автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Выбор структуры распределенных автоматизированных систем управления сложными технологическими процессами (на примере производства технического углерода)

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

МАРЬЯ СИ Н Олег Юрьевич

ВЫБОР СТРУКТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

(нй примере производства технического углерода)

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА — 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красног Знамени институте химического машиностроения.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессо; Володин В. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дорохов И.. Н.; кандидат технических наук Корчагин С. А. Ведущая организация: ЯМЦ «Спектр».

Защита диссертации состоится « ¿9» СКИпАр! 1992 г. :

« час. на заседании специализированного совета Д063.44.02:

в Московском ордена Трудового Красного Знамени институте хи мического машиностроения. Адрес: 107884, ГСП, Москва, Б-66, ул Старая Басманная, 21/4, МИХМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан « » а неумел 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Г. Д. шишов

Подп. к печати 28.9.92 г.

Печ. л. 1,0 Авт. л. 0,75

Зак. 878

Тип. ВАБТЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В последние года при разработке автоматизированных систем управления сложными технологическими комплексами все более широкое применение находят многоуровневые иерархические системы управления. В этих системах весь технологический процесс разбивается на отдельные части (подсистемы) и для выработки решения реализуется один из методов иерархического управления. Наиболее перспективно применение иерархических систем управления при создании распределенных автоматизированных систем управления (РАСУТП) на базе микропроцессорной техники, когда каждый крупный агрегат гехнологичекого процесса управляется собственной гажро-ЭВМ.

При разработке РАСУТП сложной химико-технологической системы (СХТС) с использованием декомпозиционного подхода необходимо решить следующие три вакные проблемы: выбор структуры РАСУТП, выбор метода декомпозиции, разработка эффективных алгоритмов решения задачи /правдения в соответствии с используемым методом декомпозиции.

В диссертационной работе рассматривания вопросы, возникающие три решении указанных-проблем на примере автоматизации реакторного отделения технологического потока производства технического углеро-ца (ТУ). Основными задачами, решаемыми при автоматизации рассматри-заемой СХТС являются повышение качества продукта, сокращение техно • яогаческих затрат, повышение производительности оборудования, зремени его безаварийной работы. Для -реализации задачи управления ]ХГС в среде РАСУТП используются методы декомпозиционной оптимиза-даи. В соответствии с названными методами осуществляется декомпозиция исходной задачи на ряд локальных задач меньшей эазмерности и формируется коорданирущая задача, согласующая зешения локальных задач. При этом эффективность декомпозиционных 1зтодов существенно зависит от разбиения СХТС на подсистемы.

Несмотря на большое число работ, повященных выбору структуры ;ложннх систем управления, вопросы разбиения СХТС на подсистемы, зыбора типа комплекса технических средств (КТО, числа . станций 'АСУТП, состава и характеристик КТС разработаны еще недостаточно. )собые трудности вызывает определение оптимального числа подсистем 1ХТС, поскольку данная задача относится к классу комбинаторных жстремальных задач, решение которых в общем случае может быть [айдено лишь полным перебором всех допустимых вариантов. В связи с

ьт;IV щкычиь рьсг^Т^пл э$£ек.ткзв»<7с УЛ-ТСД.1: иг&мрь тлгд: п'-дситег-' СХТС яьляется одной из нгиболвс б научкш и т^рикладиск

омы 'ХПЬ

Цель работы. Целък нзгтошгФ работы являестя рзареботка яффде-тивных методов выбора структуры распределенных АСУТП к алгоритмов оптимального управления к последующая их реализация на примере ГАСУ СХТС реакторного отделения технологического потоке ТУ.

Методы исследований. Б процессе решение поставленных задач г диссертации использованы метода: общего системного анализа сложных производственных комплексов, теории декомпозиционного оптимального управления, теории множеств, современные методы исследований с использованием ЭВМ.

Научная новизна. На основании теоретического анализа и проведенных в работе вычислительных экспериментов впертые получено общее выражение, согласно которому, при выполнении некоторых сформулированных в работе условий, оптимальное число подсистем, минимизируйте е затраты машинного времени на решение задачи оптимального управления СХТС, пропорционально квадратному корню из суммарной размерности векторов управлений подсистем СХТС.

