автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Управление процессом вакуумной сепарации губчатого титана

На правах рукописи

/> л

064605687

Ерыпалова Мария Николаевна

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВАКУУМНОЙ СЕПАРАЦИИ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 I; ИЮН 2010

Березники, 2010

004605687

На правах рукописи

Ерыпалова Мария Николаевна

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВАКУУМНОЙ СЕПАРАЦИИ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Березники, 2010

Работа выполнена на кафедре автоматизации технологических процессов Березниковского филиала Пермского государственного технического университета

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Беккер Вячеслав Филиппович

Официальные оппоненты

Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Коростелев Владимир Федорович

доктор технических наук, профессор Шумихин Александр Георгиевич

Ведущая организация

Вологодский государственный технический университет

Защита диссертации состоится «30» июня 2010 г. в «14» часов на заседании диссертационного совета Д.212.025.01 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВлГУ.

Автореферат разослан «20» мая 2010 г.

/О

Ученый секретарь диссертационного /

совета, профессор, д.т.н. Р-И. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Многие промышленные объекты, повышение качества управления которыми имеет большое значение для экономики страны, характеризуются нестационарностью свойств. Она может быть вызвана механическим износом, изменением свойств рабочего тела, активности катализаторов в химико-технологических системах, изменением физических или электромагнитных свойств в металлургических объектах и так далее. При этом оптимальные условия ведения процессов часто находятся в опасной близости от границы области параметров, опасных для состояния оборудования или ведущих к неизбежному браку продукции. Поэтому разработка методов поддержания параметров промышленных объектов как можно ближе к критической зоне, но без попадания в нее, несмотря на изменчивость свойств самого объекта, является важной и актуальной научной задачей.

Так, в корпорации ВСМПО-Ависма (г. Березники Пермского края) подобными объектами являются рудно-термические печи, колонны ректификации, аппараты сепарации титановой губки и др. Корпорация является единственным в РФ производителем титана и обеспечивает около 32% мировой потребности в титановых изделиях, поставляемых для Boeing, Airbus Industrie и других потребителей. Качество таких изделий, в значительной степени, определяется именно качеством титановой губки. В процессе сепарации требуется поддерживать температуру внутренней поверхности аппарата как можно ближе, но не достигая температуры образования эвтектики титан-железо, при наличии которой весь блок губки бракуется. В процессе сепарации требуется поддерживать температуру внутренней поверхности аппарата как можно ближе, но не достигая температуры образования эвтектики титан-железо, при достижении которой весь блок губки бракуется. Для достижения одинаковой полноты удаления магния при температуре 1200 К требуется почти вдвое меньше энергозатрат при той же мощности нагревателей печи, чем при температуре 1150 К. При этом также получается более качественная губка. Следовательно, повышение качества управления объектом с нестационарными свойствами ведет к значительной экономии энергии и повышению доходности предприятия за счет повышения качества продукции. Аналогичная ситуация складывается и на других промышленных предприятиях, где есть технологически важные объекты с нестационарными свойствами.

Для многих из этих объектов характерно также наличие транспортного запаздывания, в том числе, изменяющегося во времени, что дополнительно осложняет оптимальную настройку регуляторов.

По перечисленным выше причинам, промышленные объекты с нестационарными свойствами (ПОНС) являются нелинейными объектами управления. Исследование управления линейными объектами хорошо изучено, существуют методы синтеза оптимальных регуляторов, например, принцип динамической компенсации; метод порождающих функций синтеза регуляторов; метод матричных операторов; проекционный метод синтеза; сеточно-параметрический метод синтеза; методы модального управления и др. Они, в общем случае, не-

применимы для ПОНС из-за нестационарности свойств, вследствие чего решение уравнений объекта нельзя получить в аналитическом виде.

По мере изменения параметров ПОНС, настройки систем управления должны адекватно изменяться, следовательно, речь идет о синтезе адаптивной системы автоматического управления (САУ) с идентификацией свойств объекта. Применение классических методов идентификации (исследования при заданных или псевдослучайных воздействиях, спектральные методы идентификации и др.) нежелательно, так как для получения достоверных результатов необходимо проведение активного эксперимента в ходе промышленного производства. То есть необходимо также разработать методы идентификации ПОНС в ходе работы САУ без дополнительных воздействий на него.

Вопросами автоматизации процессов производства губчатого титана долго и плодотворно занимался Ю.П. Кирин. Задачи моделирования, идентификации и оптимального управления промышленными объектами с нестационарными свойствами привлекали внимание многих исследователей: Балакирев B.C., Емельянов C.B., Закгейм А.Ю., Кафаров В.В. Коростелев В.Ф., Красов-ский A.A., Магергут В.З., Макаров Р.И., Мешалкин В.П., Нетушил A.B. Островский Г.М., Попов A.M., Пупков К.А., Ротач В.Я., Солодовников В.В., Стефани Е.П., Фрадков А.Л., Фролов C.B., Цыпкин Я.З., Черепанов А.И. и другие. Однако работы данных авторов больше ориентированы на оптимальное управление линейными объектами и на аналитическое исследование качества регуляторов.

Цель работы

Улучшение качества управления технологическими объектами с нестационарными характеристиками, с целью снижения себестоимости конечного продукта и повышения его качества. Объект исследования

Процесс вакуумной сепарации губчатого титана. Предмет исследования

Система автоматического управления (САУ) технологическим процессом.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявлены особенности процесса вакуумной сепарации губчатого титана как промышленного объекта с нестационарными свойствами, поставлена задача управления, определены ограничивающие условия.

2. Проведен анализ возможности применения традиционных методов идентификации и управления применительно к объекту исследования.

3. Разработана обобщенная математическая модель объекта исследования с переменными коэффициентами, уточнены теплофизические параметры системы.

4. Разработан метод численного определения оптимальных настроек регуляторов, позволяющий также определять качество настроек САУ.

5. Исследованы с применением разработанного метода несколько комбинированных и адаптивных автоматических систем регулирования (САР).

Методика исследования

При решении поставленных задач использовались методы теории управления, структурного анализа и моделирования, аналитической и численной оптимизации, имитационного моделирования. Использовались программные средства MS Excel, VBA, MATLAB, Simulink, MathCAD и другие. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач и методов их решения, корректным использованием теории моделирования и автоматического управления, теории оптимизации, теории планирования эксперимента.

На защиту выносятся

1. Модель промышленного объекта с нестационарными свойствами.

2. Метод определения оптимальных настроек регулятора путем имитационного эксперимента с визуализацией качественных характеристик результатов.

3. Комбинированная и адаптивная системы позиционного и импульсного регулирования с корректирующим сигналом на входе регулятора.

4. Импульсная система позиционного управления с переменной структурой.

5. Алгоритм адаптивного позиционного управления динамикой процессов производства губчатого титана.

Научная новизна

1. Построена обобщенная математическая модель промышленного объекта с нестационарными свойствами.

2. Разработан метод синтеза регулятора для объекта с нестационарными свойствами, отличающийся возможностью использования различных критериев качества регулирования и широкими возможностями исследования свойств замкнутой системы.

3. Разработан алгоритм адаптивной идентификации объекта с нестационарными свойствами в режиме позиционного регулирования, позволяющий определять оптимальные настройки системы регулирования в реальном времени.

4. Разработан алгоритм адаптивного управления промышленным объектом с нестационарными свойствами на примере аппарата сепарации губчатого титана.

Практическая значимость

Предложенные и разработанные модели и методы регулирования позволяют реализовать автоматизированные системы оптимального управления для нестационарных промышленных объектов в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности. Результаты работы внедрены в филиале «Ависма» ОАО «Корпорация «ВСМПО-Ависма» и используются в учебном процессе для подготовки студентов специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».

Апробация работы

Научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

о V региональной конференции «Молодежная наука Верхнекамья» (Березники, 2008);

о XXI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21). Осенняя школа молодых ученых» (Тамбов, 2008).

о XXII международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-22). Летняя школа молодых ученых» (Иваново, 2009).

о Всероссийской научно-практической конференции «Инновационный менеджмент в производстве и сервисе» (Кострома, 2009).

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в 9 печатных изданиях, в числе которых 2 в рецензируемых печатных изданиях, утвержденных ВАК России, а также вошли в 1 отчет по НИР, зарегистрированный во ВНТИЦ.

Рис. 1. Общий вид промышленного

аппарата вакуумной сепарации: 1 - ороситель; 2 - верхняя реторта; 3 - водосборник; 4 - теплоизолятор;

5 - магниевая заглушка; б - электропечь; 7-нижняя реторта; 8 - вакуумпровод; 9 - экран

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 66 рисунков и 22 таблицы. Библиографический список включает 168 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены вопросы актуальности темы исследования, поставлены цели и задачи исследования, выбрана методика исследования, сформулирована научная новизна и практическая полезность работы. Приведен аналитический обзор работ по теме диссертации, основные публикации, структура и объем работы.

