия - ковариации вектора оврцок а.

Существует несколько схем получении гн и ьн- Например, запи. (18) соответствует ретроспекпивношу алгоритму. В работе приведен анализ различных вариантов реккурентнаго алгоритма, vr; НСУ формируются для каждого и'-- режима И оценки вектс. . .юизвестнш а вычисляшсн на каждом и-, и - Г,N шаю .«»рикащш (за исключенном ситуация недрощ^дэлыннос- ;- „.дкаа системы уравнения). Од-HOI из наиболее . • ..схем рекуррентного алгоритма с учетом гзадачи является:

b " Ь » К* ;б ( 23)

N ► i Н N t t '"ы . 1 '

в связи с там. что в нее отсутствует трудоемкие операции матричного оОращашш- Ьокюр ощшок а при этом получается из однократного ремэшш системы линейных уравнения сги. а полученные оценки параватрчв элементе» назыааюстя "пекушии"

Известно, что интенсивность зарастания диаметра нефтепровода колеблется в определнном интервале в течет» годэ. Ее изменение соответствует сезонам года. т.е. величина интервала регулярности тр составляет 100-120 суток. Таким образом. СМН можно рассматривать как квазирегулярный объект с известным тр. Погрешности ро-кг, рентного алгоритма проявятся тогда, когда период вромони на-коги< и-,: выборки данных превысит Тр. Для получения адекватных оцэ-нок коэффки ятов моделей динамических объектов необходимо алгоритмически учть.1 ■ фактор старения информации.

В работе впервые пр.;, -">ется использовать адаптивные алгоритмы для решения ОЗП СМН с динам., "чими характеристиками в сотовой . постановке. Под адаптацией модели понимйо." исключение влияния на результаты оценивания дапных наблюдений. зафиксир)->.. что интервала регулярности, т. е. исключается самая старая по времени поступления информация. Одним из наиболю распространенных способов достижения этого является метод экспоненциального взвесизания. т. к. все операции выполняются только пад информационной матрица а и текущими данными.

Метод экспоненциального взвешивания состоит в назначении каждому н— блоку веса шн. вычисляемому из:

р"'и; 0.< р <1; при N-4 > N О. С24)

где : р- параметр сглаживания, выбираемый так. чтобы вес наблюдения. находящихся вне интервала регулярности объекта был праети-чески равен нулю. Пересчет коэффициентов НСУ в тугом случае выполняется следующим образом:

" Р + . <23>

ьм., " р ьн + км.А.« * «га»

Повшоние численной устойчивости роиояия СШ. СМН. как известно. имеют поименную структуру. В связи с эти*. на зтаго пгпсопл>-

ния данных возникает необходимость решения систем неполного ранга, а доверие к получаемым опенкам невелико- В данной работе сокращение периода "разгонки" РАЛ вперьые достигается заданием начального приближения (НП) искомых параметров- НП формируется на основании паспортных характеристик элементов с экспертным регулированием степени доверия к ним. отражающей относительное соотношение ценности измерительной и априорной информации. Влияние НП на результат увеличивается с уменьшением величины доверительного интервала, задаваемого для номинальных характеристик, рассматривая в качестве априорной информации последние результаты идентификации, можно гибко настраивать РАА на появление новых элементов в структуре СНН без потерь информации по старой части схемы.

Система уравнений в 0311 зачастую имеет плохую обусловленность вследствие разнопорядковости элементов матрицу коэффициентов (достигающей 10*-ю">. погрешностей в исходных данных и структуры размещения точек контроля режимных параметров, неконтрастности режимов, привлекаемых для идентификации. Компенсировать вычислительные погрешности помогает масштабирование НСУ. Следует отметить, что для рекуррентных процедур идентификации типа < 22 > -(гз > имеет моего неохраниченныа рост накапливаемых элементов информационной матрицы и масштабирование является обязательной составляющей вы-вычислительного процесса- В качестве масштабов используется диагональная матрица ны и масштабный коэффициент правой части

"н..* Р»н * К' |0„.Х (27>

Тогда отмасштабированные матрица ^ и вектор ьм правых частей запишутся-

к" г р н * (Н ры Н ) Н"* * »Г* Кт К Н"' . (28)

Н»1 г м» 1 N N N N-.1 N»1 N,1 N.1 N.1*

е.- |>тг- С. "ы»" * С. 'С!. СА».- <2Э)

Получаемая вследствие преобразования матрица ^1 является корреляционной и имеет самостоячельноэ значение.