Предложен эвристический алгоритм основанный на анализе соотношения трудоемкости (времени) решения локальных задач и задачи координации позволяющий значительно сократить затраты машинного времени при решении задачи определения оптимального числа подсистел

Предложена методика выбора структура РАСУТП, основанная не декомпозиции общей задачи выбора структура на ряд последовательны? зтапов.

Разработана эксперим&нтзльно-анал*дтйческая модель реактора ТУ, пригодная для целее оптимизации и удовлетворяющая требования» компромисса ».У'жду сложностью расчетных соотношений модели и степенью адекватно с гл. в широком диапазоне изменения переменных.

Предложена методика определения потерь от недостаточной оперативности системы управления и надежности комплекса технически: средств (КТО) РАСУТП.

Практическая значимость. Практическая ценность результатов ра боты состоит в том, что разработанные метода и алгоритма могу применяться при решении задач проектирования и реализации РАСУТП предназначенных -для автоматизации СХТС.

Разработанные алгоритмы решения задачи оптимального управле

i реакторным отделением технологического потока производства реализованы на алгоритмическом языке Паскаль, входящим в состав тематического обеспечения АСУГП.

Предложена двухуровневая иерархическая структура РАСУ СХТС шторного отделения технологического потока производства ТУ, лшческая реализация которой предусмотрена на базе управляющего [целительного комплекса Димиконт Д-130.

Результаты работы оформлены в виде.типовых проектных решений, :ета прикладных программ и переданы для внедрения на Ярославском г с озшдаемым экономическим эффектом от использования 450 тыс. 5ле-й в год.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и :уздались на Всесоюзном научно-техническом совещании "Теоретичес-i и прикладные проблемы создания систем управления технологически процессами" (г. Челябинск, 1990г.), на - VII Всесоюзной гференцш "Математические методы в химии" (г. Казань, 1991г.), на ;еданиях кафедр Технической кибернетики и автоматики и фрматики и компьютерных, систем МИХМа в 19Э0-1992г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных 5от, список которых приведен в заключительной части автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, гырех глав, списка используемой литературы и приложений. Работа юнена на 159 страницах машшописного текста, -содержит 31 ;унок и 12 таблиц.- Список литературы включает 90 наименований, илохение объемом 3 машинописных страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАВ!® РАБОТЫ

Во введении показана актуальность теш, формулируется цель и }вча исследований, дано краткое изложение содержания работы по ювным ее разделам.

Пзрвая глава посвящена анализу технологического процесса пплу-гая технического углерода как объекта управления, анализу.литера-зных источников, посвященных математическому моделированию и 5ору структуры РАСУТП, постановке задач автоматизации и выбора зуктуры.

Клнчевым элементом ХТС производства ТУ является реактор. Реакциям процессом определяются основные показатели качества ТУ и

• технжо-&коношге&с&ие показатели производства. Каждый технологический поток содержит группу однотипных параллельно работаю®« реакторов. Процесс получения ТУ в реакторах включает стадии горения топлива, испарения, горения и разложения сырья, образования и роста частиц ТУ, взаимодействия частиц ТУ с газовым потоком. На указанных стадиях происходят аюкнне физико-химические процессы, влияющие не значение показателей технического углерода. Основными характеристиками качества ТУ являются дисперсность и шероховатость, оцениваемое с помощью показателей удельная геометрическая поверхность 5,гд и удельная адсорбционная поверхность Бадс .

Б этом разделе производится анализ реакторного процесса производства ТУ как объекта управления. Выделены входные и выходные переменные процесса, управляющие и возмущающие воздействия. Среда возмущающих воздействий основными являются изменения свойств сырь; и характеристик входных потоков (температур-, давлений). " Здесь же приводятся данные, характеризующие стабильность во времени показателей качества и осноеных возмущений технологического процесса.

Далее проводится анализ существующей системы автоматизации, I ходе которого были отмечены ее недостатки и сформулированы цели I задачи автоматизации. К основным задачам относится улучшение качества регулирования, повышение оперативности управления, егс координируемое™, повышение надежности системы управления. Отмечено, что поставленные задачи могут быть успешно-решены при использовании современных распределенных АСУТП.

На основании анализа литературных, источников, посвящения: математическому моделированию реакторного процесса, сделан вывод < необходимости разработки математической" модели, удовлетворяюще] требованиям компромисса мекду степенью сложности и универсальность] расчетных соотношений модели.