В первой главе описаны процессы производства губчатого титана (рис. 1). Очистку губчатого титана от примесей -магния и хлорида магния - осуществляют в аппарате вакуумной сепарации губчатого титана (АСГТ), состоящем из реактора и конденсатора, которые герметично состыкованы друг с другом. В аппарате создают вакуум и нагревают реактор с реакционной массой в шахтной электропечи. После прорыва магниевой заглушки при-6

меси интенсивно испаряются из реакционной массы, перегоняются в конденсатор и конденсируются на его внутренних стенках. Примеси наиболее интенсивно испаряются из реакционной массы в начале сепарации и тепловая энергия, расходуемая на их испарение, максимальна на этой стадии процесса. В ходе процесса скорость испарения примесей снижается, потребление тепла также постепенно снижается и становится минимальным после испарения из реакционной массы основного количества примесей. Заключительная стадия отгонки оставшихся примесей (около 2 % от их общего количества) протекает практически при минимальном и постоянном потреблении тепловой энергии.

АСГТ имеет три и более зон нагрева, температура в которых поддерживается на заданных уровнях двухпозиционным регулятором. Исполнительными механизмами системы двухпозиционного регулирования служат контакторы нагревателей, которые имеют только два рабочих положения (включено - выключено). Рабочие режимы двухпозиционного регулирования температуры сепарации - автоколебательные процессы.

Процесс вакуумной сепарации губчатого титана является нестационарным объектом управления. Двухпозиционная система регулирования температуры зон нагрева аппарата функционирует в переходных режимах, которые характеризуются автоколебаниями сложной формы с переменными параметрами. Динамика зон нагрева аппарата сепарации описывается дифференциальными уравнениями первого порядка с переменными коэффициентами и запаздыванием.

Критерием оптимальности управления являются энергозатраты на проведение процесса. Задача управления - их уменьшение за счет поддержания максимальной возможной температуры блока путем более качественного управления автоколебаниями температуры. Даже небольшое повышение температуры сепарации ведет к заметному повышению скорости процесса. Так, для достижения одинаковой полноты удаления магния при температуре 1200 К требуется вдвое меньше времени, чем при температуре 1175 К. При повышении температуры процесса с 920 до 1200 К скорость сепарации возрастает более, чем в 100 раз. При этом температура сепарации не должна превышать 1358 К, т.к. при указанной температуре образуется легкоплавкая эвтектика железо-титан с про-плавлением стенки реактора и разгерметизацией аппарата. На практике за предельно допустимую температуру сепарации принимают 1323 К. Свойства системы значительно изменяются во времени, так как по мере удаления примесей меняются теплофизические параметры пропитанного ими блока.

В главе описаны разработанные ранее другими авторами методы интенсификации процесса и математические модели, их достоинства и недостатки. Поставлена задача управления промышленным объектом с нестационарными свойствами (ПОНС), частным случаем которого является АСГТ.

Построение адекватных динамических моделей ПОНС связано с проблемой динамической идентификации объекта. Решение нельзя получить в общем виде, так как ненаблюдаемые параметры изменяются во времени, в общем случае, по нелинейному закону.

Существуют промышленные объекты, которые управляются позиционными регуляторами и работают в переходных режимах, характеризующимися

автоколебаниями сложной формы. На практике необходимо за счет улучшения качества управления (снижения амплитуд автоколебаний) обеспечивать эффективное функционирование технологических объектов в условиях изменения их динамических свойств и действия неконтролируемых возмущений, при этом эффективность достигается в окрестности предельных значений, превышение которых недопустимо или ведет к технологическому браку.

Проведение активного эксперимента для получения переходной характеристики, по которой можно судить о динамических свойствах объекта, в ходе технологического процесса нежелательно. В данной работе предложен метод построения модели динамики объекта на основании данных об автоколебаниях параметров в ходе технологического процесса. Приведен обзор различных систем двухпозиционного управления, разработанных другими авторами, показаны их достоинства и недостатки применительно к задаче управления процессом сепарации. Показано, что полученные ранее результаты, методы и алгоритмы управления, требуют корректировки как в части идентификации объекта управления, так и в части реализации.

Рассмотрены варианты управления с использованием конечно-разностной модели АСГТ, уравнения которой решаются совместно с аналогичными для стенки аппарата и крышки. Показано, что конечно-разностная модель позволяет заранее рассчитать настройки САУ, но ее использование в реальном времени на существующем оборудовании затруднено. Кроме того, модель требует уточнений зависимостей теплофизических параметров от температуры, вызывающих существенные отклонения расчетных значений от экспериментальных.

Во второй главе в качестве примера рассмотрен химико-технологический объект, у которого в ходе технологического процесса вследствие фазовых переходов или химических превращений меняется теплоемкость материала с [Дж/кг • /Г]. Пусть объект подвергается нагреву с заданной интен-

Рис. 2. Схема объекта управления (ОУ) объекта, м2; к - коэффициент теплопере-

Из теплового баланса получено уравнение зависимости температуры от времени:

сивностью <2 через поверхность с площадью ^ и отдает тепло вследствие конвективного теплообмена через противоположную поверхность (рис.2), где А -высота объекта, м\ Тпог - температура поверхности объекта, К\ Гнагр - температура нагревателя, К\ {2 - подводимый тепловой поток, [5да/л<2]; <2тр - тепловой поток в окружающую среду,

'мг ^ - площадь поверхности

дачи,

\Вт/(м2 ■ К]\.

х+

к-h

dt w

где р - плотность объекта, Вт '

теплопроводности, иначе говоря

м-К

кг

3

к-Х

; С - теплоемкость,

Дж

■К

; ). - коэффициент

Гокр(/) - температура окружающей среды, (К);

6(.)-(Го65 + 1) ko6-AQ(s) [ AT0Js)

(3)

где Г - =

p-h-C

Х +

k-h

постоянная времени объекта и к o6= -

- коэффициента

к г 00 к-Х

передачи объекта, 9(s), &T0Kp(s) - отклонения T(s), ô(î)h ^(s) от

их средних значений.

Показано, что при расчетах систем, в которых управление ведется только путем изменения мощности электрических нагревателей в электрических печах, математическим описанием объекта управления является дифференциальное уравнение первого порядка с запаздыванием и передаточная функция вида:

= (4)

где распределенный характер системы «блок губчатого титана - внешняя поверхность реторты» приближенно учитывается введением некоторого запаздывания г (/) между средней температурой печи Тср и температурой губчатого титана в некоторой точке печи Т, являющейся регулируемой величиной, измеряемой в процессе управления.

Существенно уточнены зависимости теплофизических параметров АСГТ от температуры, при этом выявлено, что в использовавшихся ранее моделях наибольшая погрешность аппроксимации имела место как раз вблизи заданной температуры сепарации. Уточнены модели к (Т) и Т (Т). В программном

пакете MATLAB (приложение Simulink), построена имитационная модель системы (рис. 3), в которой изменения параметров модели во времени реализуются блоком Signal Builder.

Проведено 80 вычислительных экспериментов в окрестностях параметров 7-окр = 300 К, задание регулятора Тт = 800 К; коэффициент усиления К = 1000,

зона нечувствительности Да = 0,5. В результате экспериментов получили переходные процессы и фазовые портреты системы, а также графики зависимостей частоты автоколебаний w(t) и теплоемкости C(t) от времени (рис. 4). Изменение формы автоколебаний температуры на отрезке времени от 0 до 500 с происходит с изменением периода автоколебаний примерно от 120 до 50 с. Система приходит к установившемуся колебательному движению по предельному циклу, так как на фазовых портретах присутствует аттрактор. Поддерживаемая

двухпозиционным регулятором амплитуда автоколебаний температуры остается неизменной, а частота в зависимости от теплоемкости объекта меняется на протяжении заданного временного интервала. При этом выявлена парная корреляция между -и>(/) и С(/) (рис. 4) с коэффициентом Р, в разных сериях экспериментов р £[-0.92,-0.83,]. Иначе говоря, существует зависимость С(и'), которая позволяет по периоду автоколебаний и> определять скрытый параметр объекта управления С.

