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:

Узенгер Алексей Андреевич. Структурное моделирование и оптимальное управление температурными режимами жидкого металла в газовых отражательных печах для плавления алюминиевых сплавов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Узенгер Алексей Андреевич; [Место защиты: Сам. гос. техн. ун-т].- Самара, 2008.- 140 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1016

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. Современная технология производства ответственных изделий из алюминиевых сплавов в металлургической промышленности предъявляет весьма жёсткие требования к свойствам полуфабрикатов. Как показывают теоретические и практические исследования, определяющую роль в формировании требуемых свойств изделия играют процессы приготовления сплавов в плавильных агрегатах, в качестве которых в крупносерийном производстве используются, в основном, высокопроизводительные газовые отражательные печи ванного типа. Важнейшим фактором, самым существенным образом влияющим на эффективность основных технологических операций в газовых отражательных печах и во многом определяющим качество будущего изделия, является температура расплава, от которой, в первую очередь, зависят эффективность сложных процессов рафинирования жидкометаллической ванны в процессе плавки, а также интенсивность газонасыщения расплава и засорения его примесями, величина угара металла и другие негативные процессы термохимических взаимодействий расплава с различными веществами в рабочем пространстве агрегата.

Ярко выраженные температурные зависимости указанных явлений определяют очень узкий оптимальный температурный диапазон жидкометаллической ванны для приготовления расплава требуемого качества. Определяющая роль температуры расплава и жёсткие требования к точности её поддержания на требуемом уровне приводят к актуальной задаче высококачественного контроля температурных режимов работы плавильного агрегата, которая в условиях значительной инерционности и сложной динамики процессов теплопередачи в газовых отражательных печах, а так же в связи с серьёзными техническими трудностями непрерывного измерения температуры в агрессивной жидкометаллической среде, может быть решена только путём построения специальных систем автоматического управления температурой жидкого металла.

Степень разработанности данной проблемы в настоящее время совершенно недостаточна. Практически отсутствуют исследования динамических характеристик газовых отражательных печей как объекта управления температурой расплава с учётом взаимосвязанных процессов теплообмена в системе «газ - кладка - металл» и способов структурного моделирования управляемых процессов; остаются открытыми вопросы выбора критериев

оптимальности; разработки методик синтеза и реализации алгоритмов и систем автоматического регулирования температурой жидких алюминиевых сплавов.

Сказанное определяет актуальность темы диссертационной работы, посвященной решению комплекса этих задач в целях разработки математического и алгоритмического обеспечения и средств реализации систем автоматического управления температурішми режимами приготовления алюминиевых сплавов в газовых плавильных агрегатах.

Цель работы. Целью диссертационной работы является математическое и структурное моделирование процесса нагрева жидкометаллической ванны в газовых отражательных печах для алюминиевых сплавов как объекта управления температурой жидкого металла с распределёнными параметрами и разработка на этой основе алгоритмов и систем автоматической оптимизации температурных режимов плавильного агрегата.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

  1. Разработка проблемно-ориентированных на задачи управления математических моделей взаимосвязанных процессов внешнего и внутреннего теплообмена в системе «газ - кладка - жидкий металл».

  2. Структурное моделирование и вывод передаточных функций процесса нагрева жидкометаллической ванны как объекта управления с распределёнными параметрами.

  3. Исследование возможностей дробно-рациональных приближений трансцендентных передаточных функций распределённого объекта управления.

  4. Разработка и исследование программных алгоритмов оптимального по быстродействию управления нагревом жидкометаллической ванны.

  5. Синтез замкнутых систем автоматической оптимизации процессов нагрева жидкого металла.

  6. Компьютерное моделирование процессов автоматического управления температурными режимами работы плавильного агрегата.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, аппарата преобразований Лапласа, теории теплопроводности, классической теории автоматического управления, теории оптимального управления, структурной теории систем с распределёнными параметрами.

Научная новизна. Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления в области оптимального управления процессами нагрева жидких алюминиевых сплавов в газовой плавильной печи. Полученные в работе результаты позволяют на качественно более высоком уровне решать инженерные задачи синтеза систем автоматического и

автоматизированного управления процессом нафева жидкометаллическои ванны плавильного афегата.