В конце первой главы осуществляется постановка задачи выбор структуры РАСУТП. На основзкш анализа литературных источнико отмечено, что при ЕЫборе структуры РАСУТП в настоящее - врем прибегают к эвристической декомпозиции общей задачи.

Для РАСУТП, решающих задачу оптимального управления технологи ческим процессом с использованием декомпозиционных методов, возни кает проблема оптимального разбиения СХТС . на подсистемы. Поэтом для таких РАСУТП задача выбора структуры должна включать эта определения чилз подсистем.

г качестве критерия выбора варианта структуры принимается. :оно;личесхий критерий типа*полных затрат, учитывающий капитальные прэты на создание РАСУТП и потери от недостаточной эффективности ¡стемы. Использование сводного экономического критерия уменьшает »Еможность субъективных ошибок при выборе варианта структуры.

Во второй главе рассмотрены методы определения числа подсистем 7ГС. В начале главы проведен анализ существующих подходов к peine-го зэдачи выбора оптимального числа подсистем, которая может быть >е вставлена следующим образом:

G(I„) -► min, D., е Р,

^ Рц ^

(в р - вариант разбиения, Р - множество всех допустимых вариантов ¡збиения, G(•) - затраты на реиение задачи управления. Отмечено, 'о эти подходы связаны со значительными вычислительными затратами.

Основные выводы сформулированные в данной главе вытекают из юсмотрения задачи определения числа подсистем р, минимизирующего ¡траты машинного времени J на решение задачи оптимального управ-■шя СХТС, состоящей_из однотипных аппаратов. Для решения задачи ;тимального управления используются декомпозиционные методы. При ■ом общее время J поиска оптимума складывается из времени условной :тишзации звеньев J1 и времени их координации 3 . Поиск оптимума локальных задачах и задаче координации осуществляется методом >ямого сканирования. Выражение для J при последовательном соедине-¡и подсистем и последовательном решении локальных задач имеет вид

к m к. n/m. = J1+J2=TnL + L

;е Г, - коэффициентf учитывающий сложность вычисления критериев «альных задач, п - общая размерность вектора управлений СХТС, L -;сло уровней по каждой переменной, к - размерность вектора связей дсистем, m - размерность вектора управлений подсистем m = n/p, Т коэффициент, учитывающий сложность вычисления критерия задачи ординации.

Определение min J производилось с использованием аналитических апроксимацией дискретной зависимости J(p) непрерывней) и числен-то методов. Оказалось, что при n >> к оптимальное число подсистем опорционально квадратному корню из общей размерности вектора равденля СХТС. т.е..объективно существует следующая зависимость

гда [ : - целая часть числа. Значение коэффициента с зависит от соотношения трудоемкости решения локальных задач и задачи координации.

Зависимость (1 ) справедлива как при последовательном решении локальных задач в одном вычислительном устройстве, так и при шг параллельном решении в различных ЭЗМ, а также при параллельном соединении подсистем СХТС.

Далее для случая параллельного решения локальных задач приведены теоремы, доказывающие справедливость сформулированного выше правила при выполнении некоторых предположений относительно вида зависимостей трудоемкостей решения локальных задач и задачи координации. Основное из этих предположений касается монотонности зависимости времени решения задачи оптимизации от ее размерности. Значение доказанных теорем состоит в том, что они- позволяют распространить результаты, полученные для метода прямого сканирования, на любые другие методы- оптимизации, трудоемкость которых удовлетворяет сделанным предположениям.

На основе общепринятого допущения об экспоненциальном характере зависимости трудоемкости от размерности проведены численные эксперименты с тремя различными вариантами решения задачи оптимального управления: параллельном решении локальных задач, последовательном решении локальных задач в одном вычислительном устройстве, последовательном решении задач с использованием алгоритм? координации градиентного типа. Б результате численных эксперимента исследовалась зависимость значения оптимального числа подсистем о^ трудоемкостей решения локальных задач и задачи координации.

