Євдокімов Андрій Анатолійович. Моделі, методи, алгоритми раціонального керування потокорозподілом у трубопровідних транспортних системах

Краткое описание

Євдокімов Андрій Анатолійович. Моделі, методи, алгоритми раціонального керування потокорозподілом у трубопровідних транспортних системах : Дис... канд. наук: 05.13.06 2002

Евдокімов А. А. Моделі, методи, алгоритми раціонального керування потокорозподілом у трубопровідних транспортних системах. - Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - АСУ і прогресивні інформаційні технології. - Харківський національний автомобільно - дорожній університет, Харків, 2002.
У роботі сформульовані, вирішені і програмно реалізовані основні задачі диспетчерського керування трубопровідними транспортними системами: пряма задача аналізу, ідентифікація станів і оптимізація режиму роботи активних елементів при їхній спільній роботі на єдину мережу. Доведено існування та одиничність рішення прямої задачі аналізу й оцінена швидкість збіжності її рішення по методу Ньютона, сформульовані як задачі математичного програмування задачі оптимізації режиму роботи насосних станцій при їхній спільній роботі на трубопровідну транспортнумережу й задачі ідентифікації стану потокорозподілу в трубопровідних транспортнихсистемах і запропоновані способи зведення цих задач до рішення нелінійних рівнянь спеціального виду: перша з таких задач зведена до рішення системи нелінійних рівнянь, що мають єдине рішення, і прорахунку по формулах, друга - до рішення спеціальної системи нелінійних рівнянь. Розроблено алгоритм рішення цієї задачі, що дозволяє одержати необхідне рішення.
На основі цих результатів реалізоване на ПЕОМ програмне забезпечення з розрахунку та оптимізації потокорозподілу в трубопровідних транспортних системах, що дозволяє вирішити проблему планування і оперативного автоматизованого керування в цих системах. Використання цього програмного забезпечення диспетчером трубопровідної транспортної системи дозволяє підвищити точність розрахунків, скоротити витрати електроенергії на експлуатацію трубопровідних транспортних систем, знизити витік цільового продукту і тим самим підвищити ефективність функціонування цих систем.
У дисертації також отримані способи підвищення надійності функціонування трубопровідних транспортних систем, обумовлені спеціальними властивостями цих систем: алгоритмічні способи, розв'язка окремих рівнів, альтернативні підходи.

Дійсна робота присвячена проблемі підвищення надійності та ефективності функціонування трубопровідних транспортних систем на прикладі систем водопостачання, водовідведення і газопостачання.
При цьому в процесі дисертаційного дослідження отримані наступні основні наукові результати:
1.Отримано удосконалену узагальнену математичну модель розподілу цільового продукту в трубопровідних транспортних системах у сталому режимі. Використання цієї моделі дозволило сформулювати, вирішити і програмно реалізувати основні задачі диспетчерського керування трубопровідними транспортними системами: пряма задача аналізу потокорозподілу цільового продукту, ідентифікація станів і оптимізація режиму роботи активних елементів.
2. Пряма задача аналізу потокорозподілу цільового продукту, сформульована на базі узагальненої математичної моделі при завданні параметрів активних і пасивних елементів трубопровідної транспортної мережі, являє собою спеціальний клас нелінійних алгебраїчних рівнянь. Програмна реалізація рішення цієї задачі дозволяє імітувати на ПЕОМ розподіл цільового продукту в як завгодно складній трубопровідній транспортній системі з одночасним обчисленням різних критеріїв ефективності. У роботі отримані властивості рішень прямої задачі аналізу при виконанні визначених умов, як правило, що мають місце на практиці. У тому числі, отримана функція, стаціонарні точки якої збігаються з вихідною системою нелінійних рівнянь, і доведено, що ця функція не тільки строго опукла, але і сильно опукла, тобто має єдину стаціонарну точку мінімум, з чого випливає існування й одиничність рішення прямої задачі аналізу. Зі строгої опуклості функції також випливає, що всі модифікації безумовної мінімізації функцій першого і другого роду приводять до рішення прямої задачі аналізу, а із сильної опуклості випливає, що метод Ньютона її рішення має сверхлінійну швидкість збіжності.
3. Задача ідентифікації стану потокорозподілу в трубопровідних транспортних системах сформульована як задача нелінійного програмування при обмеженнях у виді рівностей. У роботі отримано метод, що дозволив звести цю задачу до рішення нелінійних рівнянь з негативно визначеною матрицею Якобі. Розроблено модифікацію методу Ньютона рішення цієї задачі, що дозволяє одержати необхідне рішення. Модифікація заснована на приведенні матриці Якобі до діагонального виду.
4. Задача оптимізації режиму роботи активних елементів при їхній спільній роботі на трубопровідну транспортну мережу сформульована як задача нелінійного математичного програмування. У роботі доведено, що, використовуючи спеціальні властивості трубопровідних транспортних систем цю, задачу можна звести до рішення системи нелінійних рівнянь, що мають єдине рішення, і прорахунку по формулах.
5. Отримано способи підвищення надійності функціонування трубопровідних транспортних систем, обумовлені спеціальними властивостями цих систем: алгоритмічні способи, розв’язка окремих рівнів, структурно-алгоритмічні способи, альтернативні підходи.