осциллограф

Рис. 3. Имитационная модель ОУ в среде 51тиПпк

Теоретически зависимость периода автоколебаний от параметров объекта:

Т,(,) = (5)

°б К-О-а к К-()-Аа

Задавшись линейным изменением теплоемкости от времени технологического процесса С(/) = а/ + р при прочих неизменных параметрах объекта, получим формулу для частоты автоколебаний

1

т

2 ■ р • А • 1п

К-д+Аа

К

(XI + Р М + Р '

(6)

Учитывая, что в реальных объектах а« 1, эта зависимость будет иметь почти линейный вид, совпадающий с представленным на рис. 4. Следовательно, имитационная модель рассмотренного объекта адекватна аналитической. Это позволяет как по результатам имитационного моделирования, так и по параметрам трендов реальных химико-технологических объектов использовать адаптацию для настройки САУ. Полученная модель может использоваться для идентификации объекта, например для определения постоянной времени Т.

Аналитические методы определения оптимальных настроек обеспечивают получение математического описания, пригодного для широкого класса регуляторов линейных объектов. Однако ПОНС являются нелинейными объекта-

ми управления, поэтому методы численной оптимизации в данном случае предпочтительнее.

±Ы±

200 400

200 400

Рис. 4. Графики зависимости теплоемкости С и частоты автоколебаний и- от времени I

Integrator

Display

ныл регулятор

Рис. 5. Модель системы позиционного управ ления ПОНС

Разработан метод определения оптимальных настроек регулятора, позволяющий подбирать настройки средствами MATLAB и MS Excel.

Отдельно в работе предложенным методом получены оптимальные настройки для позиционных регуляторов, в том числе, двухпозицион-ных. Регулируемая величина претерпевает непрерывные колебания, так как автоколебательный режим является нормальным режимом их работы. Однако, как обосновано в главе 1, именно это дает возможность определять скрытые параметры объектов.

Модель объекта с позиционным регулятором приведена на рис. 5. Изменение внутреннего параметра (коэффициента пропорциональности объекта), в зависимости от стадии процесса, реализовано в блоке Signal Builder. Также на рис. 5 средствами Simulink реализован расчет интегральной оценки ошибки регулирования в форме:

Рис. 6. Зависимость интегральной оценки ошибки регулирования от настроек позиционного регулятора

Ä = J|y(0-

о

Цл,

(7)

где - выходная величина объекта, Уа - задание, / - время моделирования. Настроечными параметрами являются зона нечувствительности позиционного регулятора Да (К) и мощность нагревателей (коэффициент усиления) (Э(кВт).

Применив предложенный метод, получили зависимость критерия оптимальности от настроек регулятора (рис. 6), имеющую выраженный минимум при2=110 кВт.

Применив тот же метод, получили оптимальные настройки для системы управления ПОНС с непрерывным ПИД-регулятором. При прочих равных условиях, ПИД-регуляторы позволяют улучшить точность регулирования в 5-100 раз по сравнению с позиционным регулятором. Однако в данном случае перерегулирование увеличилось как при изменении задания в начале процесса, так и при изменении свойств объекта.

Таким образом, в диапазоне температур процесса вакуумной сепарации губчатого титана, существуют оптимальные настройки регулятора на каждой стадии, причем отмечается низкая чувствительность САР к найденным настройкам. Для оценки эффективности разработанного метода в следующей главе приводится его сравнительный анализ с известными методами определения оптимальных настроек регуляторов нелинейных объектов.

В третьей главе исследуются объекты первого порядка с запаздыванием с целью определения оптимальных настроек регуляторов. Для ПИ-регулятора в широком диапазоне изменения параметров объекта управления показано, что метод, разработанный в главе 2, позволяет найти лучшие настройки, чем получаются при использовании других методик (рис. 7). Получены аппроксимирующие зависимости оптимальных настроек регулятора от кл, 7"об и г, однако, сделан вывод, что полиномиальная регрессия в данном случае позволяет рассчитывать только начальные приближения для численной оптимизации.

Проведена оптимизация настройки позиционного регулятора, используемого в процессе сепарации. Показано, что для каждой стадии можно найти оптимальную настройку - мощность нагревателей Q (кВт), и САР мало чувствительна к изменениям данной настройки.

Разработанный метод оптимизации параметров применен к схеме двухпо-зиционного статического регулирования с применением корректирующего устройства в виде звена экспоненциальной обратной связи, рассмотренной в главе 1. Показано, что такое компенсирующее звено при управлении процессом сепарации не может быть применено, так как при оптимизации алгоритм «выключает» компенсатор.

• ■ ■ Настройка 1

.......Настройка 2 -

—Настройка 3

• • ■ По Ротачу — Новый метод

50

100

150

200

250

Рис. 7. Переходные процессы в модели пои оазных настоойках

Для расширения области применение разработанного метода, решена задача поиска оптимальных настроек ПИ-регулятора по управлению и/или по возмущению с учетом колебательности процесса. Критерий (7) заменен на

F\КИ,КП) = (N, + N2 +1) • j]/ - У it, Ки, Kn)\dt,

(8)

где 2 - количество выходов переходного процесса за пределы заданной погрешности регулирования. Кроме этого, модель (рис. 8) изменена таким образом, что можно отдельно исследовать переходные процессы по возмущению и управлению, а также при разных соотношениях управления и возмущения.

Ш—

Step

R1 R2.«+1

Up Cnt

Яп Й_

Counter Tw9«t1

" Gainl

To Wbfkspaoc

Integrator

«¡mout 4*

1- 1 X

Oisplay Integrator!

kJl

w

□

Scop*

Oifplay!

R3 Target

Рис. 8. Модель с учетом колебательности переходных процессов

Основным результатом главы является вывод о том, что разработанный метод поиска оптимальных настроек регуляторов путем минимизации критериев (7) или (8) может быть использован для определения настроек позиционного или непрерывного регулятора для объекта первого порядка с запаздыванием. Полученные настройки, в общем случае, обеспечивают несколько более качественные переходные процессы по управлению и/или по возмущению, чем при использовании настроек, рассчитанных методами В.Я. Ротача и А.П. Копелови-ча.

В четвертой главе предлагается алгоритм адаптации системы позиционного регулирования к изменению свойств объекта, заключающийся в следующем (рис. 9). На рисунке совмещены для пояснения собственно алгоритм и блоки объекта и имитационной модели, с которыми обмениваются информацией подпрограммы алгоритма. Утолщенными линиями выделена передача параметров автоколебаний от объекта к модели.

Вследствие непригодности стандартного позиционного регулятора для ПОНС, показанной в главе 2, в работе предложены и рассмотрены несколько способов улучшения качества управления объектом. По каждому проведено 60 имитационных экспериментов на модели, показана возможность численного

13

определения оптимальных настроек регулятора в некотором диапазоне изменения коб{0, Гоб(?) и т(0. По изображению переходного процесса на фазовой плоскости контролировались устойчивость модели (наличие аттракторов).

ум

Идентификация параметров модели по параметрам автоколебаний объекта

Определение допустимости времени работы без адаптации

I

нет / Требуется адаптация?

Установка опта маг параметров настр ......регулятора

Конец

Рис. 9. Алгоритм адаптации системы позиционного регулирования к изменению ненаблюдаемых параметров объекта

Для имитационных экспериментов понадобилось моделировать изменение коэффициента пропорциональности объекта управления. В работе рассмотрено два способа использования устройства ввода воздействия по нестационарности (УВВН): как корректирующего сигнала на входе модели и как корректирующего сигнала на входе регулятора.

Алгоритм функционирования системы с подачей корректирующего сигнала на вход регулятора (рис. 10а) приводит к изменению уставки У0 = /(Ун) в зависимости от наблюдаемого параметра нестационарности Ун, определяемого внутренним ненаблюдаемым параметром ПОНС. Показано, что изменение уставки позволяет добиться, чтобы 7(/)<Упмх, но амплитуда автоколебаний остается большой.

Другой способ управления ПОНС, с корректирующим сигналом на входе объекта (рис. 106), подходит для ПОНС, в которых необходимо поддерживать неизменную кратность притока энергии на протяжении всего процесса. УВВН вводит внутреннее возмущение ПОНС в соответствии с изменяющимся притоком энергии. В отличие от комбинированной системы с корректирующим сигналом на входе регулятора (с внутренним нестационарным возмущающим воздействием) в данной системе управления корректирующие воздействия подаются на вход объекта совместно с регулирующими воздействиями регулятора.

п

УВВН

по

объект

У II

то

УВВН

объект

УВВН

объект

У(')

регулятор

1- КУ

ГО)

регулятор *—<§>«

УА

ГС

ПО

регулятор 1—

а) б) в)

Рис.10. Принципиальная схема комбинированной позиционной системы управления ПОНС с корректирующим сигналом а) на входе регулятора; б) на входе объекта;

в) адаптивной системы

Корректирующее устройство (КУ) позволяет изменять кратность воздействия регулятора на объект. В качестве корректирующего устройства используется импульсный прерыватель, реализованный на основе генератора импульсов. Полученная модель устойчива, и удалось добиться значительного улучшения качества процесса. Конкретные показатели роста качества управления зависят от свойств объекта и скважности КУ и находятся в пределах 20-25% от качества САР (рис. 10а).

