НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

"ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"

Клименко Павло Григорович

УДК 62-5

УДОСКОНАЛЕННЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ

ПРОЦЕСОМ ЗГУЩУВАННЯ ЧЕРВОНОГО

ШЛАМУ ГЛИНОЗЕМНОГО ВИРОБНИЦТВА

05.13.03 - Системи і процеси керування

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті кораблебудування імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Блінцов Володимир Степанович, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова, директор Інституту автоматики і електротехніки.

Офіційні опоненти:

1. Доктор технічних наук, доцент Медиковський Микола Олександрович, Національний університет "Львівська політехніка", доцент кафедри автоматичних систем управління.

2. Доктор технічних наук, професор Попов Ігор Олександрович, Севастопольський національний інститут ядерної енергії та промисловості, завідуючий кафедрою автоматизації технологічних процесів і виробництв.

Провідна установа:

Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" Міністерства освіти і науки України, кафедра систем управління літальними апаратами, м. Харків.

Захист відбудеться "_1_" _червня_ 2005 р. о _1600_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 35.052.14 Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. Бандери, 12.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів, вул. Бандери, 12.

Автореферат розісланий "_29_" _квітня_ 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К 35.052.14,

кандидат технічних наук, доцент А. Є. Батюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На світовому ринку алюмінію існує жорстка конкуренція обмеженого кола великих виробників. Глиноземне виробництво є обов'язковою ланкою в циклі виробництва алюмінію: видобуток сировини (бокситів та ін.) - виробництво глинозему - одержання алюмінію. Процес згущування червоного шламу є “вузьким місцем” глиноземного виробництва за способом Байєра і визначальним чином впливає на загальну ефективність виробництва і характеристики кінцевого продукту. Тому удосконалення системи керування процесом згущування червоного шламу є актуальною науковою задачею.

Створення й удосконалення систем керування різними технічними процесами, у тому числі з застосуванням нечітких регуляторів, були і залишаються актуальним предметом наукових досліджень багатьох вітчизняних і закордонних вчених. Істотний внесок у розробку даних питань внесли академік НАН України Кунцевич В. М., провідні вітчизняні і зарубіжні науковці Гостєв В. І., Дроздов А. В., Заде Л., Кулік А. С., Кондратенко Ю. П., Медиковський М. О., Попов І. О., Поспєлов Д. А., Проккола С., Рашкевич Ю. М., Саастамойнен Е., Спесівцев А. В. та інші. Наукові результати, отримані названими вище вченими, дають змогу застосовувати їх для рішення широкого кола наукових задач.

Однією з таких задач, рішення якої має велику практичну значимість, є удосконалення існуючої на Миколаївському глиноземному заводі, найбільшому виробнику глинозему в Європі, системи керування процесом згущування червоного шламу з метою підвищення ефективності керованого процесу. Вказана задача недостатньо розроблена як у вітчизняних, так і в закордонних роботах. Це обумовлено досить обмеженою кількістю розглянутих процесів у світі, відмінностями їх на різних промислових об'єктах і закритістю відомостей про інформаційне забезпечення, алгоритми роботи і будову систем керування аналогічними процесами за кордоном внаслідок жорсткої конкурентної боротьби по підвищенню ефективності виробництва. Тільки окремі, досить загальні відомості, публікуються у відкритій печаті. Інформація про застосування нечітких регуляторів для керування процесом згущування червоного шламу у сучасній науково-технічній літературі відсутня. Таким чином, рішення поставленої задачі характеризується актуальністю, новизною і практичною значимістю.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась як складова частина досліджень, що проводилися в Українському державному морському технічному університеті (з 2004 р. Національний університет кораблебудування) за держбюджетною науково-дослідною темою “Математичне моделювання фізичних явищ, що протікають в нестаціонарних системах з фазовими переходами на різних етапах технологічних процесів” № державної реєстрації 0102U005202, в рамках якої дисертантом було виконано окремий розділ “Створення математичної моделі технологічного процесу згущування червоного шламу глиноземного виробництва”. Також робота виконувалась згідно договорів та угод про творчу співпрацю між Українським державним морським технічним університетом і ВАТ “Миколаївський глиноземний завод” № 572 від 15.11.1999 р., № 350п/1420 від 08.12.2000 р., № 451-н від 29.11.2001 р., № 476-н від 20.12.2002 р.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення системи керування процесом згущування червоного шламу глиноземного виробництва на основі нечітких регуляторів, створення алгоритмічного та удосконалення інформаційного забезпечення системи керування, що підвищує ефективність керованого процесу.