Исследование влияния различия размерностей векторов управленш подсистем на трудоемкость решения задачи оптимального управленил показало, что наименьшее значение трудоемкости (при заданном п достигается для СХТС, имеющей регулярную структуру (с одинаково; размерностью векторов.управления подсистем). Для СХТС с нерегулярной структурой предложен способ конструирования структуры, приближающейся к регулярной. Он основан на том, что математическо-описание крупных технологических объектов декомпозируется н отдельные элементы. Затем путем компоновки этих элементов подсистемы можно добиться более регулярной структуры СХТС п

LC1

сравнению с исходной.

Практическое значение полученных результатов состоит в том, ¿то используя зависимость (1) можно достаточно просто оценить (Пгдладъное число подсистем еще до этапов разработки математических юделей, алгоритмов управления и реализующих их программ. Причем во сюгих случаях указанная оценка является точной и окончательной.

Если после разработки алгоритмов и программ, в ходе решения >01дей задачи - выбора структуры РАСУГП, возникает необходимость •тсчнения числа подсистем, можно вопользоваться предложенным в ■,агаюй главе алгоритмом, основанным на эвристическом правиле, югласно которому оптимальному варианту структуры РАСУ соответствуют приблизительно равные оценки времени решения задачи :оарданации и максимального времени реализации локальных задач, ^числительная схема данного алгоритма построена по схеме метода етвей и границ и включает следующие шаги:

. по формуле (1) определяется начальная оценка оптимального числа одсистем р . Присваиваем р = р0, 1 = 1, «Г1 = 0. . при числе подсистем равном р находятся оценки трудоемкости ешения локальных задач Л".,, задачи координации ор и общей трудоем-ости Л1.

. если - «Г | ( е и ^ < , где £ - малое положительное исло, то в качестве оптимального числа подсистем принимается р... . если трудоемкость решения локальной задачи (или сугшы ло-алъшх задач в случае последовательного решения локальных задач в дном' вычислительном устройстве) оказалась больше, чем задачи оординации, то оптимальное число подсистем следует искать в бласти значений р > р1, если наоборот, то в области р <г р . Тогда -1+1 и в качестве следующей пробной точки берется точка р , элученяая делением пополам выделенной области допустилых эриантов. Далее осуществляется переход к п.2 данного алгоритма.

В заключении главы описаны результаты численного эксперимента, включающегося в определении оптимального числа подсистем для СХТС закторного отделения технологического потока производства ТУ этодом прямого перебора вариантов, с использованием зависимости I) и с использованием эвристического алгоритма. Число подсистем ь зде эксперимента изменялось от 1 до N. где К - число реакторов, пя каждого конкретного числа подсистем решалась задача оптимально-з управления и определялись вычислительные затраты на ее решение.

Логноо совпадешь числа подсистем полученное методом прямого пзр: бора, рассчитанного по формуле (1) и полученного с использование овристйчзсксгс алгоритма подтверждает правильность сформулированы: Р ДАННОЙ ГЛ2Е8 теоретических выводов.

Ь третьей главе рассматривается математическое описание и о: тимизэция реакторного отделения. Основу математического описан составляет математическая модель реактора.

- Экшрпментально-аналитическая модель реактора, отвечает; целям оптимизации основывается на описании механизма физико-хш ческих превращении, которые являются ответственными за взкнейл показатели процесса. Ведущий из этих показателей - дисперсное определяется двухотэдийным процессом образования радакалов-зарод шей и роста частиц углерода.

Основу математической модели составляют уравнения кинети образования частиц дисперстной фазы и разложения паров сырь Описание кинетики предложено в удобной для аналитического решен форме и дополнено уравнением теплового баланса, позволяющим учес характер влияния теплового эффекта разложения сырья в области мал концентраций углеводородов:

% , ел

~3/Г " ]Ч*пс *по-

{3x1. тт~

-к *п,*г

'V

; *п »¿'д - а * 1П -п I. см о - 4 с со' ■

где С - теплоемкость смеси газов, кДж/кг К, Е - энергия актга ции, к^- константа скорости реакции разложения сырья на повзрхнс< частицы, К - константа скорости образования частиц, кчо- началы константа скорости образования частиц, концентрация сырья, начальная концентрация сырья, п0 -.общая концентрация молекул к< компонентов, пч - концентрация частиц, д - тепловой эффект реаю разложения сырья, Г - температура и давление в условиях реакции I разования дисперсной фазы, ас - порядок реакции по сырью, ДТ -мененне температура процесса за счет разложения сырья;

Быходнке переменные процесса выражаются через переменные телеологического режима на основе использования уравнений материально-■о и тепловых баллансов полного горения топлива и неполного горения ■ирья и гидродинамики одномерного адиабатического движения ице-члъ-юго газа в канале переменного сечения. В итоговой форме математк-1еская модель реактора представляет собой систему нелинейных алгебраических уравнений. Адекватность модели проверялась по результатам иромыиленннх экспериментов. Максимальная ошибка модели не гревшиает 15".

