авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ »«¬–“» ¬—–  ...»

-- [ Страница 5 ] --

“Т” – транспонирование. Дифференциальные В работе Ривлина и Сондерса [4] показано, операторы действуют только на первый мно что для изотропного несжимаемого материала житель справа, не являющийся оператором.

потенциал w линейно зависит от инварианта Условие несжимаемости задается соотно I1 ( G ) и нелинейно от инварианта I 2 ( G ) :

шением w = c1 I1 ( G ) 3 + f I 2 ( G ), поэтому предпо ( E G ) G G = 2 (2) лагается, что он допускает полиномиальную Уравнения равновесия в отсутствие массо аппроксимацию вида вых сил принимают вид 0 w w 0 w I1 ( G ), I 2 ( G ) = q = * + * R. (3) I1 I 2 n = c10 I1 ( G ) 3 + c0 n I 2 ( G ) 3. (7) Условие интегрируемости первого уравне- n ния записывается в форме В рамках рассматриваемой модели можно 0 w w * + * R = 0. (4) ограничиться выражением для потенциала I1 I 2 энергии деформации в форме:

+ 1 w = ( 3 + 1 ) I1 ( G ) 3 1 I 2 ( G ) 3 + 2 I 2 ( G ) 3, (8) 6 8 где, 1, 2 – константы, причем – модуль статического давления q членами до третьего порядка по малому параметру.

сдвига линейной теории, поскольку остальные Полагая R = r + R + 2 R + 3 R, (9) константы не влияют на эффекты третьего по рядка. получаем разложения для тензоров-градиентов и меры деформации Коши с точностью до O ( 4 ) :

Для эффектов первого, второго и третьего порядков получаем три краевые задачи линей- 0 0 0 R = E + R + 2 R + 3 R, ной теории упругости, что позволяет использо вать для их решения хорошо разработанные 0 G = E + 2 + 2 + R R T 2 + аналитические методы линейной теории упру- гости. Эти эффекты выделяются при ограниче 0 0 0 + 2 + R RT + R RT 3, нии разложений для радиус-вектора частиц в текущей конфигурации R и функции гидро ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 1 0 1 + R T + R T + 2I1 ( 2 ).

0 0 0 = R + RT, = R + R T, 2 2 Следствием условия несжимаемости явля 1 0 = R + R T. 2 ется равенство rT = 0. Применяя оператор I1 ( G ) = 2 + 2 I1 ( ) + к разложению тензора r T и приравнивая 0 коэффициенты при степенях нулю, получим + 2 I1 ( ) + R R T 2 + три соотношения:

0 0 0 0 0 0 + 2 I1 ( ) + 2 R R T 3. RT = 0, RT = I1 ( ), 0 0 R T = I1 ( ), (13) Условие несжимаемости (2) приводит к системе уравнений для эффектов первого, вто учитывая которые уравнения равновесия в от рого и третьего порядков:

сутствие массовых сил (3) приводятся к трем 10 I1 ( ) = 0, I1 () = R T R T, уравнениям равновесия для эффектов первого, 2 второго и третьего порядков:

0 0 I1 () = RT RT. (10) 2 p1 + R = 0, С учетом (10) выражение для разложения 0 [ 2 p2 + 2 ] + R + R R T = 0, (14) первого главного инварианта примет вид:

I1 ( G ) = 2 + 2 2 + 4 3. 0 2 ( p3 + 2 ) + R + R R T + Вводя разложение для гидростатического 0 +R R T + 4 ( ) = 0.

давления: 1 Условия интегрируемости можно записать в p = + p1 + p2 2 + p виде системы 2 S S 0 S получим разложение выражения для «плоской» R = 0, R + RT R = 0, части тензора напряжений Пиолы: S S S 0 R + R T R + R T R + D = + D2 + D3, (11) где = 2 [ p1E + ], +4 I1 ( 2 ) = 0. (15) S I ( ) S D = 2 p2 1 + E + p1 R T, Здесь = i j – симплектический опера y x I ( ) тор.