Для досягнення поставленої мети розв’язані наступні задачі:

1. Для дослідження керованого процесу і роботи удосконаленої системи керування створена математична модель процесу згущування червоного шламу та перевірена її адекватність реальному ходу процесу в нормальних і аварійних режимах.

2. Науково обґрунтована послідовність визначення контрольованих й завдання керованих параметрів та на її основі розроблено новий метод керування процесом згущування червоного шламу, який підвищує ефективність керованого процесу. Розроблено узагальнений алгоритм реалізації цього методу. Виділено визначальний параметр керованого процесу - концентрацію частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, контроль якого необхідний для реалізації розробленого методу.

3. Створено нечітку керуючу модель процесу згущування, яка задає значення керованих параметрів для всіх можливих нормальних і аварійних режимів керованого процесу в послідовності, визначеній розробленим методом керування. Синтезовані нечіткі регулятори системи керування на основі цієї моделі для реалізації розробленого методу керування. Досліджена робота удосконаленої системи керування в нормальних і аварійних режимах керованого процесу.

4. Обрано принцип вимірювання та розроблено метод контролю визначального параметру керованого процесу - концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині як складової інформаційного забезпечення системи керування. Розроблена, виготовлена і випробувана на виробництві система контролю, яка реалізує цей метод.

Об’єктом дослідження є система керування процесом згущування червоного шламу глиноземного виробництва.

Предметом дослідження є математичні, алгоритмічні та технічні засоби, що забезпечують створення та впровадження системи керування процесом згущування червоного шламу глиноземного виробництва.

Методи дослідження, використані для рішення поставлених задач: метод математичного моделювання для дослідження системи керування, методи синтезу нечітких регуляторів для синтезу нечітких регуляторів системи керування, теорія нечітких множин і нечітка логіка для створення нечіткої керуючої моделі процесу згущування, метод комп'ютерного моделювання для перевірки адекватності математичної моделі і дослідження роботи системи керування, метод натурних випробувань в умовах реального процесу для перевірки роботи системи контролю визначального параметру процесу.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

1. Вперше створена математична модель керованого процесу згущування червоного шламу, яка описує хід процесу в однокамерних згущувачах з використанням синтетичного коагулянту, враховує параметри використовуваного обладнання і служить основою для дослідження керованого процесу та роботи удосконаленої системи керування.

2. Розроблено новий метод керування процесом згущування червоного шламу, який відрізняється включенням визначального параметру керованого процесу - концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, та базується на науково обґрунтованій послідовності визначення контрольованих й завдання керованих параметрів, що підвищує ефективність керованого процесу.

3. З використанням нечітких множин і нечіткої логіки вперше створена керуюча модель процесу згущування червоного шламу, яка задає значення керованих параметрів для всіх можливих нормальних і аварійних режимів керованого процесу в послідовності, визначеній створеним методом керування.

4. Для інформаційного забезпечення системи керування розроблено метод контролю визначального параметру керованого процесу - концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, який відрізняється виділенням корисної складової оптичної щільності розчину, отриманням результату у вигляді об’ємної концентрації частинок дисперсної фази та врахуванням процесу обростання у контрольованому алюмінатному розчині.

Достовірність одержаних результатів забезпечується коректним застосуванням при створенні математичної моделі керованого процесу законів матеріального балансу і Стокса, використанням результатів лабораторних досліджень розчинів, взятих безпосередньо з реального процесу; адекватністю результатів математичного моделювання реальному ходу процесу; застосуванням засобів програмних комплексів MathCAD і Fuzzy Logic Toolbox системи MATLAB для перевірки адекватності математичної моделі і реалізації нечітких регуляторів системи керування; застосуванням при дослідженні роботи удосконаленої системи керування в якості вхідних параметрів дійсних значень, що мали місце в ході реального процесу, та використанням адекватної математичної моделі процесу; отриманим підвищенням ефективності процесу по всіх очікуваних показниках при використанні удосконаленої системи керування у порівнянні з традиційним керуванням; промисловими випробуваннями і впровадженням системи контролю, яка реалізує розроблений метод контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, на ВАТ “Миколаївський глиноземний завод”.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи використовуються для удосконалення системи керування процесом згущування червоного шламу на ділянці згущування і промивки червоного шламу ВАТ “Миколаївський глиноземний завод”.

