The work objective is to improve the automation efficiency of the technological processes of the chemical industry and the related industries. A typical for the industry solution preparation process is considered; and the task of developing a vector control law, effective in terms of both intensity or speed and cross-invariance of the management processes of various technological variables, is solved. To cope with this task, the approach to the control laws synthesis based on the desired characteristics of the synthesized control system is taken. A mathematical model of the quasi-optimal speed control is used to construct the desired mathematical model of the controlled machine for the solution preparation. The synthesis is resulted in a rather complex non-linear vector control law which, however, provides all the properties inherent in the paradigm of its creation and implementation. Simulation modeling of a multistage automatic control system with the implementation of the synthesized laws is carried out, as well as the research of the constructed model. This allows fully confirm an absolute control autonomy of the outflow solution level in the unit and of its concentration. Besides, the independence of the controlled variables from the changing load — flow fluid preparation – is established. The results obtained are intended for the implementation in the chemical technology and the related indus-tries (food processing, oil refining, etc.). The materials and the research results presented show that for an effective synthesis of the vector control laws of nonlinear multiply connected objects, the method of reference mathematical models can be applied along with the quasi-optimization speed performance of these laws.
technological process, apparatus, solution preparation, mathematical model, state variable, control law, autonomy.
Наряду с совершенствованием технологии автоматизация производства является ключевой составляющей развития любой промышленности: химической, микробиологической, пищевой и др. При автоматизации промышленных производств объектом автоматизации является обычно не отдельный технологический процесс или аппарат, а некий технологический модуль, комплекс или линия со сложными взаимосвязями между его агрегатами, коммуникациями, потоками и пр. Современные системы автоматизации таких комплексов должны обладать широкими функциональными возможностями, новыми техническими характеристиками. Выполнение указанных требований позволяет обеспечить высокую надежность (живучесть) элементов управления, их информативность, функциональность, быстродействие, комфортность работы оператора и пр. [1–3].
Однако все перечисленные качества автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) характеризуют не только средства и системы централизованного управления. Корни этих свойств — в так называемых локальных системах автоматического управления (ЛСАУ) [4–6]. Это обусловлено рядом причин. Во-первых, именно ЛСАУ ориентированы на работу с первичной информацией о состоянии технологического процесса. Во-вторых, они непосредственно воздействуют на исполнительные механизмы регулирующих органов управления процессом. Таким образом, именно на нижнем уровне — уровне локальных САУ формируются фундаментальные свойства АСУ ТП. К ним относится, прежде всего, быстродействие управления: очевидно, что никакая системная надстройка не повысит скорость медленно функционирующей системы, непосредственно воздействующей на объект.
Постановка задачи. В настоящей статье ставится задача исследовать возможности синтеза САУ локального уровня, обеспечивающие близкое к максимальному быстродействие управления технологическим процессом.
1. Fedorov, А.F., Kuzmenko, E.A. Sistemy upravleniya khimiko-tekhnologicheskimi protsessami. [Chemical Tech-nological Process Control Systems.] Tomsk: Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2009, 213 p. (in Russian).
2. Reshetnyak, Е.P., Aleynikov, A.K., Komissarov, A.V. Sistemy upravleniya khimiko-tekhnologicheskimi protses-sami. [Chemical Technological Process Control Systems.] Saratov: Saratov Military Institute of Radiological, Chemical, and Biological Defense, 2008, 416 p. (in Russian).
3. Bespalov, А.V. Sistemy upravleniya khimiko-tekhnologicheskimi protsessami. [Chemical Technological Process Control Systems.] Moscow: Akademkniga, 2007, 690 p. (in Russian).
4. Borodin, I.F., Sudnik, Y.A. Avtomatizatsiya tekhnologicheskikh protsessov. [Process Automation.] Moscow: Ko-losS, 2004, 344 p. (in Russian).
5. Neydorf, R.А., Solovey, N.S. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya v tekhnologicheskikh sistemakh: uchebnoe posobie. [Automatic Control Theory in technological systems: teaching medium.] Ukhta: Institute of Management, Infor-mation and Business, 2005, 212 p. (in Russian).
6. Reshetnyak, Е.P. Elektronnyy konspekt lektsiy po distsipline ASUTP. [Electronic lecture notes on Automatic Pro-cess Control Systems.] Saratov: SGAU, 2009. - 213 с. (in Russian).