Процесс двухпозиционного регулирования характеризуется асимметрией автоколебаний. Это приводит к смещению среднего значения регулируемой температуры относительно заданной уставки. Следовательно, необходимо корректировать как величину положительного, так и величину отрицательного отклонений от заданной уставки. Для этой цели разработана адаптивная позиционная система регулирования (рис. 10в). Двухпозиционный регулятор (ДР) и промышленный объект с нестационарными свойствами (ПОНС) образуют контур регулирования, к которому подключено устройство адаптации (УА). УВВН вводит на вход объекта корректирующий сигнал ]^орр, отражающий внутренние

нестационарные свойства объекта (например, потребляемую ПОНС эл. мощность в зависимости от стадии процесса), или внутренние нестационарные параметры объекта А (постоянная времени объекта, коэффициент передачи и др.). Работа такой САР основана на регулировании методом неполного притока и неполного оттока энергии. Неполный приток и неполный отток формируются в процессе регулирования с помощью КУ, построенного на двух импульсных прерывателях, работающих с разной скважностью. Коррекция регулирования

достигается за счет снижения в ходе процесса скважности работы нагревателя в позициях регулятора «включено» и «выключено».

Комбинированные и адаптивная системы управления достаточно сложны, что снижает надежность их работы, для комбинированных систем необходимо измерять возмущающее воздействие, для адаптивной - параметры автоколебаний, идентифицировать динамику и рассчитывать оптимальные настройки регулятора). Кроме того, увеличиваются затраты на разработку и эксплуатацию систем.

Целесообразно строить позиционные системы управления с применением стандартных ПИ- или ПИД-регуляторов. К такому классу систем относится импульсная позиционная система управления, в которой необходимое качество регулирования обеспечивается выбором оптимальных параметров настроек непрерывной части системы (аналоговый регулятор) и импульсного элемента (ШИМ) (рис. 11).

УВВН

АЩ

объект

!

риявк он

: ПИМ 1 ШИМ Щ ИИ! пид- ! регулятор

ИР «ж тШтв/ШШт

У(П

Рис. б. Структурная схема импульсной позиционной системы управления

Выходная величина У ПОНС поддерживается на заданном уровне У0 импульсным регулятором (ИР), состоящим из аналогового регулятора (АР), ши-ротно-импульсного модулятора (ШИМ) и позиционного исполнительного механизма (ПИМ). АР преобразует ошибку регулирования (7) в выходную величину регулятора У' в соответствии с ПИ или ПИД-алгоритмом. Настройки подбираются методом, описанным в главах 2 и 3. ШИМ формирует последовательность импульсов с постоянным периодом повторения и длительностью, меняющейся пропорционально У'. Таким образом, ШИМ, воздействуя на ПИМ, изменяет скважность включения X пропорционально У', обеспечивая тем самым поддержание заданного значения У0 регулируемой величины. Действие УВВН описано в предыдущих системах управления.

В итоге, наилучшие показатели, с точки зрения поддержания максимально допустимого значения температуры протекания процесса вакуумной сепарации губчатого титана с минимальной ошибкой регулирования, имеют адаптивная и импульсная системы. Однако при практически одинаковом качестве регулирования температуры построение промышленной импульсной системы не вызывает затруднений, т.к. она достаточно просто реализуется с применением стандартных аппаратных и программных средств микропроцессорной техники, хотя при этом имеет более сложную структуру имитационного моделирования в среде БтшНпк. На разработку, внедрение и эксплуатацию импульсной систе-

мы требуются меньшие затраты. Поэтому для промышленного внедрения можно рекомендовать импульсную систему позиционного управления.

Физическая реализация разработанного метода управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана в филиале «Ависма» ОАО «Корпорация ВСМПО-Ависма» выполнена на существующем микроконтроллере «Р-130». Методом, описанным в главах 2 и 3, для нее определены оптимальные настройки регулятора и показатели регулирования: задание регулятора 1320 К; максимальное отклонение регулируемой температуры от задания 2,5 К. В соответствии с выводами по главе 4, наилучшие показатели, с точки зрения поддержания максимально допустимой температуры с минимальной ошибкой регулирования, имеют адаптивная и импульсная системы позиционного управления. Их применение к регулированию АСГТ позволило добиться заданного результата (амплитуды автоколебаний) порядка 2 К при средней температуре 1320,6 К.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В работе решена актуальная и практически важная задача повышения качества позиционного регулирования нестационарными нелинейными промышленными объектами на примере процесса сепарации губчатого титана. Разработана математическая модель объекта управления первого порядка с переменными коэффициентами и запаздыванием, уточнены теплофизиче-ские параметры объекта.

2. Разработан метод синтеза регулятора для объекта с нестационарными свойствами, отличающийся возможностью использования различных критериев качества регулирования и широкими возможностями исследования свойств замкнутой системы.

3. Разработан алгоритм адаптивной идентификации объекта с нестационарными свойствами в режиме позиционного регулирования, позволяющий определять оптимальные настройки системы регулирования в реальном времени.

4. На основе разработанных обобщенной модели ПОНС и метода определения и оценки качества оптимальных настроек произвольного регулятора, предложены и исследованы комбинированные и адаптивные системы регулирования, как с непрерывными, так и позиционными регуляторами.

5. Результаты исследований в виде алгоритмов идентификации и адаптивного управления использованы в САУ вакуумной сепарации губчатого титана в филиале «Ависма» ОАО «Корпорация «ВСМПО-Ависма».

Основные положения диссертации опубликованы в работах

В изданиях Перечня ВАК:

1. Ерыпалова М.Н. Влияние нестационарности объекта управления на параметры установившихся автоколебаний / Ерыпалова М.Н., Беккер В.Ф., Затон-ский A.B., Кирин Ю.П. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - Пенза, 2008. - № 4 - С. 50 - 57 (соискатель -38 %).

2. Имитационное моделирование системы управления с постоянными настройками нестационарного объекта / Ерыпалова М.Н., Кирин Ю.П. И Вестник Костромского государственного университета им. H.A. Некрасова. Т. 14. - Кострома, №2,2008. - С. 32-35 (соискатель - 50 %).

В прочих изданиях

3. Ерыпалова М.Н. Моделирование элементов импульсной системы управления вакуумной сепарацией губчатого титана / Ерыпалова М.Н., Беккер В.Ф., Кирин Ю.П. // Молодежная наука Верхнекамья: материалы V региональной конференции. - Березники, 2008 - С. 72 - 78 (соискатель - 43 %).

4. Ерыпалова М.Н. Динамика импульсного позиционного регулирования температуры вакуумной сепарации губчатого титана / Ерыпалова М.Н., Кирин Ю.П. // Молодежная наука Верхнекамья: материалы V региональной конференции. - Березники, 2008 - С. 79 - 85 (соискатель - 43 %).

5. Ерыпалова М.Н. Исследование динамики позиционного регулирования температуры сепарации титана / Ерыпалова М.Н., Кирин Ю.П. // Молодежная наука Верхнекамья: материалы V региональной конференции. - Березники, 2008. - С. 86 - 89 (соискатель - 50 %).

6. Ерыпалова М.Н. Оптимальное позиционное управление нестационарными технологическими объектами. Этап 2, промежуточный. Имитационное моделирование динамики позиционных систем управления нестационарными технологическими объектами / Ерыпалова М.Н., Кирин Ю.П., Затонский A.B., Беккер В.Ф. // Отчет о НИР. Березники, 2008, 55 стр., № гос. регистрации 01.2.006 07748. Инв. № 0220.0 803918 (соискатель - 28 %).

7. Ерыпалова М.Н. Управление нагреванием нестационарного объекта // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21): XXI международная научная конференция. Сборник трудов. Том 11. Осенняя школа молодых ученых. - Тамбов, 2008. - С. 95 - 97 (соискатель - 100 %).

8. Ерыпалова М.Н., Затонский A.B. Возможности стандартных регуляторов при управлении процессом сепарации губчатого титана // Инновационный менеджмент в производстве и сервисе. Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Кострома, 2009. - С. 23 - 26 (соискатель - 50 %).

9. Ерыпалова М.Н., Затонский A.B. Исследование возможностей стандартных регуляторов при управлении процессом сепарации губчатого титана // Математические методы в технике и технологиях. XXII Международная научная конференция. ММТТ-22. Том 11. - Иваново, 2009. - С. 156 - 157 (соискатель -50 %).