Створена математична модель процесу використовується для дослідження керованого процесу та роботи удосконаленої системи керування з метою визначення режимів, що забезпечують найбільшу продуктивність, якість вихідної продукції та економію ресурсів, а також для дослідження аварійних режимів і способів їхнього недопущення, що неможливо здійснити методами натурного експерименту в умовах безперервного виробництва.

Розробка нового методу керування процесом дозволила створити алгоритм реалізації методу, згідно якого функціонує удосконалена система керування, що підвищує продуктивність процесу, якість вихідної продукції та економить матеріальні й енергетичні ресурси. В результаті створення нового методу керування поставлена задача про необхідність розробки методу і системи контролю визначального параметру керованого процесу - концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині.

Створення нечіткої керуючої моделі процесу дало змогу виконати на основі цієї моделі синтез нечітких регуляторів системи керування. Удосконалена система керування, у порівнянні з традиційним керуванням, дозволила підвищити продуктивність процесу на 17,1%, якість вихідної продукції - алюмінатного розчину, на 21,1%, одержати економію матеріальних ресурсів - лугу, на 0,47% від загальної кількості, що витрачається на виробництві, і синтетичного коагулянту на 7,7%, а також енергетичного ресурсу - електроенергії, на 3,6%.

Розробка методу контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині дозволила створити систему контролю, яка реалізує розроблений метод, і одержати підвищення ефективності реального процесу по всіх названих показниках, що підтверджено впровадженням системи на виробництві.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на науково-технічних і науково-практичних конференціях: Міжнародній науково-технічній конференції “Інформаційні управляючі системи і технології” (Миколаїв, УДМТУ, 1998 р.), 2-й Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми енергозбереження й екології в суднобудуванні” (Миколаїв, УДМТУ, 1998 р.), 5-й Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (Миколаїв, 1999 р.), 6-й Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини” (Харків, 1999 р.), 5-th International scientific and technical conference on Unconventional electromechanical and electrical systems (Szczecin and Miedzezdroje, Poland, 2001), Науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу УДМТУ (Миколаїв, УДМТУ, 2002 р.), 3-й Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми енергозбереження й екології в суднобудуванні” (Миколаїв, УДМТУ, 2002 р.), 1-й Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів і молодих наукових робітників “Інформаційно-керуючі системи і комплекси” (Миколаїв, ІАЕ НУК, 2004 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 10 друкованих праць і 1 тези конференцій. Основні результати дослідження викладені в 9 статтях у фахових виданнях, з них 5 без співавторів.

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати отримані особисто автором. Особистий внесок підтверджують 5 самостійних наукових публікацій, у яких викладені проблеми інформаційного забезпечення системи керування процесом згущування, енерго- і ресурсозберігаючі аспекти створення системи контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині ділянки згущування, виконано аналіз оптичних методів визначення концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, створена математична модель процесу згущування червоного шламу і підтверджена її адекватність реальному ходу процесу, розроблена система керування процесом згущування на основі створеної нечіткої керуючої моделі і нечітких регуляторів на базі цієї моделі, а також підтверджене підвищення ефективності процесу у порівнянні з традиційним керуванням по всіх очікуваних показниках. У роботі [4] автором виконані фотоколориметричні дослідження алюмінатних розчинів і на основі аналізу їх результатів обрано принцип вимірювання концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині; у роботі [10] автором запропонована структура системи контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині і сформульовані задачі, рішення яких необхідне для створення такої системи; у роботі [5] автором виконана розробка методу контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині та системи, яка його реалізує; у роботі [7] автором створена математична модель процесу осадження частинок червоного шламу в алюмінатному розчині; у роботі [6] автором розроблено узагальнений алгоритм реалізації створеного методу керування процесом згущування червоного шламу.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація містить вступ, 4 розділи, висновки. Обсяг дисертації - 146 сторінок основного тексту, також робота містить 30 рисунків та 11 таблиць, які займають 23 сторінки, 4 додатки на 19 сторінках. Список використаних джерел містить 114 найменувань і викладений на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі показана роль процесу згущування в циклі виробництва глинозему способом Байєра та розглянуто його особливості як об'єкту керування. В згущувач місткістю до 6000 м3, в зону заспокійливого стакану, подається пульпа (дисперсна система) для поділу фаз: рідкої - дисперсійного середовища (алюмінатного розчину), і твердої - частинок дисперсної фази (червоного шламу). Розділення фаз проводиться осадженням частинок в розчині під впливом сили ваги. Для інтенсифікації процесу в пульпу додають синтетичний коагулянт, який є дорогим матеріальним ресурсом, що витрачається у великих кількостях. Алюмінатний розчин містить алюміній і є корисним продуктом, червоний шлам є відходом виробництва. Основною задачею процесу керування згущуванням є забезпечення якості алюмінатного розчину - концентрації частинок шламу в ньому не вище встановленого нормативу.