В диссертации получены следующие основные результаты, отличающиеся научной новизной:

  1. Разработана проблемно-ориентированная на задачи управления математическая модель учитывающая, в отличие от известных, взаимосвязанные процессы энергообмена в системе «газ - кладка - металл», описываемые алгебраическими уравнениями энергетического баланса для эффективных и результирующих тепловых потоков излучающих сред и поверхностей совместно с системой дифференциальных уравнений теплопроводности в частных производных для температурных полей в металлической ванне и кладке печи.

  2. Методами структурной теории систем с распределёнными параметрами выполнено структурное моделирование процесса разофева жидкометаллическои ванны как объекта управления температурой расплава, отличающиеся использованием типовых распределённых х-блоков для описания передаточных функций процессов теплопроводности в кладке и на-феваемом металле.

  3. Получены точные в рамках предлагаемых линеаризованных математических моделей выражения для трансцендентной передаточной функции объекта управления с выходом по температуре жидкого металла в любой точке по глубине ванны.

  4. Предложены удовлетворительные по точности чебышевские дробно-рациональные приближения простой структуры к трансцендентным передаточным функциям объекта управления, определяемые, в отличие от известных, в классе характеристик мнимых частот.

  5. На основе альтернансного метода точного решения краевых задач оптимизации систем с распределёнными параметрами разработаны алгоритмы оптимального по бысфодействию управления процессом нафева жидкого металла, обеспечивающие, в отличие от известных, заданную точность равномерного приближения конечного температурного распределения по глубине ванны к требуемому за минимально возможное время в условиях заданных офаничений на управляющие воздействия по расходу топлива и максимальную температуру расплава.

  6. Выполнен структурно-параметрический синтез системы автоматической оптимизации процесса нафева жидкометаллическои ванны по критерию быстродействия с учётом неполного измерения состояния объекта управления.

Практическая полезность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами: - разработана инженерная методика расчетов алгоритмов оптимального по быстродействиго управления процессом нафева жидких алюминиевых

сплавов газовой отражательной плавильной печи в условиях, соответствующих реальным технологическим требованиям; -разработано специальное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение, на базе которого созданы пакеты прикладных программ для автоматизированного расчета алгоритмов оптимального управления процессом нагрева жидкометаллической ванны;

предложены реализуемые структуры замкнутых систем автоматической оптимизации процесса нагрева жидкого металла;

обоснована целесообразность практического применения полученных в работе алгоритмов оптимального управления.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в проектных разработках перспективных систем управления процессами плавки и литья алюминиевых сплавов на Самарском металлургическом заводе ОАО «СМЗ» (г. Самара), а также в учебном процессе СамГТУ при подготовке инженеров по специальности «Управление и информатика в технических системах» и магистров техники и технологии по направлению «Автоматизация и управление».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на III Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2006), II Международном форуме (VII Международная конференция) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2006), IV Всероссийской научной конференции с международным участием «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2007), XIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Современная техника и технологии» (Томск, 2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 в журналах из перечня, рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 138 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 100 наименований и 2 приложения.

Подобные работы
Асташин Сергей Михайлович
Управление режимами и процессами эксплуатации систем тягового электроснабжения на основе имитационного моделирования
Култаев Беркин Баянгалиевич
Математическое моделирование, оптимизация, управление и диагностика воздушного конденсатора паросиловой установки
Борзов Андрей Николаевич
Моделирование и управление процессом гидроочистки дизельного топлива
Митрошин Владимир Николаевич
Математическое моделирование и автоматическое управление объектами с распределенными параметрами в технологических процессах изолирования кабелей связи
Афиногентов Александр Александрович
Моделирование и оптимальное управление технологическим комплексом "нагрев - обработка металла давлением"
Лежнев Максим Владимирович
Структурное моделирование и автоматическое управление температурой абсорбента в теплообменном аппарате установки комплексной подготовки газа
Третьяков Александр Александрович
Моделирование и оптимальное управление процессом синтеза монометиланилина в контактном аппарате трубчатого типа
Елизаров Александр Михайлович
Моделирование, оптимальное проектирование и управление процессом нанесения гальванического хромового покрытия
Подрезова Виктория Игоревна
Компьютерное моделирование процессов деления потоков волокнистого материала и управление ими
Шведов Николай Георгиевич
Автоматизация и управление процессом многолезвийной механической обработки на основе динамического моделирования технологической системы

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