Введение 4
Глава 1 Идентификация и управление дискретно-непрерывными
процессами 7
1.1 Автоматизированная система управления технологическим
процессом 7
1.2 ОАО «ЕВРАЗ Западно-Сибирский металлургический комбинат» 9
1.3 Способы управления технологическим процессом 10
1.4 Моделирование дискретно-непрерывных процессов 13
1.5 Постановка задачи идентификации дискретно-непрерывных
процессов 18
1.6 Априорная и текущая информация. Идентификация в «узком» и
«широком» смыслах 23
1.7 Параметрические методы. Метод наименьших квадратов 26
1.8 Непараметрические методы идентификации 27
Выводы 30
Глава 2 Численные исследования. Непараметрический алгоритм дуального управления 31
2.1 Численные исследования методов параметрической идентификации ... 31
2.2 Численные исследования методов непараметрической идентификации 33
2.3 Дуальное управление в условиях непараметрической неопределенности 37
2.4 Численные исследования работы классических регуляторов.
Дуальный алгоритм 40
Выводы 45
Глава 3 Процесс кислородно-конвертерной плавки стали.
Численные исследования 47
3.1 Исследуемый процесс 47
Выводы 55
Заключение 56
Список использованных источников 57
В условиях быстрого роста рынка металлопродукции производители стали сталкиваются с проблемой автоматизации. Чтобы выпускать продукцию в требуемом количестве, сталеплавильные цеха должны работать чрезвычайно эффективно и с очень высоким коэффициентом эксплуатационной готовности.
Эффективное управление технологическим процессом является основой высокого качества выпускаемой продукции. Между тем на многих предприятиях главным управляющим органом остается человек, что, безусловно, оказывает влияние на качество производства. Как правило, оператор руководствуется технологическим регламентом конкретного технологического процесса, который в большинстве случаев достаточно широк, а также личным опытом. Сложности управления технологическим процессом связаны с работой в условиях малой априорной информации, с действием случайных возмущений, с отсутствием измерений некоторых параметров в ходе процесса. Эти и многие другие проблемы препятствует эффективному принятию решений в области управления процессом и приводят к необходимости построения автоматизированных систем управления.
С точки зрения подходов к управлению технологическими процессами сталеплавильного производства можно выделить два направления. Первое из них состоит в выборе параметрической структуры модели исследуемого процесса и синтеза на его основе параметрической же структуры управляющего устройства. Второе направление составляют многочисленные задачи анализа систем управления, когда структура управляющего устройства каким-то образом найдена или предложена. Типичными являются в последнем случае законы регулирования П, ПИ, ПИД и др. Основная задача этого направления состоит в обеспечении устойчивости замкнутых схем и заданного качества регулирования.
Кроме того, в настоящее время развивается теория дуального управления, которая является наиболее эффективной в условиях малой априорной информации. При этом управляющее воздействие используется как для восстановления объекта, так и для его изучения. Поэтому применение дуального алгоритма управления к процессу кислородно-конверторной плавки стали более рационально в поставленных условиях, что обуславливает актуальность данной работы.
Цель выпускной квалификационной работы: обосновать применение непараметрического алгоритма дуально управления к задаче конвертерной плавки стали для усовершенствования процесса управления.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
- исследовать методы параметрической и непараметрической идентификации;
- сформулировать задачу идентификации и управления процессом кислородно-конвертерной плавки стали;
- реализовать и исследовать классические законы регулирования (П, ПИ, ПИД);
- реализовать и исследовать непараметрический алгоритм дуального управления;
- провести косвенную проверку эффективности непараметрического алгоритма управления применительно к процессу кислородно-конвертерной плавки стали.
Основополагающие научные разработки в области дуального управления принадлежат А.А.Фельдбауму [13]. А применение их в условиях малой априорной информации рассмотрено Я.З.Цыпкиным [15]. Применение непараметрических методов в теории дуального управления широко освещены в работах А.В. Медведева [7, 8, 9].
Объектом исследования является непараметрический алгоритм дульного управления. Предметом исследование является его применение к процессу кислородно-конвертерной плавки стали.
Методы, используемые в работе: математическое моделирование и математическая статистика, параметрической и непараметрической идентификации. Работа является научно-исследовательской и может быть полезна при разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом кислородно-конвертерной плавки стали.
Практическая ценность работы заключается в совершенствовании процесса управления, разработка проекта автоматизации процесса кислородно-конвертерной плавки стали
В работе рассмотрены задачи идентификации и управления дискретно-непрерывными процессами в условиях параметрической и непараметрической неопределенности. Описаны методы идентификации и управления данными процессами. Показано, что идентификация и управление с помощью непараметрических методов более эффективны и точны, чем параметрические в условиях малой априорной информации.
Проведен ряд вычислительных экспериментов, которые показали, что правильный выбор параметрической структуры значительно влияет на точность полученной модели. Проведены эксперименты, позволяющие сравнить работу традиционных законов регулирования с работой непараметрического дуального управления. Результаты экспериментов показали, что в большинстве случаях непараметрический дуальный алгоритм оказался более эффективным.
Был исследован процесс кислородно-конвертерной плавки стали. Построены непараметрические модели. Проведен линейный и нелинейный анализ реальных данных кислородно-конвертерной плавки стали. Установлено, что между переменными процесса очень слабая линейная зависимость, а прогнозирование переменных достаточно не точно.
Проведена проверка применимости непараметрического дуального алгоритма к процессу кислородно-конвертерной плавки стали. В проведенных вычислительных экспериментах показана эффективность применения данного алгоритма управления к исследуемому процессу.
Поставленная цель достигнута, задачи выполнены. Результаты работы могут быть полезны при разработке автоматизированных систем управления технологическими процессами, в частности процесса кислородно-конвертерной плавки стали.