Рогачов Олександр Іванович. Енергозберігаючі управління нестаціонарними режимами технологічних процесів

Краткое описание

Рогачов Олександр Іванович. Енергозберігаючі управління нестаціонарними режимами технологічних процесів: дис... д-ра техн. наук: 05.13.07 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2005.

Рогачов О.І. Енергозберігаючі управління нестаціонарними режимами технологічних процесів. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за фахом 05.13.07 Автоматизація технологічних процесів. Національний технічний університет Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005.
Дисертація присвячена розробці, обгрунтуванню і впровадженню енергозберігаючих методів управління різноманітними технологічними процесами, механізми яких більшу частину свого робочого циклу перебувають у нестаціонарному режимі, з метою зменшення витрат теплової та електричної енергії.
На підставі запропонованих математичних моделей знайдено енергозберігаючі управління механізмами технологічного процесу гарячої прокатки металів, процесом перемотування паперового полотна, процесом розрізу водорозчиняємих монокристалів, процесом сушіння капілярно-пористих матеріалів. Розроблено алгоритми і програми розрахунку параметрів енергозберігаючих управлінь, одержано оцінки похибок обчислень і чутливості показників якості. Синтезовано оптимальні та квазіоптимальні регулятори.
Енергозберігаючі закони впроваджено на підприємствах деревообробної, хімічної та енергетичної промисловості.

У дисертаційній роботі дано теоретичне узагальнення і розв’язок актуальної науково-практичної проблеми, що полягає в розробці, науковому обґрунтуванні і реалізації енергозберігаючих законів управління для широкого класу об'єктів АСУ ТП, які працюють велику частину робочого циклу в нестаціонарних режимах. Упровадження результатів роботи має важливе народногосподарське значення.
Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у наступному:
1. Проведено дослідження особливих оптимальних управлінь у лінійних об'єктах при квадратичних критеріях якості. Доведено, що якщо в якості оптимізуемого функціонала обраний інтеграл від квадрата однієї з фазових координат об'єкта, то в залежності від її номера особливе управління або взагалі не існує, або існує у виді багаточлена у функції часу. При цьому ступінь багаточлена залежить від астатизму об'єкта і далекості цієї координати від виходу системи, і не залежить від її порядку.
2. Знайдено закони енергозберігаючого управління для двох режимів роботи електропривода механізмів процесу гарячої прокатки металів режиму управління швидкістю обертання вала двигуна і режиму управління кутом повороту цього вала.
3. Розв’язано задачу мінімізації запропонованого узагальненого функціонала якості, що дозволило реалізувати квазіоптимальне управління у виді безперервної функції часу. Знайдено зв'язок отриманого управління з багатоінтервальним управлінням, яке мінімізує середньоквадратичні токові втрати в якірному ланцюзі електропривода.
4. Доведено, що при управлінні електродвигуном одночасно по ланцюгу якоря і по ланцюгу збудження мінімум втрат енергії буде мати місце при сталості потоку збудження.
5. Розроблено метод одержання математичної моделі електропривода продольно-різального верстата як об'єкта з перемінними параметрами, що змінюються усередині кожного робочого циклу. Запропоновано методи розв’язку задачі мінімізації втрат енергії для такого об'єкта.
6. Знайдено розв’язок задачі мінімізації часу гасіння коливань нитки приладу для розрізування монокристалів при мінімальних витратах енергії в пристрої управління. Показано, що в більшості випадків відповідне управління може погасити паразитні коливання до виникнення дефектів площини розрізування кристала.
7. Проведено уточнення математичної моделі сушильної камери періодичної дії. Доведено, що для даного об'єкта розв’язок задачі мінімізації витрати теплоносія збігається з розв’язком задачі оптимальної швидкодії. Розв’язано задачу мінімізації витрати теплоносія для випадку обмеженої швидкості прогріву матеріалу. При цьому запропонований метод, що дозволяє замінити складну задачу влучення в кінцеву область звичайною двухточечною граничною задачею. Знайдено розв’язок задачі
оптимізації при одночасному обліку обмежень як першої управляючої дії(пода ча сухої пари”), так і другої дії(подача вологої пари”).
8. Запропоновано методи і розроблені алгоритми і програми для розв’язку задач пошуку тривалостей інтервалів у задачах оптимальної швидкодії й у задачах мінімізації втрат енергії. Зазначені методи дозволяють автоматично вибирати початкове наближення, що забезпечує абсолютну збіжність обчислювального процесу і мінімізацію часу обчислень параметрів оптимальних управлінь. Розроблено метод пошуку тривалостей інтервалів енергозберігаючого управління для систем високого порядку, що забезпечує абсолютну збіжність обчислювального процесу за умови унімодальності мінімізуемої функції.
9. Знайдено оцінки погрішностей обчислень при розрахунку параметрів енергозберігаючих управлінь, що дозволило скоротити час обчислень.
10. Проведено аналіз чутливості енергозберігаючих процесів до варіації параметрів об'єктів управління і граничних умов. Доведено, що при наявності моменту навантаження електродвигуна існує екстремальне значення тривалості перехідного процесу, при перевищенні якої втрати енергії починають зростати, а не зменшуватися. Отримано формули для розрахунку.
11.Виконано аналіз знайдених енергозберігаючих законів управління з погляду їхньої реалізації і запропонована структура квазіоптимального регулятора.
12. Отримані в роботі наукові результати впроваджені в НВО Монокристалреактив” м. Харків, на Улешовському деревообробному комбінаті Приволзької залізниці, в АТ Хартрон” м. Харків. При цьому якість поверхні розрізування кристалів поліпшена на 50%, а продуктивність установки збільшена на 15%. На 10-15% зменшена витрата теплоносія в сушильній камері періодичної дії. За рахунок реалізації оптимальних законів управління продовжений термін служби крокових электромеханізмів, що забезпечило економічний ефект 25-50тис.грн. на один механізм.
13. Матеріали дисертації використовуються в навчальному процесі при підготовці бакалаврів і магістрів з спеціальності Системи управління і автоматика”, знайшли своє відображення в двох навчальних посібниках здобувача: Оптимальне керування у прикладах і задачах” і Методи наближених досліджень систем автоматичного управління на ЕОМ”.
Результати виконаної роботи обґрунтовують доцільність і ефективність розробки і впровадження в народне господарство автоматизованих систем з енергозберігаючими законами управління нестаціонарними режимами технологічних процесів.