Оконным достоинством разработанной модели является то, что она юзволяет использовать возможности аналитического моделирования геактора без существенного повышения сложности расчетных состксие-пкй модели. Использование аналитических соотношений повышает надезк-ють и степень адекватности математической модели в.широком диапазоне изменения переменных.

Математическая модель реакторного отделения получается допол-[ением уравнений для 1-го реактора, 1 = . 1,...п, где п - число «акторов, уравнением смешения выходных углеродно-газовых потоков в :оллекторе.

Задача оптимального управления реакторным отделением поставлена как задача статической оптимизации и может быть представлена в йтде:

£ —> min

1-1 ~ u.

L-G,. ); Vi,2.....N

2. х .1 1

>уд min « Буд} (üi,7i) Буд max; i=1,2,...,N

>адс min ^ Задс^ (u ,7_,) < Заде min; i=1,2,...,N н - "

2 = =1 ^

•де ü - вектор управлений 1-го реактора, ü - вектор цен, G± -фоизводительность по ТУ 1-го реактора, I - вектор контролируемых юзмущений, S„_.,S„_„ - показатели качества ТУ (удельная геометри-шская поверхность и адсорбционная поверхность), Будт1г1,5адот1п, 'удтая^адешах- регламентные ограничения, G - значение требуемой гооизводительности потока.

Задача оптимального управления реакторным отделением имеет

высокую разулрнссть и для ее решения н&обходимо использобьть де композиционные методы оптимизации. Ка основе анализа известны, декомпозиционных методоЕ и особенностей задачи управления бы. выбран и подробно рассмотрен метод явной декомпозиции. В соот ветствки с stem методом вводится двухуровневая схема принята решения, ¡три которой решение исходной задачи, как уже отмечалось сводится к совместному реиению локальных задач и задачи координа ции.

Для реакторного отделения задача координации имеет вид н

F= ?-'(G. —1• min

■ t.'-. i i э -

U^LJ ,-n-.

Ь ' с.)

n n _ M

. h -

где а = (п.,... ,1^), 'J U., »IL,*.. .»U - область допустимых знача ний управлений. Здесь в качестве координирующей переменной исполь зуется G.,. Локальная задача условной оптимизации 1-го реактор представляется следующим образом:

F_, - ü*u_. (G., ) —» п*!iL

* 1.31

Зуд min «с Зуд_, (IJ1,Ii) $ 2ул max

.Вадс min $ Бадс (ü Д.,) $ Заде min

Еодыиая часть данной главы посвящена разработке алгоритмо решения локальных задач и задачи координации. Сформулирован основные требования предъявляемые к этим методам. К числу требова ний предъявляемым к алгоритмам локальной оптимизации относятся:

1.Высокая вероятность (частота) нахождения глобального оптимума

2.Высокая скорость сходимости к оптимальному решению. •

3.Возмокность начинать поиск оптимума из точек, лежащих вне допус тимой области.

В соответствии с- указанными требованиями для решения локаль них задач оптимизации (3) выбирается комбинированный метол включающий метода скользящего допуска и модифицированный комплекс нкй метод Бокса. Последний метод используется в методе скользящег допуска для поиска точки с лучшим значением целевой функции и бн специально разработан в настоящей работе "для решения невыпукла задач оптимизации. Модификация его по сравнению с базовым вариаь:

заключается в использовании вместо центра тяжести вершин милекса вершины с лучшим значением целевой функции. Это предотв-щает зацикливание метода при решении невыпуклых задач. Примене-з модифицированного комплексного метода Бокса увеличивает веро-ность нахождения глобального решения за счет грубого сканировэ-я множества допустимых решений на. начальных этапах поиска.

Для решения задачи координации (2) был выбран метод приведен-го градиента, так как он обеспечивает, высокую эффективность при ленки задач с ограничениями типа равенства.

