Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Гаврилов Филипп Александрович. Разработка и исследование системы автоматического управления технологическим процессом химводоочистки на теплоэлектроцентрали с использованием аппарата нечеткой логики : дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Самара, 2006 104 с. РГБ ОД, 61:07-5/775

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1 Проблема построения эффективных систем управления технологическим
процессом подготовки воды для подпитки теплосети ТЭЦ 13

  1. Обоснование необходимости подготовки подпиточной воды 13

  2. Технология обработки воды и сущность процесса ионного обмена. 14

  3. Описание объекта исследования 17

  4. Постановка задачи управления 21

  5. Способы построения систем интеллектуального управления 23

  6. Основные понятия нечеткой логики 29

2 Разработка нечеткого алгоритма управления 36

2.1 Построение классического нечеткого регулятора 36

  1. Фаззификация: 36

  2. Система типа Мамдани 40

  1. Алгоритм формирования правил 40

  2. Дефаззификация 42

2.1.3 Реализация система типа Сугено 43

2.1.3.1 Алгоритм формирования правил 43

2.1.4 Выводы 44

2.2 Формирование универсальной базы правил 45

3 Методика настройки нечеткой системы регулирования методом

пассивного эксперимента 53

3.1 Постановка задачи оптимизации параметров нечеткого регулятора 5 8
4 Программная реализация 66

  1. Моделирование классического нечеткого регулятора 67

  2. Моделирование нечеткого регулятора с применением разработанной методики формирования универсальной базы правил 74

4.3 Программная реализация параметрической настройки нечеткой

системы регулирования 77

5 Реализация на объекте 81

5.1 Автоматизированная система управления установкой подпитки
теплосети ТЭЦ ВАЗа 81

5.2 Реализация нечеткого алгоритма 88

Заключение 91

Список использованной литературы 93

ПРИЛОЖЕНИЕ А 101

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 103

Введение к работе:

Актуальность работы. Проблема автоматизации процессов химической очистки воды на тепловых электрических станциях (ТЭС) является актуальной вследствие следующих обстоятельств:

1. Технологический процесс химической подготовки воды в
существенной степени является определяющим для эффективной работы
основного оборудования теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и теплосетей, что, в
частности, свидетельствует о высокой социальной значимости данного
технологического процесса. Качество химической подготовки воды является
одним из наиболее значимых факторов, непосредственно формирующих
основные характеристики систем электро- и теплоснабжения населения и
промышленных предприятий.

2. Оборудование подпитки теплосети весьма громоздко,
рассредоточено на большой площади химического цеха и частично за его
пределами, что затрудняет организацию эффективного управления
процессом вручную.

3: Технологический процесс химической подготовки воды относится к классу дискретно-непрерывных процессов, а при большой протяженности транспортных потоков принятие оперативных решений без автоматизированного и рационального распределения информации затруднительно.

4. Наличие потоков, содержащих агрессивные компоненты, требует непрерывного контроля состояния запорно-регулирующей арматуры и трубопроводов.

В настоящее время, несмотря на довольно высокий уровень автоматизации технологических процессов на тепловых электрических станциях, существует ряд процессов, где влияние человеческого фактора является определяющим из-за технологических особенностей объекта и

сложностей, возникающих при применении классических методов теории управления. Как следствие, невозможно избежать влияния ошибочных действий оператора на процесс химводоподготовки, что может приводить к перерасходу химреагентов и подпиточной воды, а также повысить риск возникновения аварийных режимов. С другой стороны, качество управления в значительной степени определяется опытом оператора по эксплуатации объекта, в частности, в некоторых ситуациях отчасти интуитивные решения, принятые оператором в нетривиальных ситуациях, оказываются наиболее верными. Таким образом, при решении задачи автоматического управления подпиткой теплосети необходимо основываться как на технологических требованиях предъявляемых к процессам химической очистки воды и режимам работы, так и на опыте операторов, эксплуатирующих объект в течении длительного срока и обладающих необходимыми знаниями о возможных неопределенностях, возникающих в процессе работы объекта.