Проведено критичний аналіз традиційної системи керування процесом згущування на прикладі Миколаївського глиноземного заводу та аналогічних систем за кордоном. Зроблено висновок про можливість підвищення ефективності керованого процесу за допомогою удосконалення існуючої системи шляхом виключення людини з безперервного процесу прийняття рішень по керуванню і залишенням за нею лише наглядових функцій. На основі проведеного аналізу сформульована мета і виділені задачі дослідження.

У другому розділі для створення математичної моделі керованого процесу виділені вхідні й вихідні змінні та визначені обмеження на них. Виділені наступні вхідні змінні: кількість поданої в згущувач пульпи ; концентрація частинок дисперсної фази в пульпі ; діаметр частинок дисперсної фази в пульпі ; густина речовини частинок дисперсної фази ; густина рідкої фази пульпи ; кількості 0,25%-го розчину коагулянту, подані в заспокійливий стакан згущувача і в живильний трубопровід подачі пульпи ; температура розчину в згущувачі . Вихідні змінні: кількості відкачаного освітленого алюмінатного розчину і згущеного червоного шламу ; концентрація частинок дисперсної фази у відкачуваному алюмінатному розчині , приведена до концентрації Fe2O3; концентрація частинок дисперсної фази у відкачуваному шламі .

Для характеристики динаміки системи і формалізації залежностей між вхідними і вихідними змінними введені внутрішні змінні: швидкість осадження частинок ; маси поданих у згущувач і відкачаних частинок дисперсної фази; концентрація частинок в i-му шарі згущувачу ; запас обсягу згущувача , що може бути заповнений або звільнений при нерівності швидкостей подачі і відкачки речовин; питома витрата 100%-го розчину коагулянту на 1 тонну частинок, подаваних у пульпі ; співвідношення кількості коагулянту, поданого в трубопровід і в стакан згущувача . Проміжки часу, що характеризують інерційні властивості процесів зміни , , , а також проміжки часу, що характеризують рівняння матеріального балансу згущувача та балансу загальної маси поданих і відкачаних частинок дисперсної фази, позначені відповідно , , , та . Об’єм згущувача, заповнений пульпою, позначено .

В результаті формалізації залежностей, що зв'язують вхідні й вихідні змінні, отримана математична модель процесу згущування червоного шламу, яка містить наступні рівняння:

1. Кількість відкачаного освітленого алюмінатного розчину (з рівняння матеріального балансу поданих і відкачаних речовин):

,

де

2. Кількість відкачаного згущеного червоного шламу (з рівняння балансу загальної маси поданих і відкачаних частинок дисперсної фази):

.

3. Концентрація частинок дисперсної фази у відкачуваному алюмінатному розчині (з використанням експериментальних даних Дослідницької лабораторії ВАТ “МГЗ”, в обробці яких брав участь автор):

,

де з урахуванням закону Стокса

,

і в’язкість розчину, що є функцією температури і концентрацій Na2O та Al2O3, визначається за довідковими даними, а зв'язок і з і визначається з рівнянь:

та .

4. Концентрація частинок дисперсної фази у відкачуваному згущеному шламі (з використанням експериментальних даних Дослідницької лабораторії ВАТ “МГЗ”, в обробці яких брав участь автор):

.

Створена модель описує хід процесу в однокамерних згущувачах з використанням синтетичного коагулянту, враховує параметри використовуваного обладнання і служить основою для дослідження керованого процесу та роботи удосконаленої системи керування. Виконано перевірку адекватності моделі реальному ходу процесу в нормальних і аварійних режимах. Перевірка проводилася з використанням в якості вхідних змінних дійсних значень величин, що мали місце в ході реального процесу. Адекватність оцінювалась по відповідності значень вихідних змінних, розрахованих за допомогою створеної математичної моделі, і значень вихідних змінних, що мали місце в ході реального процесу (рис. 1).

В якості показника точності використовувалося середньоквадратичне відхилення. Отримані наступні значення середньоквадратичних відхилень вихідних змінних: , , , . Проведений аналіз похибок підтвердив адекватність створеної математичної моделі реальному ходу процесу згущування.

