СИНТЕЗ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ РОБАСТНОГО УПРАВЛЕНИЯТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПОЛУЧЕНИЯ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДОЗИМЕТРИИ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У  вступі  обґрунтована  актуальність  теми  дослідження,  сформульовані  мета  й

визначені  основні  задачі  дисертаційної  роботи,  представлені  наукова  новизна  й

практична цінність отриманих результатів, показаний особистий внесок здобувача.

Перший розділ містить аналіз особливостей ТП вирощування сцинтиляційних

МКР,  аналіз  стану  й  тенденцій  розвитку  СК  сучасними  ростовими  установками

«РОСТ»,  «КРИСТАЛЛ»,  «КРОС».  Відзначено,  що  в  процесі  вирощування,

супроводжуваному  заміною  розплаву  середовищем,  що  кристалізується  і

перерозподілом  мас  розплаву  й  кристала  в  робочому  просторі  ростової  установки,

змінюються  всі  характеристики  теплового  поля  –  значення  температур  розплаву  й

кристала,  параметри  теплопереносу,  положення  фронту  кристалізації  (ФК)  і

величина  градієнта  температури  в  області  ФК,  тобто  процес  вирощування  є

нестаціонарним. 

Дослідження  процесу  кристалізації  МКР  показують,  що  процес  вирощування

можна  умовно  розбити  на  інтервали,  у  межах  яких  теплові  умови  кристалізації  є

квазістаціонарними, тобто задача керування нестаціонарним процесом зводиться до

задачі  керування  об'єктом  з  невизначеністю.  Проектована  система  керування

  8

повинна  забезпечувати  прийнятну  якість  перехідних  процесів,  необхідну  точність  і

робастність до невизначеності в моделі об'єкта керування. Для рішення цієї задачі в

промисловому  виробництві  МКР  використовуються  ПІД  регулятори,  прогнозні  й

робастні  регулятори.  Аналіз  якості  роботи  СК  в  промислових  умовах  показав,  що

для  ПІД  регуляторів  характерними  є  «слабкі  настроювання»  (досвід  вирощування

МКР  і  дані  компанії  Honeywell)  і  неприпустимо  велика  кількість  перенастроювань,

низькі якісні показники (аперіодичне керування із прогнозуванням – АКП), низький

рівень  робастності  (робастний  стабілізуючий  регулятор  по  виходу  синтезований

методом  змішаної  чутливості).  У  розділі  обґрунтована  доцільність  нового  підходу

до  рішення  задачі  керування  процесом  вирощування  МКР  заснованої  на

застосуванні  теорії  лінійних  матричних  нерівностей  (ЛМН)  для  синтезу  робастних

регуляторів  низької  розмірності  й  обліку  при  синтезі  особливостей  проблеми

багатозв’язності ОК.  

Зростання  складності  багатопроцесорних  систем  керування  процесами

вирощування  МКР  спричиняє  необхідність  забезпечення  необхідного  рівня

відмовостійкості  й  надійності  цих  систем  у  виробничих  умовах.  Відзначено,  що

домінуюче  положення  в  цей  час  займають  комп'ютерні  технології  реалізації

моделей, які утворять єдиний фундамент, на якому базується сучасне моделювання

систем  технічного  діагностування  (СТД).  У  результаті,  практична  ефективність

засобів  технічного  діагностування  БПС  значно  зросла,  що  є  найбільш  ефективним

підходом до рішення проблеми підвищення відмовостійкості цих систем. 