Повышенно численной устойчивости РАА (кроме названных процедур) достигается: I) применением метода Холецкого для решения ПСУ с защитой от дефекта ранга; ?,) исключением уравнения, для которых отсутствует измерительная информация; 3) отсев грубых погрешностей измерений; 4) дизлоювое взаимодействие пользователя и ЭВМ на любом шаге выичелигольного процесса.

Шализащя .результатов исследований. Изложенное в работе математическое и алгоритмическое обеспечение ООН в СМИ реализовано в виде диалоговая информационно- вычислительной системы (ИБС) "ОСоН" (Оценивание состояния Нефтепроводов). ИБС состоит га развитого пользовательского интерфейса и блг.»э расчетных модулей, представленного в г>;не> трех относительно ежктотпмтв докатив прикладных прогрг.мч (ПГО1): "ТИГР"- тешогидравлического расчета; "ФИЛЬТР"-- обнарушиин грубых ошибок измерений; "ДЛИ"- дипамичос-кой щрптификапии нефтепроводов. Все прогр.и*мь1 написаны па языке ФОРТРАН и реализованы дм'ЭВМ Ш РС АТ/ХТ, а таю»» ЕС ЭВМ и БЭСМ-6. Обюм ИЬС составляет 6800 операторов (болаэ 100 подпрог-ражО- Г-зивряость решаемых задач не ограничена возможностями ППП.

Результатов работы блока паранэтрическоа вдэнп:^".агц:п1 сло:-::п!з иМН сп а ггичееккми и динамическими харахтэряспссз:.?! олгмзнтоа являются токукде оцон1Ш: I) значения эквивалентных внутренних диа-к-этров трубопроводов; 2) скоростей взрастания ¡аоого езчэнил труб, 3) прогнозов знапоикл диаметров на задаипиз период упрелдэ-ШШ; 1) коз^чздгантов полиномов. аппроксичируювях капоримо и нош,-иостн'ч» хчр'жгер'лспкп насосных агрегатов; 5) ко;?!-*'"?:"1«гоп пли/-

физических характеристик элементов; 6) дисперсий для точечных значений параметров идентифицируемых элементов, а также доверительных областей для их характеристик.

ИНК-оцонки неизвестных коэффициентов модели вычисляется из рэ-пенля НСУ методом Холецкото, гарантирующим высокую эффективность и численную устойчивость вычислительного процесса. В программу включены алгоритмы приведения НСУ к компактному виду- ряд специально разработанных процедур решения систем уравнений неполного раита и оперирования упакованной системой уравнений, т.к. структура матрицу НСУ, формируемой по реккуррентному адаптивному алгоритму изменяется от режима к режиму.

Разработана оригинальная схема обращения треугольных матриц, в ражах которой не происходит увеличения размерности обратной матрицы, и шэ последовательно записывается на шсто исходной. Накладная память, требуемая для реализации такой вычислительной схемы, равна порядку системы. Это позволяет быстро вычислять ковариационную матрицу, отражающую точность полученных оценок.

Практическое прикояеяив разработанных моделей и алгоритмов было осусгзствлоно на кагистралышх нефтепроводах Урало - Сибирского управления и в УМН "Дружба". Использований РАА дяя параметрической идентификации СШ позволяет практически реализовать процзсс слотания за изкэненкем характеристик элементов во времени, а программа решения ПЗП в сочетании с блоком анализа погрешностей из-корэниа прэдостазляат возкокаость контролировать установивгоеся потокораслрэделэние. моделировать различные технологические ситуации и осущэствляггъ ретроспективную экспертизу функционирования контрольно-измерительной подсистеш АСУ СШ.

На транспортной участке Михалгм-Адамово УМН "Дружба", характеризующемся высокой интенсивностью запарафинивания, была проверена

эффективность данамичэскоа кодели параметров линелноа части и проведена настроака РАА на рэальныа теш изменения данашпескоа характеристики зло кантов.

Вопросы формирования НП для ОЗП были рассмотрены на примэрэ ' трзнспорного участка "Самара. Лопаггино-Никольскоо". в ходе исслэ-дованиа установлен "рациональные вес" НП. привмлииыа для решения ООП в условиях реальных ш/мов изке рения.