У третьому розділі для удосконалення системи керування процесом виділені керовані і контрольовані параметри, визначені діапазони їх змін, зв'язок з вхідними, вихідними або внутрішніми змінними математичної моделі процесу, а також способи контролю і керування. Виділені наступні контрольовані параметри: продуктивності насосів подачі пульпи , відкачки алюмінатного розчину і згущеного шламу , насосів подачі 2%-го розчину коагулянту в трубопровід і в заспокійливий стакан згущувача , висота граблин гребкового пристрою, який переміщує шлам до точок відкачки, , густина відкачуваного шламу , рівень алюмінатного розчину в згущувачі , величина обертаючого моменту гребкового пристрою , висоти нижніх границь готового алюмінатного розчину і верхньої зони осадження , а також параметри , , , , , які співпадають з відповідними змінними математичної моделі. Керовані параметри: , , , , , .

На основі вивчення закономірностей процесу та в контексті досягнення поставленої мети дослідження науково обґрунтована послідовність визначення контрольованих й завдання керованих параметрів. Розроблено новий метод керування процесом згущування червоного шламу, який відрізняється включенням визначального параметру керованого процесу - концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, та базується на обгрунтованій послідовності визначення контрольованих й завдання керованих параметрів, що підвищує ефективність керованого процесу. Розроблено узагальнений алгоритм реалізації цього методу, відповідно до якого функціонує удосконалена система керування (рис. 2).

Виділено визначальний параметр керованого процесу - розподіл концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині по висоті згущувача (параметри і ), контроль якого необхідний для реалізації розробленого методу керування. Поставлено задачу про необхідність створення методу і системи контролю цього параметру процесу як складової інформаційного забезпечення системи керування.

Для побудови удосконаленої системи керування процесом розроблена й обґрунтована структура системи на основі нечітких регуляторів (рис. 3). Використання нечітких регуляторів обумовлено складністю фізико-хімічних процесів, що відбуваються в згущувачі, і складністю керування процесом внаслідок цього. Використання традиційних регуляторів в існуючій системі не забезпечує ефективне керування процесом. Виходячи з зазначених особливостей керованого процесу, а також враховуючи

Рис. 2. Узагальнений алгоритм реалізації методу керування процесом

світовий досвід використання нечітких регуляторів для керування складними технічними процесами, удосконалення системи керування процесом згущування здійснювалося на основі нечітких регуляторів.

Рис. 3. Система керування процесом згущування червоного шламу

на основі нечітких регуляторів

З використанням нечітких множин і нечіткої логіки створена керуюча модель процесу згущування червоного шламу, яка задає вектор керованих параметрів для всіх можливих нормальних і аварійних режимів керованого процесу в послідовності, визначеній створеним методом керування, на основі вектору контрольованих параметрів та інформації нечітких баз знань . Також нечітка керуюча модель подає інформацію у попередній процес про необхідність нормалізації параметрів подаваної пульпи Внорм, але оскільки нормалізація здійснюється у попередньому процесі, цей параметр не віднесено до керованих в процесі згущування. Нечітка керуюча модель процесу згущування представлена у вигляді наступної системи рекурентних рівнянь:

де залежності задані нечіткими базами знань (табл. 1-7).

На основі створеної керуючої моделі виконано синтез нечітких регуляторів, необхідних для удосконалення системи керування. Задані наступні вхідні лінгвістичні змінні регуляторів: “Швидкість подачі пульпи” , “Швидкість відкачки алюмінатного розчину” , “Швидкість відкачки шламу” , “Швидкість подачі коагулянту в трубу” , “Швидкість подачі коагулянту в стакан” , “Висота граблин” , “Тверде в пульпі” , “Густина розчину в пульпі” , “Концентрація заліза в зливі” , “Густина шламу” , “Тверде в шламі” , “Рівень розчину” , “Температура розчину” , “Момент на граблинах” , “Висота нижньої границі готового розчину” , “Висота нижньої границі верхньої зони осадження” .

Задані наступні вихідні лінгвістичні змінні, частина яких збігається за змістом та позначеннями з відповідними вхідними змінними, але розділені з ними в часі: “Уставка швидкості подачі пульпи”, “Уставка швидкості відкачки алюмінатного розчину”, “Уставка швидкості відкачки шламу”, “Уставка швидкості подачі коагулянту в трубу”, “Уставка швидкості подачі коагулянту в стакан”, “Уставка висоти підйому граблин”, а також “Вказівка нормалізувати параметри пульпи”, яка позначена Внорм.