Аналіз  діагностичного  забезпечення  сучасних  БПС  показав,  що  висока  якість

технічного  обслуговування  систем  досягається  використанням  марковських  і

напівмарковських  моделей,  таких  діагностичних  ознак  як  ганкелеві  сингулярні

числа,  матричні  операторні  норми  динамічних  систем  як  параметричні  інваріанти,

що  залучило  до  себе  увагу  й  у  зв'язку  з  розвитком,  у  рамках  Н∞-теорії,  методів

оптимального  робастного  керування.  Практична  ефективність  застосування  цих

ознак  у  СТД  забезпечується  порівняно  простим  способом  їхнього

експериментального  визначення,  не  потребуючого  знання  математичної  моделі

об'єкта  діагностування  (ОД).  Діагностичним  ознакам  відповідає  робота  системи  в

екстремальних  режимах,  коли  вхідний  сигнал  збуджує  систему,  створюючи  умови

для  максимального  прояву  дефектів  у  БПС  керування  кристалізацією.  Аналіз

працездатності  контролерів,  вузлів,  підсистем  БПС  керування  вирощуванням  МКР

на  установках  «РОСТ»  за  період  2005-2011  р.р.  дозволив  шляхом  визначення

діагностичних ознак найбільш відповідальних елементів системи вибрати необхідну

глибину їхнього діагностування при синтезі цих систем. 

На  підставі  проведеного  аналізу  розділ  завершується  формулюванням  мети  й

задач дослідження.

У  другому  розділі  сформульована  концепція  математичного  моделювання

процесів  вирощування  МКР  із  розплаву  для  вирішення  задачі  синтезу  робастних

стабілізуючих  регуляторів  цими  об’єктами  керування.  Ці  процеси  ставляться  до

класу  багатомірних,  складно  організованих  керованих  процесів  і  відповідних  їм

систем  з  характерними  ознаками  класу:  наявність  декількох  керованих  змінних;

взаємовплив  між  станами  ОК  й  керованими  змінними;  наявність  у  просторі  стану

  9

ОК неспостережуваних й неконтрольованих змінних; наявність «кольорових» шумів

у моделі ОК. 

Формалізація  задачі  керування  вимагає  побудови  математичної  моделі  ОК.

Аналітична  модель  процесу  кристалізації  МКР  із  розплаву  використовується  для

поглибленого  вивчання  фізичних  процесів  кристалізації,  для  формулювання  вимог

до систем керування і є результатом лінеаризації рівнянь трьох законів збереження:

тепла на фронті кристалізації, маси речовини й кута росту кристала. Моделювання в

розплаві  засновано  на  чисельному  рішенні  нестаціонарних  рівнянь  гідродинаміки

разом  з  рівняннями  переносу  тепла  й  маси,  а,  саме,  рівнянь  Нав’є-Стокса  в

модифікації  Бусинеска,  рівнянь  нерозривності,  теплопровідності  й  дифузії.  Для

визначення  температурного  поля  в  кристалі  –  математична  модель  процесів

теплопереносу  (закон  Фур'є).  В  процесі  моделювання  здійснений  перехід  від

вихідної  нелінійної  системи  диференціальних  рівнянь  у  частинних  похідних  до

системи лінійних ЗДР, з використанням методу поділу змінних Фур'є. У результаті,

математичне  моделювання  фізичних  процесів  кристалізації  разом  з

експериментальними  дослідженнями  дозволили  визначити  оптимальні  режими

росту  кристалів,  а  кінетика  цих  процесів,  знайшла  практичне  застосування  для

аналізу структури розплаву, зокрема, його електропровідності й в'язкості. 

У  цей  час  практична  реалізація  систем  керування  процесами  вирощування

сцинтиляційних  МКР  ґрунтується,  як  правило,  на  використанні  принципу

автономності.  Практика  показує,  що  автономізація  суперечить  сутності  самого

технологічного  процесу,  тому  що  основні  властивості  кристалів  (оптичні,

сцинтиляційні,  структурні,  механічні  й  радіаційні)  залежать,  в  остаточному

підсумку,  від  всіх  керованих  величин  і  їхнього  взаємозв'язку,  тобто  процес

вирощування МКР при синтезі СК повинен розглядатися як багатозв’язний ОК. 

При  дослідженні  проблеми  багатозв’язності  системи  необхідно  враховувати

ситуацію,  що  супроводжується  виникненням  у  динамічній  системі,  так  званих,

алгебраїчних  особливостей,  до  яких  віднесені  некомутативність  оператора

перетворення вхідних сигналів і наявність у нього дільників нуля.