Павлов Дмитрий Александрович. Автоматизированное управление технологическими процессами с использованием алгоритмов нечеткой фильтрации

Краткое описание

Павлов Дмитрий Александрович. Автоматизированное управление технологическими процессами с использованием алгоритмов нечеткой фильтрации: диссертация ... кандидата технических наук: 05.13.06 / Павлов Дмитрий Александрович;[Место защиты: Тверской государственный технический университет].- Тверь, 2015.- 150 с.

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский университет «МЭИ»
в г. Смоленске
На правах рукописи
Павлов Дмитрий Александрович
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
АЛГОРИТМОВ НЕЧЕТКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)
Диссертация
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научные руководители:
доктор технических наук, профессор Абраменкова Ирина Владимировна
кандидат технических наук, доцент Пучков Андрей Юрьевич
Смоленск - 2015

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ПОДХОДОВ К РЕШЕНИЮ ОБРАТНЫХ
ЗАДАЧ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ УПРАВЛЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 12
1.1 Анализ задач управления в промышленности с использованием
математических моделей обратных задач 12
1.2 Разновидности обратных задач в промышленности 25
1.3 Существующие методы решения обратных задач 36
1.4 Выводы 42
2 СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЧЕТКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ 44
2.1 Постановка задачи оценивания состояния объекта в промышленности 44
2.2 Структура модели управления технологическими процессами с
использованием алгоритмов фильтрации 50
2.3 Варианты применения нечеткого фильтра в контуре управления
технологическими процессами 60
2.4 Выводы 68
3 АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ОБРАТНЫХ ЗАДАЧ В СИСТЕМАХ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЧЕТКОГО ФИЛЬТРА КАЛМАНОВСКОГО ТИПА 69
3.1 Описание алгоритмов решения обратных задач с применением нечеткого
фильтра калмановского типа 69
3.2 Структура программ модельных экспериментов по анализу качества
решения обратных задач 84
3.3 Результаты модельных экспериментов по оценке качества решения
обратных задач 95
3.4 Выводы 104

з
4 РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ «RETTAS_1», РЕАЛИЗУЮЩЕГО ПРЕДЛОЖЕННЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТП ПРОМЫШЛЕННОСТИ 106
4.1 Архитектура системы управления установкой переработки БМО 106
4.2 Разработка и методика применения программного комплекса 4.3 Результаты применения программного комплекса управления установкой переработки БМО 124
4.4 Выводы 128
Основные результаты и предложения 130
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 132
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Методика подключения СУБД MySQL к MatLAB 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Текст программы модельного эксперимента для алгоритма AFNNET1 145

Список литературы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
В результате выполнения диссертационной работы достигнуты цели и решены задачи исследования:
1. Обоснована ограниченная применимость классического фильтра Калмана для оценки состояния сложными ТП ввиду громоздкости их математических моделей или даже отсутствием таковых.
2. Предложен подход к созданию алгоритмов оценивания калмановского типа на основе применения методов нечеткой логики, позволяющей строить модели в условиях неточности, неполноты информации об объекте или процессе, а также учитывать знания, сформулированные в лингвистической форме и носящие не количественный, а качественный характер.
3. Разработаны структуры моделей управления ТП промышленности с применением нечеткого фильтра на основе алгоритма Калмана для одного и двух контуров оценивания.
4. Разработаны и описаны алгоритмы решения обратных задач с применением нечеткого фильтра на основе калмановского подхода. Эти алгоритмы получили условные названия: AFNNET1-алгоритм, когда оператор преобразования ТП известен точно; АРМЫЕТ2-алгоритм, когда этот оператор точно неизвестен; ABF - алгоритм на базе калмановского подхода, но уже без применения нейронной сети.
5. Разработаны структуры программ и прооведена их реализация в среде MatLAB для проведения модельных экспериментов по анализу точности решения обратных задач с применением нечеткого фильтра в соответствии с приведенными выше разновидностями алгоритмов.
6. Проведены модельные эксперименты по оценке качества решения обратных задач предложенными алгоритмами. Для количественной характеристики качества применялись такие величины, как соотношение сигнал-шум, среднеквадратичная ошибка. Эксперименты показали, что применение разработанных структур алгоритмов позволяет повышать точность решения обратных задач.

131
7. Разработана архитектура системы углубленного анализа данных для системы управления установкой переработки БМО на базе предложенных алгоритмов решения обратных задач.
8. Обоснован выбор системы инженерно-технических расчетов MatLAB и СУБД MySQL в качестве инструментальных программных средств для создания комплекса программ, реализующих разработанные алгоритмы.
9. Разработан программный комплекс 10. Выполнен анализ результатов применения программного комплекса «RETTAS_1» для управления установкой переработки БМО. Анализ показал, что применение алгоритма AFNNET1 позволяет решать обратные задачи по различным каналам с точностью, превышающей точность распространенных методов, базирующихся на рекуррентных соотношениях.
Основные результаты проведенной в рамках исследования работы представлены в трудах автора [97 - 113]