Результаты расчета по методу явной декомпозиции при N=2 и = 1800 кг/ч приведены на рис.1.

Рис.1. Результаты расчетов по алгоритму явной декомпозиции: -У,; о - Т2; * - Р=?1+Р2 (цены соответствуют 1989г.)

В четвертой главе рассматриваются вопросы выбора структуры числительной системы РАСУТП, к которым относятся выбор комплекса хнических средств, определение функциональной структуры РАСУТП, бор вариантов распредзления задач по узлам системы. Эти задачи :есте с задачами рассмотренными в предыдущих главах образуют щую задачу выбора структуры РАСУТП.

Алгоритм решения общей задачи выбора структуры РАСУТП предло-нный в данной работе приведен на рис.2. Данный алгоритм «овивается на итеративной.схеме, в которой предусмотрены возмож-;е возвраты к ранее выполненным модулям. Каждый этап алгоритма, шзанный с выбором одного из множества вариантов, мсжет рассмат-ваться как локальная задача оптимизации. В большинстве случаев

I Начало ^___)

Определение целей, критериев эффективности и задач РАСУТП

Предварительный выбор КТО

I Определение числа подсистем ХТС

Построение математической модели и разработка | алгоритмов решения задач )

Рис.2.Блок-схема алгоштма решения задачи выбора структуры РАСУТП

_I___

Отбор лучшего варианта

-1-

1_

Г Конец ^

: задачи ставятся как многокритериальные задачи принятия реаю-

В качестве глобального критерия выбора варианта структуры ч снимается критерий полных затрат в форме.

1) = СО) + ТдСйд^) + ЛВ(«)), V? в (4)

| С(у) - единовременные капитальные затраты на создание РАСУТП, >) - эксплуатационные затраты, ДВ(№) - потери от неэффектиЕнис-системы, которые можно представить как разность между идеаль-! Во и реальной В(и) эффективностью системы, - срок службы ;темы, У - множество допустимых вариантов. Основными составляли ЛВ, рассматриваемыми в диссертационной работе являются поте-от недостаточной оперативности и надежности системы. Составляю; С (иг) и ДВ(7/) могут быть представлены в виде С (те) - Сб" + ^(V?), ДВ(те) = 2 В1(1И)> где под знаком суммы стоят потери недостаточной оперативности, надежности и стоимости средств граченных на улучшение соответствующих показателей.

Определение потерь от недостаточной оперативности и надеж-зти составляет основную сложность при расчете глобального ггеркя (4). Потери от недостаточной оперативности управления эеделились в два этапа. На первом этапе расчитывается среднее змя решения задачи оптимального зттравления I. Это время зависит характеристик КТО, от принятого ыатематичекогс описания СХТС, выбранного метода оптимизации и разбиения СХТС на подсистемы, эведен анализ влияния характеристик КГС (производительности ЭВМ; зла лекальных технологических станций РАСУТП, пропускной зсобности каналов связи) на значение Т. На втором этапе зеделялпсь потери от недостаточной оперативности в зависимости величины 1. Определение потерь осуществлялось двумя способам!!: пометь» имитационного моделирования и экспериментально-злитияеекш путем. Первый способ является более точным, но збует больших вычислительны! затрат. В работе приводится зуктура программного обеспечения имитационного эксперимента, ж-схема основного моделирующего алгоритма и результаты .таоционного эксперимента. Второй способ основан на использовании спериментадьной зависимости критерия оптимальности в задаче равления от действующих возмущений. В работе эта зависимость годилась в виде линейной функции, коэффициенты которой

определялись путем численного эксперимента. далее аналитически« путем (по формулам известным из теории случайных процессов) определялась оценка потерь от недостаточной оперативности управления.

Потери от ненадежности элементов РАСЯГШ определялась пс формуле ДВ -- Бо - 2 в0 - эффективность при г полностье

исправной системе управления, вероятность J-го сосюя:ж

системы, вызванного" отказом одной из подсистем РАСУТП, В^ -эффективность системы в J-том состоянии. Вероятности Р^ рассчитывались методами теории надежности с составлением систем дифференциальных уравнений Колмогорова. Величины Во,В;) определялись путем имитационного моделирования.