+ p1 I1 ( ) + 2 E + D = 2 p3 1 Используя представления f = f + f 2 + + f 3 для плотностей внешних поверхностных 0 0 + p1 RT p2 RT + R. усилий в деформированной конфигурации, гра ничные условия в напряжениях получим в форме и разложение «плоской» части выражения тен n ( + p1E ) = f1, зора напряжений Коши с помощью соотноше I ( ) ния для несжимаемого материала S = RT D : n + p2 1 + E = S = + S2 + S3, (12) = f 2 + p1n R T, где (16) I ( ) I ( ) S = 2 p2 1 + E + + R T, + p1 I1 ( ) + 2 E = n + p3 I ( ) 0 0 S = 2 p3 1 + 2 E + = f3 + n p1 R T + p2 R T R, 1 f f f + I1 ( ) R T + n n f1 =, f2 =, (17) 2 2 2 116 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ f f С помощью разложения (12) для эффектов n n f3 = первого порядка, получим выражение тензора 2 напряжений Коши в виде:

10 p ( r,, z ) r 2 a n + R RT 22 n + = 2 1 e1e1 + 2 r 2 f + ( n n ) p1 ( r,, z ) r 2 + a. 2 + e 2e 2. (19) r Задача о концентрации напряжений Уравнение равновесия (14) для эффектов около круглого отверстия первого порядка используется для определения при равномерном растяжении на бесконечности функции гидростатического давления Проведем сравнение решений, полученных p1 ( r,, z ) = a12, где a12 – постоянная. Принимая на основе инженерной теории с точными реше во внимание первое граничное условие в (18), ниями для потенциала вида (8).

Без потери общности будем считать радиус 1 находим lim f1 = e1, откуда a12 =. Тогда вы отверстия равным единице. Контур отверстия 2 свободен от напряжений. На бесконечности ражение (19) записывается в форме приложена равномерная радиальная нагрузка r 2 2a11 r 2 + 2a интенсивности p =. = e1e1 + e2 e 2. (20) r2 r Введем единичный базис e1 = cos i + sin j, e 2 = sin i + cos j, e 3 = k цилиндрической При r = 1 из (20) находим a11 =. Линей системы координат {r,, z}. ное решение принимает вид На внутреннем контуре f = f = f = 0, r2 1 r2 + на бесконечности – f = e, f = f = 0. (18) = 2 e1e1 + 2 e2e2.

1 r r Решение в рамках инженерной теории Откуда получаем: k1 = = 2. Первое r = Коэффициент концентрации в нелинейной теории, как и в классическом решении линей- слагаемое в разложении коэффициента концен S трации есть классический результат линейной ной теории, будем определять как k = 22, теории упругости k1 = 2.

p r = Решая аналогичным образом линейные за где S 22 – тангенциальная компонента «пло дачи для эффектов второго и третьего поряд ской» части тензора истинных напряжений ков, найдем второе k 2 и третье k3 слагаемые в Коши S = S11e1e1 + S 22 e 2 e 2. Представление этой разложении коэффициента концентрации.

компоненты в рамках приближенной теории Для эффектов второго порядка кинематиче имеет вид S 22 = 22 + S 22 2 + S 22 3, откуда, ская гипотеза при осевой симметрии принимает вспоминая, что p =, получим выражение вид R = v ( r ) e1. Из второго уравнения (10) оп для коэффициента концентрации в рамках при 8a21r 2 ределяем v ( r ) = ближенной теории:, где a21 – постоянная 8r + S22 2 + S22 S k = 22 = 22 = и второе слагаемое разложения тензора напря p r =1 жений Коши (12) принимает вид:

r = S 2 p2 ( r,, z ) r 2a21r + 1 + S S 4 = e1e1 + = + 22 + 22 2 = k1 + k2 + k32.

r =1 r =1 r =1 r 2 p2 ( r,, z ) r 4 + 2a21r 2 + Для эффектов первого порядка кинематиче + e2e2 (21) ская гипотеза при осевой симметрии принимает r вид R = u ( r ) e1. Используя первое уравнение Используя уравнение равновесия (14) для условия несжимаемости (10), находим u ( r ) = эффектов второго порядка, находим гидроста 8 a r 4 1 тическую функцию p2 ( r,, z ) = a11, =, где a11 – const. 8r r ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Второе слагаемое в разложении коэффици где a22 – постоянная. Выражение (21) тогда за ента концентрации есть:

писывается в форме S S 3 8a21r 2 8a r 2 1 k2 = 22 =.