Результаты идентификации паракетров нефтепровода "Юргаиьга-Трав-шнаГ и в особенности полученные характеристики насосного оборудования были использованы в УУСИН для оптимизации режимов функционирования объекта.

Таким образом, результаты проведенных совшстных работ с Управлением Урало-ййирскши магистральными нефтепроводами, конкретные расчеты проведенные для УМН "Дружба" показали практическую эффективность предложенного методического, алгоритмического и проГранин ого обеспечения для решения задач систвшой идентификации и свидетельствует" о целесообразности использования ИБС "ОСоН" на других объектах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В процессе исследования, проведенных на основе,на основе теории гидравлических дета, автором были получагЗ^лэдукдаэ результаты:

1. Впервые выделен и исследован класс задач оперативной пэраштри-ческоа идентификации ТПС в "сетевой** постановке.

2. Предложена общая схема решения задачи оперативной параметрической идентификации СМИ. заключающаяся в организации контура из пряных и обратных задан потокораспределзния. обеспечивающая возможность слежения за параметрами элементов объекта управления и его

режимными параметрами.

3. Проведан анализ математического описания процессов функционирования объекта и синтезирован универсальный комплекс модэлий пото-кораспрэдоления в СИН с переменными параметрами элементов, режимными параметрами. схемами соединения разнотипных элементов, ставший основой для решения задач текущая идентификации параметров Ш1 в системной постановка.

Реализован рекуррентный адаптивный алгоритм решения обратной задачи потокорзспредэлония в С),Я. позволяющий обрабатывать неограниченные объемы информации в темпа ее поступления, что обесточивает возможность параллельной работы программ и объекта в автоматическом режима.

5. Методы системной идентификации распространены на объекты с да-динамическим дрейфом параметров элементов.

6. Исследована • специфика вычислительного процесса и разработан ряд специальных процедур повышения численной устойчивости рогаэния ОЗП и проверена их работоспособность.

?. Разработана диалоговая информационно - вычислительная система, содержащая послэднт достижения теории гидравлических дата в области моделирования режимов функционирования ТПС и идентификации их параметров, повышена универсальность программного обосшчения , и расширена область.его практического применения. 8. Иотодичэскиэ. алгоритмические и программные разработки прошли апробации на реальных системах Урало- Сибирского управления магистральными нефтепроводами, нефтепроводах "Дружба" я вклячэны в состав ыаггемзтичэского и алгоритмического обеспечения АСУ.

1 Моронкоп А П . Соинова Е- В. . Сидлор 0. Г. и др. Матечатическэо моделирование и оптимизация систем то ал о -.водо -.нофто -. и газоснабжения - Новосибирск ВО "Наука". Сибирская издательская фирма. 1902 -4ОТс . глава С 346-371.

2 Сидлвр В Г . Новицкий H H. . Шлафман В-В- Задачи и методы системной идентификации трубопроводных систем. // Математическое моделирование трубопроводных систем. - Иркутск: СЭИ СО АН СССР. 1988 . -С. 177-1863. Шлафман В- В Идентификация нефтепроводных систем с динамичос кими характеристиками. //Материалы XX конференции научной мололо -дожи Сибирского знергетического института СО АН СССР / Cir5 энор гет. ин-т СО АН СССР. - Иркутск. 1990. - С. 18-20.- Доп. В ВИНИТИ 21.08.90, 1М717-В90.

4. Шлафман В- В- ПВК для оценивания параметров рэшгаа и парамот-ров элементов магистральных нефтепроводов сложной структуры. //Материалы XXII конференции научной молодежи Сибирского эноргэтнчос-кого института СО АН СССР. Иркутск: СЭИ СО АН СССР. 1991. -255 с.. 26. 07.91. .H3207-B9I. С. 23-3?..

5. Новицгша H. Н.. Сидлэр В- Г.. Шлафмзн В. В. Адаптивная идентификация магистральных нефтепроводов. Нефтяное хозяйство (в гочатп).

6. йлафяан В. В. Методичэскоэ и программное обесгочзниэ для слияния за фактически» состоянием сложных систем мзгистральньпс нефтепроводов. / / Математическое моделированга трубопроводам сгстея. --Иркутсн> СЭИ СО РАЛ. 1993 (в печати ).

Соискатель

Тврая 100 экз. Заказ H 5S9