ЕРЫПАЛОВА Мария Николаевна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ВАКУУМНОЙ СЕПАРАЦИИ ГУБЧАТОГО ТИТАНА

Подписано в печать «_»_2010 Формат 60*90/16

Набор компьютерный. Усл. печ. л. 1,2. Тираж 100. Заказ_'_

Отпечатано в ООО «Пресс-А» г. Березники

Основные обозначения и сокращения.

Введение.

Глава 1. Описание предметной области.

1.1. Процессы производства губчатого титана.

1.2. Постановка задачи оптимального управления.

1.3. Варианты решения задачи синтеза позиционного регулятора.

1.4. Конечно-разностная модель аппарата сепарации титана.

1.5. Численная реализация конечно-разностной модели.

1.6 Результаты применения модели.

1.7. Выводы по главе 1.

Глава 2. Построение математической модели объекта и определение оптимальных настроек регулятора.

2.1. Модель объекта управления с переменными свойствами.

2.2. Реализация модели в программных пакетах MS Excel и MathCAD.

2.3 Моделирование объекта управления в среде Simulink.

2.4 Метод определения оптимальных настроек регуляторов для объектов с переменными свойствами.

2.5. Описание существующих численных методов оптимизации.

2.6. Исследование стандартных регуляторов применительно к процессу регулирования температуры вакуумной сепарации губчатого титана.

2.7 Выводы по главе 2.

Глава 3.

3.1 Поиск оптимальных настроек ПИ-регулятора.

3.2. Поиск оптимальной настройки позиционного регулятора.

3.3. Поиск оптимальных настроек компенсирующего звена.

3.4. Поиск оптимальных настроек ПИ-регулятора с учетом колебательности переходных процессов.

3.5. Поиск оптимальных настроек регулятора при заданном соотношении управляющих и возмущающих воздействий.

3.6. Вывод по главе 3.

Глава 4. Реализация системы адаптивного управления процессом вакуумной сепарации 1убчатого титана.,.

4.1. Общий алгоритм адаптации к изменению свойств объекта управления

4.2 Комбинированная система с подачей корректирующего сигнала на вход регулятора.

4.3 Комбинированная система с подачей корректирующего сигнала на вход объекта.

4.4. Адаптивная позиционная система.

4.5 Реализациястемыиспользованиемандартных алгоблоков.;

4.6. Физическая реализация импульсной позиционной системы автоматического регулирования.:.

4.7. Выводы по главе 4.

Многие промышленные объекты, повышение качества управления которыми имеет большое значение для экономики страны, характеризуются нестационарностью свойств. Она может быть вызвана механическим износом, изменением свойств рабочего тела, активности катализаторов в химико-технологических системах, изменением физических или электромагнитных свойств в металлургических объектах и так далее. При этом оптимальные условия ведения процессов часто находятся в опасной близости от границы области параметров, опасных для состояния оборудования или ведущих к неизбежному браку продукции. Поэтому разработка методов поддержания параметров промышленных объектов как можно ближе к критической зоне, но без попадания в нее, несмотря на изменчивость свойств самого объекта, является важной и актуальной научной задачей.

Так, в корпорации ВСМПО-Ависма (г. Березники Пермского края) подобными объектами являются рудно-термические печи, колонны ректификации, аппараты сепарации титановой губки и др. Корпорация является единственным в РФ производителем титана и обеспечивает около 32% мировой потребности в титановых изделиях, поставляемых для Boeing, Airbus Industrie и других потребителей. Качество таких изделий, в значительной степени, определяется именно качеством титановой губки. В процессе сепарации требуется поддерживать температуру внутренней поверхности аппарата как можно ближе, но не достигая температуры образования эвтектики титан-железо, при наличии которой весь блок губки бракуется. Следовательно, повышение качества управления объектом с нестационарными свойствами ведет к значительной экономии энергии и повышению доходности предприятия за счет повышения качества продукции. Аналогичная ситуация складывается и на других промышленных предприятиях, где есть технологически важные объекты с нестационарными свойствами.

Для многих из этих объектов характерно также наличие транспортного запаздывания, в том числе, изменяющегося во времени, что дополнительно осложняет оптимальную настройку регуляторов.

По перечисленным выше причинам, промышленные объекты с нестационарными свойствами (ПОНС) являются нелинейными объектами управления. Исследование управления линейными объектами хорошо изучено, существуют методы синтеза оптимальных регуляторов, например, принцип динамической компенсации; метод порождающих функций синтеза регуляторов; метод матричных операторов; проекционный метод синтеза; сеточно-параметрический метод синтеза; методы модального управления и др. Они, в общем случае, неприменимы для ПОНС из-за нестационарности свойств, вследствие чего решение уравнений объекта нельзя получить в аналитическом виде.

По мере изменения параметров ПОНС, настройки систем управления должны адекватно изменяться, следовательно, речь идет о синтезе адаптивной системы автоматического управления (САУ) с идентификацией свойств объекта. Применение классических методов идентификации (исследования при заданных или псевдослучайных воздействиях, спектральные методы идентификации и др.) нежелательно, так как для получения достоверных результатов необходимо проведение активного эксперимента в ходе промышленного производства. То есть необходимо также разработать методы идентификации ПОНС в ходе работы САУ без дополнительных воздействий на него.

Вопросами автоматизации процессов производства губчатого титана долго и плодотворно занимался Ю.П. Кирин. Задачи моделирования, идентификации и оптимального управления промышленными объектами с нестационарными свойствами привлекали внимание многих исследователей: Балакирев B.C., Емельянов С.В., Закгейм А.Ю., Кафаров В.В. Коростелев В.Ф., Красовский А.А., Магергут В.З., Макаров Р.И., Мешалкин В.П., Иетушил А.В. Островский Г.М., Попов A.M., Пупков К.А., Ротач В.Я.,

Солодовников В.В., Стефании Е.П., Фрадков A.JL, Фролов С.В., Цыпкин Я.З., Черепанов А.И. и другие. Однако работы данных авторов больше ориентированы на оптимальное управление линейными объектами и на аналитическое исследование качества регуляторов. Цель работы

Улучшение качества управления технологическими объектами с нестационарными характеристиками, с целью снижения себестоимости конечного продукта и повышения его качества. Объект исследования

Процесс вакуумной сепарации губчатого титана. Предмет исследования

Система автоматического управления (САУ) технологическим процессом.

Для достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявлены особенности процесса вакуумной сепарации губчатого титана как промышленного объекта с нестационарными свойствами, поставлена задача управления, определены ограничивающие условия.

2. Проведен анализ возможности применения традиционных методов идентификации и управления применительно к объекту исследования.

3. Разработана обобщенная математическая модель объекта исследования с переменными коэффициентами, уточнены теплофизические параметры системы.

4. Разработан метод численного определения оптимальных настроек регуляторов, позволяющий также определять качество настроек САУ.

5. Исследованы с применением разработанного метода несколько комбинированных и адаптивных автоматических систем регулирования (САР).

Методика исследования

При решении поставленных задач использовались методы теории управления, структурного анализа и моделирования, аналитической и численной оптимизации, имитационного моделирования. Использовались программные средства MS Excel, VBA, MATLAB, Simuiink, MathCAD и другие. Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач и методов их решения, корректным использованием теории моделирования и автоматического управления, теории оптимизации, теории планирования эксперимента.

4.7. Выводы по главе 4

Наилучшие показатели, с точки зрения поддержания максимально допустимого значения параметра с минимальной ошибкой регулирования, имеют адаптивная и импульсная системы. Однако при практически одинаковом качестве регулирования температуры построение промышленной импульсной системы не вызывает затруднений, т.к. она достаточно просто реализуется с применением стандартных аппаратных и программных средств микропроцессорной техники, хотя при этом имеет более сложную структуру имитационного моделирования в среде Simulink [139].

На разработку, внедрение и эксплуатацию импульсной системы требуются меньшие затраты. Поэтому для промышленного внедрения реализована на существующей аппаратной базе импульсная система управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В работе решена актуальная и практически важная задача повышения качества позиционного регулирования нестационарными нелинейными промышленными объектами на примере процесса сепарации губчатого титана. Разработана математическая модель объекта управления первого порядка с переменными коэффициентами и запаздыванием, уточнены теплофизические параметры объекта.

2. Разработан метод синтеза регулятора для объекта с нестационарными свойствами, отличающийся возможностью использования различных критериев качества регулирования и широкими возможностями исследования свойств замкнутой системы.

3. Разработан алгоритм адаптивной идентификации объекта с нестационарными свойствами в режиме позиционного регулирования, позволяющий определять оптимальные настройки системы регулирования в реальном времени.

4. На основе разработанных обобщенной модели ПОНС и метода определения и оценки качества оптимальных настроек произвольного регулятора, предложены и исследованы комбинированные и адаптивные системы регулирования, как с непрерывными, так и позиционными регуляторами.