В конце главы предлагается техническая реализация систем управления реакторным отделением технологического потока производства ТУ, построенной по иерархическому принципу на баз.; комплекса Димиконт Д-130 с использованием персональной ЭВМ IBI PC/XT.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.Проведен анализ технологического процесса получения тех-.нического углерода как объекта управления. Сформулированы осеовньи

задачи автоматизации реакторного процесса. Показана -необходимост: использования распределенных АСУТП для управления технологически процессом.

2.Разработана экспериментально-аналитическая модель реакто рэ ТУ, пригодная для целей оптимизации. и удовлетворяющая требо ваниям компромисса между сложностью расчетных соотношений модели ' степенью ее адекватности в широком диапазоне изменения переменных

3.Осуществлена постановка задачи оптимального управления форме задачи статической оптимизации реакторным процессом Обоснована необходимость применения методов декомпозиции дл решения задачи оптимального управления. В качестве исяользуемог метода выбран метод явной декомпозиции.

4.Получена зависимость, согласно которой при выполнена некоторых условий оптимальное число подсистем СХТС пропорций нально квадратному корню, из суммарной размерности векторов ул

wi-HHii подсистем CXTC. Указанная зависимость макет иснольсп-"ься вдя определения приближенной оценки числа подсистем.

С.Разработан эвристический алгоритм, позволяющий значигелъ-с ггф-зтить затраты машинного времени при решении задачи опрг— гения оптимального числа подсистем СХТО.

С.Проведена декомпозиция общей задачи выбора структуры РАСУ7П последовательные ^татш и предложен итеративный алгоритм решения 13 энной задачи.

7.Предложены метода расчета потерь от недостаточной одаренности и недостаточной надежности РАСУТП. Проведен анализ 1яния характеристик и структуры КТС на время решения задачи гимальгого управления. Предложен вариант технической реализации 7УГП на базе комплекса Димиконт Д-130 с использованием хональной ЭВМ IBM PC/XT.

8.Разработанные алгоритмы и программы переданы для внедре-1 на Ярославском заводе технического углерода с ожидаемым ректом 450 тыс. рублей в год.

Содержание диссертации отражено в следующих основных работах

Марьясин О.Ю., Пыганков М.П. Выбор оптимальной структуры де-итрализовашой системы управления объектами химической техно-таи. - В кн.: Автоматизация и роботизация химических произ-дсте. - М.: М'ЛХМ, 1939. - С.57-60.

Цуганков М.П., Марьясин О.НУ,, Комаров A.M. Система автомата -ской настройки реакторов производства технического углерода. - В .: Автоматизация технологических процессов в химической омышленности: Тезисы докладов научно-практического семинара, лябинск,1990. - С.17.

Марьясин О.Ю., Цыганков М.П., Володин В.М. Выбор оптимальной руктурн АСУ сложными технологическими системами. - В кн.: орэтические и прикладные проблемы создания систем управления хнологическими процессами: Тезисы докладов Всесоюзного научно-хнического совещания, Челябинск, 1990. - 0.7. Марьясин О.Ю., Цыганков М.П. Исследование структуризации обь-тов в задачах оптимизации структуры систем управления. - В кн.: томатизация химических производств. - М.: МИХМ, 1990. - 0.33-37. Володин В.М., Марьясин О.Ю., Шгакков М.П. Использование мето-

да явной декомпозиции для решения задачи статической сгетамег технологического потока производства технического углерода. -кн.:'Математические методы в химии. Тезисы докладов VIT Вс&сс ной конференции, Казань, 1991.-- С.247-249. 6.Володин В.М., Марьясин О.Ю. Имитационное моделирование &Ф1 тивности распределенной АСУТП. - В кн.: Микропроцессорные кс лексы для управления технологическими процессами. Тезисы док доб 3 Всесоюзной научно-технической конференции, Грозный, 1991. С. 45.

Т.Володин В.М.. Марьясин О.Ю., Цыганков М.П. Анализ структур особенностей в двухуровневых АСУ. - В сб.: Моделирование оптимизация технологических процессов, ДР 4982-np9J.-ЦНИКТШприборостроешйЯ, IS9I. - С.85-93.

8.Марьясин О.Ю., Володин В.М. Выбор структуры распределенных томатизировгнных систем управления по нескольким показате эффективности. - В кн.: Моделирование и оптимальное управле химическими производствами. - М.: МИХМ, 1991. - С.23-27.