В представленной диссертации решается задача построения системы автоматического управления процессом химической подготовки воды с помощью нечеткой логики - метода современной теории интеллектуальных систем. Применение нечеткой логики позволяет в условиях ограниченности и неопределенности информации о характеристиках объекта управления наиболее полно использовать знания эксплутационного персонала в процессе управления. Данные знания используются в виде логико-лингвистических аппроксимаций формальных моделей объектов управления.

Целью диссертационной работы является решение научно-технической задачи по разработке алгоритмов нечеткого управления группой параллельно работающих объектов на примере управления фильтрами блока подпитки теплосети ТЭЦ.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие основные задачи:

  1. структурный синтез нечеткого регулятора для группового управления рядом параллельно работающих объектов;

  2. разработка методики формирования базы продукционных правил для управления группой объектов;

3. разработка и исследование методики параметрического синтеза
нечеткой системы управления на основе пассивного эксперимента;

4. разработка и опытно-промышленная апробирование системы
нечеткого управления работой группы фильтров блока подпитки теплосети
ТЭЦ.

Основными методами исследования являются методы теории нечетких множеств, компьютерного моделирования и экспериментальных исследований объектов и систем управления.

Научная новизна и значимость заключается в следующих полученных результатах:

1. Разработана математическая модель режимов функционирования
фильтра блока подпитки теплосети на ТЭЦ, сформулированная в терминах
нечетких множеств;

  1. Разработана универсальная база продукционных правил для нечеткого управления группой параллельно работающих фильтров системы химводоочистки, инвариантной к количеству управляемых объектов;

  2. Предложена методика структурно-параметрического синтеза нечеткой системы управления работой блока фильтров установки подпитки теплосети, построенная на основе применения параметризуемых функций принадлежности, обеспечивающих соответствие вырабатываемых управляющих воздействий эталонным образцам.

Практическая полезность. Полученные в диссертации выводы и рекомендации позволяют решить ряд важных практических задач по совершенствованию работы блока подпитки теплосети на ТЭЦ.

В результате применения нечетких регуляторов режимов работы фильтров системы химводоочистки на ТЭЦ могут быть синтезированы алгоритмы управления, не уступающие по своему качеству решениям принимаемым квалифицированным оператором при управлении режимами работы фильтров установки подпитки теплосети.

Предложенные в диссертационной работе методики могут быть непосредственно использованы в целях инженерного проектирования систем нечеткого управления группой параллельно работающих объектов не только применительно к системам химводоподготовки, но и для других технологических процессов.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в рамках внедрения автоматизированной системы управления химическим цехом ТЭЦ Волжского автозавода в виде реализованных на типовых аппаратно-программных технических средствах алгоритмов управления блоком подпитки теплосети, а также в учебном процессе для студентов специальностей 220201 «Управление и информатика в технических системах» и 220301 - «Автоматизация технологических процессов и производств» в Самарском государственном техническом университете.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Москва: МЭИ. 2004 г.

Всероссийской конференция молодых учёных, Новосибирск: НГТУ, 2003 г.

-Научно-практическая конференция «Проблемы развития централизованного теплоснабжения». Самара 2004 г.

-Шестой международный симпозиум «Интеллектуальные системы» INTELS'2004 . Россия, Саратов: СГТУ., 29 июня - 2 июля 2004 г.

-Работа по данной тематике была награждена медалью министерства образования и науки Российской Федерации за лучшую научную студенческую работу по итогам открытого конкурса на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации. Приказ №1190 от 9 марта 2004 г.;

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и двух приложений. Основной текст изложен на 100 страницах, содержит 41 рисунок, 5 таблиц. Библиографический список включает 75 наименований.