5. Результаты исследований в виде алгоритмов идентификации и адаптивного управления использованы в САУ вакуумной сепарации губчатого титана в филиале «Ависма» ОАО «Корпорация «ВСМПО-Ависма».

1. А.с. 211789 СССР. Способ контроля хода и окончания процесса вакуумной сепарации / В.П. Черепанов, В.И. Петров, Р.Г. Локшин и др. -Опуб. 19.02.68. Бюл. №8.

2. А.с. 619533 СССР. Способ контроля процесса вакуумной сепарации титана / И.И. Самуйлов, В.Г. Поплавко, Ю.А. Захаров. Опуб. 15.08.78. Бюл. №30.

3. А.с. 746436. Устройство для контроля и регулирования параметров / Ю.П. Кирин (СССР). Опубл. в Б.И., 1980, №25.

4. Александровский С.В. Об условиях рациональной подготовки оборотного конденсата при магниетермическом получении титана / С.В. Александровский, А.И. Титаренко, Е.А. Черепанова и др. // Цветные металлы. 1982, №4.- С.59-61.

5. Амосов А. А. Вычислительные методы для инженеров / А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский, Н.В. Копченова М.: Высшая школа, 1994. -544 с.

6. Андреев А.Е. Исследование теплофизических характеристик аппарата вакуумной сепарации / А.Е. Андреев, В.М. Малынин, Г.П. Снисарь // Сб. Металлургия и химия титана. М.: Металлургия, 1970, Т. 4. - С.88- 92.

7. Андреев АЕ. Теплофизические исследования процесса вакуумной сепарации губчатого титана / А.Е. Андреев, В.М. Малынин, В.К. Кропачев // Вакуумные процессы в цветной металлургии. Алма-Ата: Наука, 1971. - С. 166-170.

8. Беккер В.Ф. Исследование элементов систем управления с применением пакета MATLAB: Учебное пособие (в 2-х томах) / В.Ф. Беккер. Пермь, ПГТУ, 2007 - 253 с.

9. Бодров В.И. Синтез многоконтуриых систем автоматического регулирования / В.И. Бодров, С.В. Фролов, А.Е. Печерский // Вестник ТГТУ.-2000, №3.-Т.6.

10. Ю.Васютинский Н.А. Металлографическое изучение пористости магниетермической титановой губки / Н.А. Васютинский, Ю.И. Рысьева, В.В. Родякин // Цветные металлы. 1965, №10. - С. 70-71.

11. П.Власов В.В. Влияние скорости магниетермического получения титановой губки на ее структуру /В.В. Власов, X.JI. Стрелец // Цветные металлы. 1966, №11.-С.75-77.

12. Власов В.В. Изучение влияния параметров процессов восстановления и сепарации на структуру губчатого титана и полноту его очистки от хлорсодержащих примесей. Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Л, 1968.-30с.

13. Власов В.В. Пористая структура титановой губки, полученной при магниетермическом восстановлении и сепарации / В.В. Власов, X.JT. Стрелец // Сб. трудов ВАМИ. Л., 1964, №53. - С. 143-146.

14. Власов В.В. Формирование структуры губчатого титана / В.В. Власов, Х.Л. Стрелец // Цветные металлы. 1966, № 12. - С.67—71.

15. Гармата В.А. Титан / В.А. Гармата, А.Н. Петрунько, Н.В. Галицкий и др. М.: Металлургия, 1983. — 559с.

16. Гартман Т.Н. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов: учеб. пособие для вузов / Т.Н. Гартман, Д.В. Клушин. М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. - 416 с.

17. Гулякин А.И. О направлениях дальнейшего развития и совершенствования производства губчатого титана / А.И. Гулякин // Титан. — 1993, №1- С.15-16.

18. Гулякин А.И. Основные вехи в развитии магниетермического129производства титана на ОАО АВИСМА / А.И. Гулякин, О.А. Путина, А.А. Путин // Титан. 1998, №1(10).

19. Дьяконов В.П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения. Полное руководство пользователя. / В.П. Дьяконов. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 767 с.

20. Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой / С.В. Емельянов. М.: Наука, 1967. - 336 с.

21. Емельянов С.В. Математические модели технологических процессов и разработка систем автоматического регулирования с переменной структурой: сб. науч. тр. / С.В. Емельянов, И.А. Буровой, М.А. Морозова и др. Метллургия, 1964, №21.

22. Ерыпалова М.Н. Влияние нестационарности объекта управления на параметры установившихся автоколебаний / М.Н. Ерыпалова, В.Ф. Беккер, А.В. Затонский, Ю.П. Кирин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Пенза, 2008, № 4.

23. Ерыпалова М.Н. Динамика импульсного позиционного регулирования температуры вакуумной сепарации губчатого титана / М.Н. Ерыпалова, Ю.П. Кирин // Молодежная наука Верхнекамья: материалы V региональной конференции. Березники, 2008. - С. 79 - 85.

24. Ерыпалова М.Н. Имитационное моделирование системы управления с постоянными настройками нестационарного объекта / М.Н. Ерыпалова, Ю.П. Кирин // Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова.- Кострома, 2008, №2 Т. 14.

25. Ерыпалова М.Н. Исследование динамики позиционного регулирования температуры сепарации титана / М.Н. Ерыпалова, Ю.П. Кирин // Молодежная наука Верхнекамья: материалы V региональной конференции. Березники, 2008. - С. 86 - 89.

26. Ерыпалова М.Н. Моделирование элементов импульсной системы управления вакуумной сепарацией губчатого титана / М.Н. Ерыпалова, Ю.П. Кирин, В.Ф. Беккер // Молодежная наука Верхнекамья: материалы Vрегиональной конференции. Березники, 2008. — С. 72 — 78.130

27. Ерыпалова М.Н. Управление нагреванием нестационарного объекта / М.Н. Ерыпалова // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21): сб. трудов XXI международной научной конференции. -Тамбов, 2008. Том 11.- С.95 - 97.

28. Затонский А.В. Модель теплового состояния аппарата сепарации губчатого титана / А.В. Затонский // Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона. Березники, БФ ПГТУ, 1998. — Вып. 1.-С 47-59.

29. Затонский А. В. Особенности аппроксимации граничных условий в модели процесса сепарации губчатого титана / А.В. Затонский // Математические методы в технике и технологихях: Материалы 13 Междунар. науч. конф. Т.6. - СПб, 2000. - С. 31.

30. Затонский А.В. Позиционное управление в сложных системах / А.В. Затонский, Ю.П. Кирин, В.Ф. Беккер. Березники, 2008. — 150 с.

31. Затонский А. В. Программа расчета теплового состояния двумерного тела / А.В. Затонский, Р.А. Козодой / Молодежная наука Верхнекамья: материалы 4 региональной конференции- Березники, БФ ПГТУ, 2007,- С. 83-91.

32. Затонский А.В. Программирование и основы алгоритмизации. Теоретические основы и примеры реализации численных методов / А.В. Затонский, Н.В. Бильфельд. Перм. гос. техн. ун-т., Березниковский филиал, 2007.- 131 с.

33. Захаров Ю.А. Прогнозирование и оптимизация длительности процесса вакуумной сепарации титана / Ю.А. Захаров, В.Г. Поплавко,

34. С.В. Огурцов и др. // Цветные металлы. 1978, № 12. - С. 46-48.131

35. Захаров Ю.А. Система автоматического управления процессом сепарации губчатого титана / Ю.А. Захаров, В.Г. Поплавко, С.В. Огурцов и др. // Цветная металлургия: науч.-техн. бюлл. 1978, № 7. — С. 57—59.

36. Иодко Э.А. Испарение группы веществ из пористого тела / Э.А. Иодко // Инженерно-физический журнал. 1979, №3.- Т.37.— С.449-455.

37. Иодко Э.А. Термодинамика и теплофизика процесса магниетермического восстановления титана / Э.А. Иодко // Изв. АН СССР. Металлы. 1977, №4. - С.30-35.

38. Кампе-Немм А.А. Автоматическое двухпозиционное регулирование / А.А. Кампе-Немм. М.: Наука, 1967.

39. Кампе-Немм А.А. Динамика двухпозиционного регулирования /

40. A.А. Кампе-Немм. М.: Госэнергоиздат, 1955. — 234 с.

41. Карасев Н.И. К вопросу расчета процессов в системах двухпозиционного программного регулирования / Н.И. Карасев // Приборостроение. -1966, №12. С. 4-6.

42. Каспаров С.А. О достижениях и направлениях дальнейшего развития, совершенствования производства на ОАО «АВИСМА» -титаномагниевый комбинат» / С.А. Каспаров, В.В. Курносенко // Титан. -1998, №1(10).