7. Neydorf, R.А., Sitnikov, A.V. Modelirovanie khimiko-tekhnologicheskikh protsessov na mikro-EVM: uchebnoe posobie. [Modeling the chemical-technological processes at the micro-computer: teaching medium.] Novocherkassk: NPI, 1986, 88 p. (in Russian).
8. Neydorf, R.А. Invarianty ob´´ektov sinergeticheskogo upravleniya v khimicheskoy tekhnologii. [Invariants of syn-ergistic control objects in chemical technology.] Sovremennaya prikladnaya teoriya upravleniya. Ch. III. Novye klassy reg-ulyatorov tekhnicheskikh system. [Modern applied management theory. Part III. New classes of technical system regulators.] Kolesnikov, A.A., ed. Taganrog: Izd-vo TRTU, 2000, pp. 238-256 (in Russian).
9. Gumerov, A.M., et al. Matematicheskoe modelirovanie khimiko-tekhnologicheskikh protsessov: uchebnoe posobie. [Mathematical modeling of chemical-technological processes: teaching medium.] Kazan: Izd-vo Kazanskogo gosu-darstvennogo tekhnologicheskogo universiteta, 2006, 216 p. (in Russian).
10. Neydorf, R.А., et al. Parametricheskaya identifikatsiya trudnoopredelimykh konstant matematicheskikh modeley avtomatizirovannykh sistem uchastkov magistral´nykh gazoprovodov. [Parametric identification of CAM system mathematical model hardly determinable invariables for gas main sections.] Vestnik of DSTU, 2012, no. 2 (63), iss. 2, pp. 56-61 (in Russian).
11. Mohsen, M.N., Neydorf, R.А. Sintez zakonov kvazioptimal´nogo upravleniya tekhnologicheskimi ob´´ektami pervogo poryadka. [Synthesis of laws of quasioptimal control of technological objects of the first order.] Engineering Journal of Don, 2015, no. 4. Available at: http://ivdon.ru (accessed: 15.01.16) (in Russian).
12. Neydorf, R.А. Nelineynoe uskorenie dinamicheskikh protsessov upravleniya ob´´ektami pervogo poryadka s uchetom ogranichennosti vozdeystviy. [Nonlinear acceleration of dynamic management processes by objects of the first order with the limited impact.] Vestnik of DSTU, 1999, pp. 13-21. (Upravlenie i diagnostika v dinamicheskikh sistemakh) [Management and Diagnostics in dynamical systems.] (in Russian).
13. Neydorf, R.А., et al. Sintez zakonov upravleniya v tekhnicheskikh sistemakh: uchebnoe posobie. Ch. 1. Inzhe-nernye metody sinteza zakonov upravleniya v tekhnicheskikh sistemakh po etalonnym matematicheskim modelyam. [Synthesis of control laws in technical systems: teaching medium. Part 1: Engineering methods of control laws synthesis in technical systems based on reference mathematical models.] Neydorf, R.А., Yagubov, Z.K., eds. Ukhta: UGTU, 2000, 168 p. (in Russian).
14. Neydorf, R.А., Solovey, N.S. Inzhenernye metody sinteza avtomaticheskikh sistem upravleniya: uchebnoe posobie. [Engineering methods of synthesis of automatic control systems: teaching medium.] Neydorf, R.А, ed. Ukhta: UGTU; Rostov-on-Don: RGASKhM, 2004, 255 p. (in Russian).
15. Neydorf, R.А. Effektivnaya approksimatsiya kusochnykh funktsiy v zadachakh kvazioptimal´nogo po by-strodeystviyu upravleniya. [Effective approximation of piecewise functions in problems for quasi-optimal control speed.] Ma-tematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh - MMTT-2000: sb. tr. mezhdunar. nauch. konf. [Mathematical methods in Engineering and Technologies - MMTT 2000: Proc.Int.Sci.Conf.] St. Petersburg, 2000, vol. 2, pp. 18-22 (in Russian).
16. Neydorf, R. Synthesis of Time Quasi-Optimal Asymptotically Stable Control Laws. SAE International, 2015. Available at: http://papers.sae.org/2015-01-2481 (accessed: 20.01.16).