На защиту выносятся следующие положения:

К Математическая модель режимов функционирования фильтра блока подпитки теплосети на ТЭЦ, сформулированная в терминах теории нечетких множеств;

  1. Методика формирования универсальной базы продукционных правил для нечеткого управления группой параллельно работающих фильтров установки подпитки теплосети на, инвариантной к количеству управляемых фильтров;

  2. Методика структурно-параметрического синтеза нечеткой системы управления работой блока фильтров установки подпитки теплосети, построенная на основе применения параметризуемых функций принадлежности, обеспечивающих соответствие вырабатываемых управляющих воздействий эталонным образцам;

4. Результаты компьютерного моделирования и промышленного
внедрения системы нечеткого управления работой блока фильтров подпитки
теплосети на ТЭЦ.

В первой главе обосновывается актуальность проблемы подготовки значительных объемов подпиточной воды для систем теплоснабжения с открытым водоразбором, и необходимость её решения путём построения

соответствующих систем автоматического управления. Описаны методы химической очистки воды для систем теплоснабжения, приведено описание объекта управления, сформулирована задача управления и предложены пути её решения.

Подготовка воды на ТЭЦ для подпитки теплосети производится следующим образом: поступающая питьевая вода сначала подогревается до 30-40, затем подогретая вода поступает в химический цех. В химическом цехе на участках подпитки теплосети производится ее обработка (умягчение, декарбонизация и корректировка рН). Из химического цеха вода поступает в вакуумные деаэраторы, где из нее удаляются свободная углекислота и кислород.

Установка осуществляющая процесс химической очистки воды для подпитки теплосети состоит из нескольких Н-катионитных фильтров, предназначенных для частичного умягчения питьевой воды.

При истощении фильтра проводят его регенерацию В процессе работы фильтра и перед его регенерацией проводят взрыхление питьевой водой. Цель взрыхления заключается в устранении уплотненностей катионитного слоя для снижения гидравлического сопротивления фильтра и обеспечения свободного доступа воды и регенерационного раствора к зернам катионита.

Нагрузка на блок, состоящий из 6 фильтров определяется текущим расходом воды. Поэтому, в зависимости от требуемой производительности блока, число одновременно работающих фильтров определяется требованием их номинальной нагрузки.

Решение по переключению фильтра из одного состояния в другое в настоящий момент принимается оператором, то есть управление распределением нагрузки на блок фильтров ведется в ручном режиме, что снижает оперативность и точность принятия решений.

Задачей автоматического управления является определение момента переключения фильтра в одно из возможных состояний (работа, резерв,

взрыхление) таким образом, чтобы достигался заданный расход воды на блок и соблюдался требуемый режим на каждом конкретном фильтре блока, другими словами должна решаться задача распределения нагрузки между фильтрами блока, совместно с задачей стабилизации общего расхода воды на блок.

Поставленная задача является нетривиальной из-за сложности объекта регулирования. При её решении применение классического подхода затруднительно из-за больших сложностей возникающих при идентификации объекта, описании его математической модели и отсутствия четких правил переключения фильтров. Оператор, в ситуации такой неопределенности, исходя из текущего состояния объекта и опыта эксплуатации, по существу, интуитивно принимает решения по управлению их работой. Поэтому целесообразно применить к решению поставленной задачи методы интеллектуального управления как инструмента позволяющего качественно использовать знания об объекте в форме логико-лингвистических изъяснений и задействовать весь накопленный опыт эксплуатации объекта при разработке алгоритма принятия решения. Из всех систем интеллектуального управления наиболее подходящими к решению поставленной задачи являются системы, основанные на использовании нечеткой логики вследствие следующих причин:

  1. Данный метод является наиболее подходящим для моделирования действий опытного оператора.

  2. Наличие богатого опыта эксплуатации объекта управления и как следствие возможность использовать в качестве исходной базы знаний управленческие решения для реальных ситуаций, складывавшихся на протяжении продолжительного времени.