43. Кирин Ю.П. Адаптивное позиционное регулирование с идентификатором / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский, В.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XVI междунар. науч. конф. СПб., 2003. - Т.2. - С. 85-88.

44. Кирин Ю.П. Анализ динамики позиционных систем управления процессами производства губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский,

45. B.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XVIII междунар. науч. конф. — Казань, 2005. Т. 10. - С. 84-86.

46. Кирин Ю.П. Бесконтактный коммутатор для машин132централизованного контроля / Ю.П. Кирин // Цветная металлургия. 1977, №14.-С. 44-47.

47. Кирин Ю.П. Идентификация аппарата вакуумной сепарации губчатого титана как объекта управления температурой / Ю.П. Кирин // Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона. -Березники, БФ ПГТУ, 1988. Вып. 1. - С.123-127.

48. Кирин Ю.П. Идентификация математических моделей нестационарных объектов управления / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский,

49. B.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XVIII междунар. науч. конф. Казань, 2005. - Т. 10. - С. 92-94.

50. Кирин Ю.П. Изучение реакции восстановления четыреххлористого титана магнием в промышленных аппаратах / Ю.П. Кирин // Наука в решении проблем Верхнекамского промышленного региона. Березники, БФ ПГТУ, 1998. - Вып. 1. - С. 35-40.

51. Кирии Ю.П. Минимизация длительности процессов сепарации титана в АСУТП / Ю.П. Кирин, А.И. Черепанов, Ю.А. Протасов и др. // Цветные металлы. 1983, № 1. - С. 51 - 54.

52. Кирин Ю.П. Оптимизация технологии и аппаратуры процессов магниетермического получения губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский, В.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Наука в решении проблем

53. Верхнекамского промышленного региона: сб. научных трудов. — Березники, 2002. Вып. 2. - С. 96 - 105.

54. Кирин Ю.П. Построение моделей динамики в системах управления процессами производства губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский, В.Ф. Беккер и др. // Вестник КГУ имени Н.А. Некрасова. Кострома: КГУ, 2006.-Т. 12.-С. 43-47.

55. Кирин Ю.П. Принципы построения двухуровневой АСУ процессами сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.И. Черепанов, Ю.А. Протасов и др. // Цветная металлургия. 1983, №13. - С. 33-35.

56. Кирин Ю.П. Расчет процесса программного двухпозиционногоуправления промышленным нестационарным объектом / Ю.П. Кирин,

57. А.В. Затонский, В.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Наука в решении проблем137

58. Верхнекамского промышленного региона: сб. науч. тр. Березники, БФ ПГТУ, 2006. - Вып. 5. - С. 194-197.

59. Кирин Ю.П. Синтез оптимальных систем управления процессами магниетермического получения губчатого титана / Ю.П. Кирин,

60. A.В. Затонский, В.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XIV Междунар. науч. конф. Смоленск, 2001. -Т.2.-С. 89-91.

61. Кирин Ю.П. Собственные колебания в реакторе восстановления губчатого титана / Ю.П. Кирин, В.Ф. Беккер // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XV междунар. науч. конф. Тамбов, 2002. -Т. З.-С. 84-86.

62. Кирин Ю.П. Совершенствование технологии и системы управления отгонкой хлорида магния из губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский,

63. B.Ф. Беккер и др. // Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-20: сб. тр. XX международной научн. конф. Ярославль, ЯГТУ, 2007. -Т. 7.-С. 256-258.

64. Кирин Ю.П. Совместная разработка технологии и системы управления вакуумной сепарацией губчатого титана / Ю.П. Кирин,

65. A.В. Затонский, В.Ф. Беккер и др. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2007. № 9. - С. 7-10.

66. Кирин Ю.П. Совместное проектирование технологии и система управления вакуумной сепарацией губчатого титана / Ю.П. Кирин,

67. B.Ф. Беккер, А.В. Затонский. Пермь, 2008.

68. Кирин Ю.П. Современные направления совершенствования и развития производства губчатого титана / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский, В.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд. Титан, 2003, №2. - С. 11 - 16.

69. Кирин Ю.П. Состояние и перспективы оптимизации теплового режима конденсатора в производстве губчатого титана / Ю.П. Кирин,

70. A.В. Затонский, В.Ф. Беккер и др. // Математические методы в технике и технологиях ММТТ-20: сб. тр. XXI международной научн. конф. - Саратов, СГТУ, 2008. - Т. 6. - С. 47-49.

71. Кирин Ю.П. Управление вакуумной сепарацией губчатого титана с применением систем переменной структуры / Ю.П. Кирин, А.В. Затонский,

72. B.Ф. Беккер, Н.В. Бильфельд // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XV Междунар. науч. конф. Тамбов, 2002. - Т. 9.1. C. 210-214.

73. Клюев А.С. Двухпозиционные автоматические регуляторы и их настройка/ А.С. Клюев. -М.: Энергия, 1967.

74. Колесниченко В.И. Процессы тепло- и массопереноса при термовакуумной очистке титановой губки от наполнителей / В.И. Колесниченко. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983. - 55 с.

75. Копелович А.П. Инженерные методы расчета при выборе автоматических регуляторов / А.П. Копелович — М.: Металлургиздат, 1960. — 190 с.

76. Коростелев В.Ф. Автоматизация технологических процессов и производств. Учебное пособие / В.Ф. Коростелев. — Владимир, Владим. гос. ун-т., 2005. -148 с. ISBN 5-89368-544-Х.

77. Крутов В.И. Техническая термодинамика / В.И. Крутов, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др. -М.: Высшая школа, 1991. 384 с.

78. Кук М. Очистка титановой губки методом вакуумной сепарации / М. Кук, Ф. Уортман // Титан. М.: Изд-во ИЛ, 1954. - Вып. 3. - С. 69 - 82.

79. Курбатов B.JI. Исследование процесса вакуум-термической отгонки хлоридов магния и калия из капиллярнопористых материалов / B.JI. Курбатов // Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1970. 29с.

80. Кушкин Б.Н. Исследование процесса очистки магниетермической титановой губки методом вакуумной сепарации / Б.Н. Кушкин // Автореф. дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1966. - 19 с.

81. Лыков В.А. Теория теплопроводности / В.А. Лыков. — М.: Высшая школа, 1967. — 599 с.

82. Магергут В.З. Адаптивные позиционные регуляторы перспективы их применения / В.З. Магергут, А.Ф. Егоров, Д.П. Вент //

83. Приборы и системы управления. 1998, №11. - С. 53-56.140

84. Магергут В.З. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов / В.З. Магергут, Д.П. Вент, И.А. Кацер Новомосковск: НФ РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1994.- 158 с.

85. Магергут В.З. Принципы построения, методы анализа и синтеза адаптивных позиционных систем регулирования и практика их применения в химической промышленности / В.З. Магергут // Автореф. дис. . докт. техн. наук. -М., 2001 .-32с.

86. Макаров Р.И. Автоматизация производства листового стекла. Флоат-способ: Учеб пособ. / Р.И.Макаров, Е.Р.Хорошева, С.А.Лукашкин. -М.: Изд-во АСВ, 2002. 191 с.

87. Малыпин В.М. Металлургия титана / В.М. Малыпин,

88. B.Н. Завадовская, Н.А. Пампушко. М.: Металлургия, 1991. - 208 с.

89. Малыпин В.М. Тепло- и массоперенос в процессе вакуумной сепарации магниетермической титановой губки / В.М. Малыпин, А.Л. Новожилов, В.В. Сергеев, В.К. Кропачев // Металлургия и химия титана. М.: Металлургия, 1972. - Т. VII-VIII. - С.110-118.

90. Матвейкин В.Г. Расчет двухпозиционных статических систем регулирования / В.Г. Матвейкин, С.В. Фролов, И.А. Елизаров // Приборы и системы управления. 1997, №6.

91. Надольский А.П. Расчет процессов и аппаратов производства тугоплавких материалов: учебное пособие для вузов / А.П. Надольский. М.: Металлургия, 1980,- 127с.

92. Никитин А.Е. Изучение некоторых закономерностей вакуумной сепарации магниетермической реакционной массы / А.Е. Никитин,

93. C.В. Огурцов, В.Г. Поплавко и др. // Тр. ин-та Гиредмет. — М.: Металлургия, 1977.-Т. 74.-С. 5-15.

94. Носков Н.А. Исследование кинетики реакций восстановленияжидкого тетрахлорида титана магнием / Н.А. Носков, А.А. Захаревич, С.В.

95. Александровский // Цветная металлургия. 1992, №9. - С. 16-18.141

96. Оверин Б.А. Повышение надежности регулирования температуры в печах сепарации губчатого титана / Б.А. Оверин, Ю.П. Кирин // Цветная металлургия. 1978, №13 - С.54-56.