Приклад терм-множини лінгвістичної змінної “Швидкість подачі пульпи”: терм-множина включає 5 термів: {нульова (Н), мала (М), середня (С), велика (В), дуже велика (ДВ)}.

Зв'язок між вхідними і вихідними змінними для кожного регулятора задано нечіткою керуючою моделлю типу Мамдані у виді лінгвістичних правил керування і нечітких баз знань. Наприклад, для регулятора вхідними лінгвістичними змінними є “Швидкість відкачки алюмінатного розчину” і “Рівень розчину”, вихідною лінгвістичною змінною є “Уставка швидкості подачі пульпи”.

Лінгвістичні правила керування даного нечіткого регулятора:

Якщо “Швидкість відкачки алюмінатного розчину” = нульова і “Рівень розчину” = нульовий, то “Уставка швидкості подачі пульпи” = середня, інакше

Якщо “Швидкість відкачки алюмінатного розчину” = нульова і “Рівень розчину” = нижче норми, то “Уставка швидкості подачі пульпи” = мала, інакше

і т.д., всього 25 правил.

Лінгвістичні правила керування можна представити у виді бази знань, значення якої задаються таблицею 1.

Таблиця 1.

Нечітка база знань регулятора

Швидкість відкачки алюмінатного розчинуНМСВДВРівень розчинуНСВДВДВДВННМСВДВДВНМММССДВВННММСВКРННММС

Аналогічно для інших регуляторів бази знань задані таблицями 2-7, де, крім названих вище, використані наступні терми: нижче норми (НН), нормальна (НМ), вище норми (ВН), допустима (ДП), критична (КР), критично мала (КРМ), а також не потрібно нормалізувати (НПН) та нормалізувати тверде в пульпі (НТВ), густину розчину в пульпі (НГР), температуру розчину (НТР) і комбінації останніх трьох термів.

Нечіткі регулятори були реалізовані за допомогою пакета програм Fuzzy Logic Toolbox системи MATLAB. Застосовувалася мінімаксна інтерпретація логічних операцій і дефаззифікація по методу центра ваги результуючої фігури функції приналежності вихідної змінної.

Проведене дослідження роботи удосконаленої системи керування в нормальних і аварійних режимах керованого процесу. В якості вхідних параметрів використовувалися дійсні значення, які мали місце в ході реального процесу. Значення керуючих впливів задавали регулятори удосконаленої системи керування. Початковий стан процесу відповідав дійсному стану, що мав місце на практиці. Надалі, зміна ходу керованого процесу при впливах на нього удосконаленої системи керування розраховувалася за допомогою створеної математичної моделі процесу.

Отримано підвищення ефективності процесу згущування при використанні удосконаленої системи керування, у порівнянні з традиційним керуванням, за наступними показниками керованого процесу: підвищення продуктивності процесу на 17,1%; підвищення якості основної вихідної продукції - алюмінатного розчину, на 21,1%; економія матеріальних ресурсів - лугу, на 0,47% від загальної кількості, що витрачається на виробництві, та синтетичного коагулянту на 7,7%; економія енергетичного ресурсу - електроенергії на 3,6%. Отримані показники якості системи керування задовольняють вимогам керованого процесу.

У четвертому розділі для створення методу контролю визначального параметру керованого процесу розглянуті основні принципи вимірювання концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, проведені їх експериментальні дослідження. За результатами цих досліджень зроблено вибір і проведена експериментальна перевірка принципу вимірювання концентрації частинок дисперсної фази на основі абсорбції електромагнітного випромінювання оптичного діапазону.

З метою створення системи контролю розроблено метод контролю концентрації частинок дисперсної фази в алюмінатному розчині, який відрізняється виділенням корисної складової оптичної щільності розчину, отриманням результату у вигляді об’ємної концентрації частинок дисперсної фази та врахуванням процесу обростання у контрольованому алюмінатному розчині. Розроблений метод у вигляді алгоритму його реалізації представлено на рис. 4, на якому величини з верхнім індексом “о” відносяться до опорного каналу, з індексом “в” - до вимірювального.

Коефіцієнти світлопропускання розраховуються для опорного каналу за формулою , де - номер відібраної проби. Як правило кількість проб . Коефіцієнти світлопропускання для вимірювального каналу розраховуються за формулою , де - номер виміру на деякій висоті згущувачу, кількість вимірів