Во второй главе решается задача построения классического нечеткого регулятора для управления фиксированным количеством объектов, с целью доказательства применимости нечеткой логики к решению подобного рода

задач. Для чего сначала, производится отнесение поставленной задачи к задачам классификации, выбираются стандартные функции принадлежности и формулируется набор нечетких правил для трех параллельно работающих объектов. Моделирование производилось в среде MATLAB при помощи Fuzzy Logic Toolbox. По результатам моделирования сделан вывод о работоспособности нечеткого алгоритма, а также о необходимости разработки новой методики формирования базы продукционных правил, сохраняющей количество правил в базе независимо от количества одновременно работающих фильтров. Далее разрабатывается методика формирования универсальной базы правил для п параллельно работающих объектов (в нашем случае фильтров), количество правил в которой не зависит от количества управляемых объектов. Произведено разбиение всех возможных сочетаний режимов работы фильтров на три группы. На основании разбиения сформулированы 11 правил, охватывающих все сочетания режимов и независящих от количества работающих фильтров. Сформулирована матрица коэффициентов, посредством которой база правил записывается предложенной в работе формулой.

Третья глава посвящена параметрической настройке нечеткого регулятора. Настройка параметров нечеткого регулятора заключается в корректировке форм функций принадлежности и исходной модели режимов работы фильтров таким образом, чтобы решения, принимаемые нечетким регулятором, максимально совпадали с заданными эталонными решениями. Обработаны архивные данные функционирования системы автоматического управления химическим цехом ТЭЦ ВАЗа за период с октября 2004 г. по март 2005 г. Произведен набор эталонных ситуаций с отсеиванием ошибочных действий оператора. Сформулирован критерий поиска оптимальных форм функций принадлежности. Предложен новый способ задания несимметричных функций принадлежности.

Четвертая глава посвящена компьютерному моделированию разработанных в предыдущих главах алгоритмов нечеткого управления, а также реализации нечеткого алгоритма управления распределением нагрузки между фильтрами блока подпитки теплосети в рамках автоматизированной системы управления химическим цехом ТЭЦ ВАЗа.

Пятая глава посвящена реализации полученных результатов на объекте управлении в рамках АСУ установкой подпитки теплосети (УПТС) ТЭЦ ВАЗа. АСУ УПТС ТЭЦ ВАЗа является комплексной системой охватывающей все элементы технологической схемы подготовки химически очищенной воды (ХОВ) для подпитки теплосети и предназначена для автоматизированного контроля, управления, анализа и архивирования технологической информации и формирования сопроводительных документов. АСУ УПТС реализована в виде многоуровневой, многофункциональной автоматизированной системы управления с распределенным вводом выводом информационных и управляющих сигналов.

Подобные работы
Черный Сергей Петрович
Разработка и исследование систем управления пиролизными установками мобильного типа на базе нечеткой логики
Родин Сергей Николаевич
Разработка системы управления производством ацетилена на основе аппарата нечеткой логики с учетом экологических факторов
Забиров Ренат Равилевич
Разработка и исследование системы управления вакуумным деаэратором
Плаксин Павел Леонидович
Разработка и исследование системы управления электроприводом ленточной раскройной машины
Белухин Виктор Анатольевич
Исследование и разработка систем весового дозирования мясного сырья для приготовления колбасного фарша и паштетной массы
Лопаткина Мария Васильевна
Исследование и разработка системы автоматического управления температурными режимами в процессе текстурирования синтетических нитей
Святский Михаил Александрович
Исследование и разработка системы оперативной аттестации измерительных головок на станках с ЧПУ
Лопатин Александр Геннадиевич
Разработка и исследование системы оптимального управления процессом получения суспензионного ПВХ с учетом экологической безопасности производства
Виниченко Светлана Николаевна
Разработка и исследование системы автоматического управления процессом шлихтования в пене
Дмитриева Валерия Валерьевна
Разработка и исследование системы автоматической стабилизации погонной нагрузки магистрального конвейера

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net