97. Пат. 1818858 Российская Федерация. Способ сепарации титансодержащей реакционной массы / Кирин Ю.П., Носков Н.А., Мушков С.В. Опубл. в БИ. 1996, №24.

98. Пат. 2061774 Российская Федерация, МПК7 С 22 В 034/12. Способ вакуумной сепарации губчатого титана / Кирин Ю.П.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество «АВИСМА — титаномагниевый комбинат» -№ 93013415; опубл. в БИ., 1996, №16.

99. Пат. 2070593 Российская Федерация, МПК7 С 22 В 034/12. Способ вакуумной сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин; заявитель и патентообладатель Березниковский титано-магниевый комбинат. — № 93006574/02; опубл. в БИ, 1996, №35.

100. Пат. 2153017 Российская Федерация, МПК7 С 22 В 034/12.142

101. Способ управления процессом вакуумной сепарации губчатого титана /С.В. Евсеев, Ю.П. Кирин, Д.А. Рымкевич и др.; заявитель и патентообладатель Березниковский титано-магниевый комбинат. — № 99119755/02; опубл. 20.07.2000. Бюл. №20.

102. Патанкар С. Численные методы решения задач теплопроводности и конвекции / С. Патанкар. — М.: Энергия, 1988. 163 с.

103. Петрунько А.Н. Исследование температурных полей аппаратов сепарации различной конструкции / А.Н. Петрунько, А.Е. Андреев, Э.А. Арутюнов и др. // Цветные металлы. 1969, № 4. - С. 74-76.

104. Петрунько А.Н. Основные направления в совершенствовании производства титановой губки и порошков в странах СНГ / А.Н. Петрунько, М.П. Корнилин, Н.А. Пампушко // Титан. 1993, №1. - С.11-14.

105. Пингин В.В. Математическое моделирование газогидродинамических процессов в алюминиевом электролизере / В.В. Пингин, П.В. Поляков, С.А. Щербинин // Цветные металлы. 1998, №5. -С. 104-109.

106. Половко A.M. Matlab для студента / A.M. Половко, П.Н. Бутусов. СПб.; БХВ-Петербург, 2005 - 320 с.

107. Путин А.А. О нерасслоении магния и хлористого магния в аппаратах для получения титана / А.А. Путин, О.А. Путина // Титан. — 1993, №3. С.5-7.

108. Путин А.А. Пути развития магниетермического производства титана / А.А. Путин, О.А. Путина, А.И. Гулякин, Д.А. Рымкевич // Титан. -2005, №1.-С. 10-12.

109. Ревякин А.В. Исследования вакуумной сепарации реакционной143массы / А.В. Ревякин // Титан и его сплавы. М.: Изд. АН СССР, 1961. -Вып. VI. - С.27-37.

110. Родякин В.В. Качество магниетермического губчатого титана по остаточному содержанию хлора / В.В. Родякин, Б.Н. Кушкин, Э.А. Арутюнов, А.Н. Петрунько // Цветные металлы. 1965, №10. — С.67—70.

111. Родякин В.В. Кинетические исследования магниетермического восстановления титана / В.В. Родякин, В.Э. Гегер, В.М. Скрыпнюк // Сб. Металлургия и химия титана. Т. VII-VIII. - М.: Металлургия, 1972. — С.83-93.

112. Родякин В.В. Магниетермическое производство губчатого титана /В.В. Родякин, В.Э. Гегер, В.М. Скрыпнюк М.: Металлургия, 1971. - 216 с.

113. Ротач В.Я. Теория автоматического управления / В.Я. Ротач. Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2004. —400 с.

114. Рутковский A.JI. Постановка и обсуждение задачи построения адаптивных систем оптимального управления технологическими процессами в цветной металлургии / A.JI. Рутковский // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1995, №3.-С. 65-68.

115. Рымкевич Д.А. Модернизация оборудования и технологии действующего производства губчатого титана / Д.А. Рымкевич, А.А. Путин, А.П. Чутков и др. // Титан. 2005, № 2. - С. 9-13.

116. Салихов З.Г. Методика рациональной организации подсистем централизованного контроля / З.Г. Салихов, A.JI. Рутковский, А.В. Леонтьев // Изв. вузов. Цветная металлургия. — 1999, №6. — С.65-69.

117. Салихов 3.3. Исследование методов построения и текущей параметрической идентификацией математических моделей в системах управлению / 3.3. Салихов, А.Л. Рутковский // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1998, №6. - С. 67-72.

118. Самарский А.А. Численные методы: учеб. пособие для вузов /

119. А.А. Самарский, А.В. Гулин. М.: Физматлит, 1989. - 432 с.144

120. Сандлер Р.А. Влияние скорости поступления четыреххлористого титана на показатели магниетермического процесса / Р.А. Сандлер, Х.Л. Стрелец, В.А. Гармата и др. // Цветные металлы 1964, № 10. - С. 58-60.

121. Свидетельство 6799 РФ на полезную модель. Устройство для регулирования температуры аппарата вакуумной сепарации губчатого титана / Ю.П. Кирин, С.В. Евсеев, Н.А. Носков. Опубл. в БИ, 1998, №6.

122. Свойства неорганических соединений. Справочник / Ефимов

123. A.И. и др. Л.: Химия, 1983 - 392 с.

124. Свойства элементов. В двух частях. Ч. 1. Физические свойства. Справочник. 2-е изд. / Под ред. Г.В. Самсонова // М., «Металлургия», 1976. 600 с.

125. Свойства элементов. Справ, изд. / Под ред. Дрица М.Е. М.: Металлургия, 1985, 672 с.

126. Сергеев В.В. Металлургия титана /В.В. Сергеев, Н.В. Галицкий, В .П. Кисилев, В.М. Козлов- М.: Металлургия, 1971. 320 с.

127. Сергеев В.В. Стандартный процесс получения титановой губки /

128. B.В. Сергеев, В.М. Малыпин // Металлургия и химия титана. М.: Металлургия, 1970. - Т. V. - С. 56-59.

129. Скорик В.Ф. Автоматизированная система управления процессом производства губчатого титана «Титан» / В.Ф. Скорик, В.Б. Бирюков, Н.В. Дегтярик и др. // Цветная металлургия. 1984, №1. — С. 41-45.

130. Спицын А.В. Адаптивные цифровые ПИД-регуляторы с пробным145гармоническим сигналом для управления техническими объектами / Спицын А.В. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2007, №7. -С. 51-53.

131. Тарасов А.В. Металлургия титана / А.В. Тарасов М.: ИКЦ «Академкнига», 2003. - 328 с.

132. Тимченко Б.С. Экспериментально-статистическая оптимизация, контроль и автоматизация металлотермии / Б.С. Тимченко — М.: Цветметннформация, 1968.— 103 с.

133. Туринский З.М. Управление металлургическими объектами с высокопараметрической динамикой / З.М. Туринский // Цветные металлы. — 2001, №9-10.-С. 102-108.

134. Физико-химические свойства галургических растворов и солей. Хлориды натрия, калия, магния. Справочник / А.Б. Здановский, Л.М. Черемных. СПб: Химия, 1997. - 512 с. ISBN 5-7245-1040-5.

135. Физические величины. Справочник. / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова-М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с. ISBN 5-283-04013-5.

136. Фролов С.В. Лабораторный комплекс для исследования позиционных систем регулирования / С.В Фролов, И. А. Елизаров, С.А. Лоскутов // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2005, № 4.

137. Фролов С.В. Сравнительный анализ систем двухпозиционного регулирования / С.В. Фролов, И.А. Елизаров, С.А. Лоскутов // Промышленные АСУ и контроллеры. М.: Научтехлитиздат, 2005, № 09.

138. Хемди А. Таха. Имитационное моделирование / Хемди А. Таха // Введение в исследование операций = Operations Research: An Introduction. — M.: «Вильяме», 2007. С. 697 - 737. — ISBN 0-13-032374-8

139. Химическая технология титана. / В.А. Резниченко, B.C. Устинов, И.А. Карязин и др. М.: Наука, 1983. - 245с.

140. Черепанов А.И. Динамика систем многоканального позиционного регулирования. -М.: Энергия. 1970. - 80 с.

141. Черепанов А.И. Расчет процессов в системах программного146двухпозиционного регулирования // Приборостроение. 1965, №1. С. 4-7.

142. Ogurtsov S.V. Investigations on improvement of the titanium sponge production / S.V. Ogurtsov, A.A. Putin, O.A. Putina // The 9th World Conference on Titanium. Sanct-Petersburg, Russia, 1999. P. 1480.