Целью данной работы является повышение эффективности автоматизации технологических процессов химической про-мышленности и родственных ей отраслей. Рассматривается типичный для отрасли процесс приготовления раствора и ре-шается задача разработки векторного закона управления, эф-фективного как в плане интенсивности или быстродействия, так и в плане взаимной инвариантности процессов управления различными технологическими переменными. Для решения этой задачи использован подход к синтезу законов управления на основе желаемых характеристик синтезируемой системы управления. При построении желаемой математической модели управляемого аппарата приготовления раствора задействована математическая модель квазиоптимального по быстродействию управления. В результате синтеза сформулирован достаточно сложный нелинейный векторный закон управления, который, однако, обеспечивает все свойства, заложенные в парадигму его построения и реализации. Выполнено имитационное моделирование многоконтурной системы автоматического управления с реализацией синтезированных законов и исследование построенной модели. Это позволило полностью подтвердить абсолютную автономность управления уровнем раствора выходного потока в аппарате, а также его концен-трацией. Кроме того, доказана независимость управляемых переменных от изменения нагрузки — расхода приготавлива-емого раствора. Полученные данные могут быть использованы на химических и родственных им производствах (пищевых, нефтеперерабатывающих и др.). Материалы и результаты представленных исследований показывают, что для эффек-тивного синтеза векторных законов управления нелинейными многосвязными объектами метод эталонных математических моделей может использоваться в сочетании с парадигмой ква-зиоптимизации быстродействия этих законов.
технологический процесс, аппарат, приготовление раствора, математическая модель, переменная состояния, закон управления, автономность, многосвязность, быстродействие.
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. Фёдоров, А. Ф. Системы управления химико-технологическими процессами / А. Ф. Фёдоров, Е. А. Кузьменко. - Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 213 с.
2. Решетняк, Е. П. Системы управления химико-технологическими процессами / Е. П. Решетняк, А. К. Алейников, А. В. Комиссаров. - Саратов : Саратовский военный институт биологической и химической без-опасности, 2008. - 416 с.
3. Беспалов, А. В. Системы управления химико-технологическими процессами / А. В. Беспалов. - Москва : Академкнига, 2007. - 690 с.
4. Бородин, И. Ф. Автоматизация технологических процессов / И. Ф. Бородин, Ю. А. Судник. - Москва : КолосС, 2004. - 344 с.
5. Нейдорф, Р. А. Теория автоматического управления в технологических системах : учебное пособие / Р. А. Нейдорф, Н. С. Соловей. - Ухта : Институт управления, информации и бизнеса, 2005. - 212 с.
6. Решетняк, Е. П. Электронный конспект лекций по дисциплине АСУТП / Е. П. Решетняк. - Саратов : СГАУ, 2009. - 213 с.
7. Нейдорф, Р. А. Моделирование химико-технологических процессов на микро-ЭВМ : учебное пособие / Р. А. Нейдорф, А. В. Ситников. - Новочеркасск : НПИ, 1986. - 88 с.
8. Нейдорф, Р. А. Инварианты объектов синергетического управления в химической технологии / Р. А. Нейдорф // Современная прикладная теория управления. Ч. III. Новые классы регуляторов технических систем / Под ред. А. А. Колесникова. - Таганрог : Изд-во ТРТУ, 2000. - С. 238-256.
9. Математическое моделирование химико-технологических процессов : учебное пособие / А. М. Гумеров [и др.]. - Казань : Изд-во Казанского государственного технологического университета, 2006. - 216 с.
10. Параметрическая идентификация трудноопределимых констант математических моделей автоматизиро-ванных систем участков магистральных газопроводов / Р. А Нейдорф [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2012. - № 2 (63), вып. 2. - С. 56-61.
11. Мохсен, М. Н. Синтез законов квазиоптимального управления технологическими объектами первого по-рядка [Электронный ресурс] / М. Н. Мохсен, Р. А Нейдорф // Инженерный вестник Дона. - 2015. - № 4. - Режим доступа: http://ivdon.ru (дата обращения: 15.01.16).
12. Нейдорф, Р. А. Нелинейное ускорение динамических процессов управления объектами первого порядка с учетом ограниченности воздействий / Р. А. Нейдорф // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 1999. - С. 13-21.
13. Синтез законов управления в технических системах : учебное пособие. Ч. 1. Инженерные методы синтеза законов управления в технических системах по эталонным математическим моделям / Р. А. Нейдорф [и др.] ; под общ. ред. Р. А. Нейдорфа, З. Х. Ягубова. - Ухта : УГТУ, 2000. - 168 с.
14. Нейдорф, Р. А. Инженерные методы синтеза автоматических систем управления : учебное пособие / Р. А. Нейдорф, Н. С. Соловей ; под общ. ред. Р. А. Нейдорфа. - Ухта : УГТУ ; Ростов-на-Дону : РГАСХМ, 2004. - 255 с.
15. Нейдорф, Р. А. Эффективная аппроксимация кусочных функций в задачах квазиоптимального по быстро-действию управления / Р. А. Нейдорф // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-2000 : сб. тр. междунар. науч. конф. - Санкт-Петербург, 2000. - Т. 2. - С. 18-22.
16. Neydorf, R. Synthesis of Time Quasi-Optimal Asymptotically Stable Control Laws [Электронный ресурс] / R. Neydorf // SAE International. - 2015. - 15 сентября. - Режим доступа: http://papers.sae.org/2015-01-2481 (дата обра-щения: 20.01.16).