= e1e1 + 21 4 e2e2. (22) r =1 4r 4 4r Для эффектов третьего порядка кинемати Из второго граничного условия в (18) нахо ческая гипотеза при осевой симметрии прини дим lim f2 = 0, откуда a22 = 0.

мает вид R = g ( r ) e1. Из третьего уравнения r При r = 1 из (22) находим a21 = 3. Квадра- 16 a31r 4 3r 2 + 8 g (r ) = (10) определяем, где 16 r тичное решение принимает вид 3 ( r 1) a31 – постоянная и третье слагаемое разложе S 3r 2 = e1e1 + ния тензора напряжений Коши (12) запишется в e2e2. (23) 4r 4 4r 4 форме:

S 4 p3 ( r,, z ) r 4a31r + 3 (1 + ) r 2 4 4 p3 ( r,, z ) r 4 + 4a31r 2 + 6 4 = e1e1 + e2e2. (24) 2r 6 2r Из уравнения равновесия (14) для эффектов Точное решение третьего порядка, находим гидростатическую Используя полуобратный метод, положим, функцию что радиус-вектор точек в текущей конфигура 48a32 r 6 9 ( 4 + 1) r 2 + 8 + 40 ции задается выражением с произвольной фун p3 ( r,, z ) =, кцией U ( r ) :

48r где a32 – постоянная. Теперь выражение (24) R = U ( r )e1.

записывается в виде Подставив это выражение в уравнение не S 48a31r 4 27 r 2 + 16 + сжимаемости (2) и решив последнее, получим:

= e1e1 + 24r 6 R = r 2 + t e1, (26) 48a31r 4 + 9r 2 + 8 + 40 где t – параметр нагружения. Уравнение ин + e2e 2.

тегрируемости выполняется тождественно, а 24r уравнения равновесия (3) запишутся в форме:

Из граничного условия (18) для эффектов q третьего порядка находим lim f3 = 0, откуда q =0, = 0, r z 11 ( ) a32 = 0. При r = 1 из (24) получим a31 = q t r ( r + t ) + ( 8r + 8r t + 3t ) 2 2 2 4 2 =.

r 3 ( r 6 + 3r 4t + 3r 2t 2 + t 3 ) и решение для третьего порядка принимает вид: r S ( 8 11) r + 27 r 16 4 = e1e1 Решая последнее уравнение с учетом усло 24r вия S11 r =1 = 0, находим функцию гидростати ( 8 11) r 4 + 9r 2 8 40 e e ческого давления 2 2.

24r 6 r2 + t q = ( 1) ln 2 ( 1) ln ( t + 1) + Третье слагаемое в разложении коэффици r ента концентрации есть 2 ( t + 1) (1 t 2 ) ( 1) ( t 2 + 2t ) 5 + S k3 = =. + 8 ( t + 1) 12 r = Таким образом, разложение по малому па 2 ( 1) r 4 + (11 2 ) t 2 r 2 + 6t раметру = p.

коэффициента концентрации 8r 2 ( r 2 + t ) k = k1 + k 2 + k 3 2 запишется в форме Тогда коэффициент концентрации k выра 1 p ( 5 + 16 ) p жается параметрически через = p / с t в k =2+ +. (25) 2 12 качестве параметра:

118 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 4t ( t + 2 ) ( t 2 + t + 1) k =, 2 (1 )( t + 1) ln ( t + 1) + t ( 2t 2 + 3t + 2 ) + 2t ( t + 1) (1) t ( 2t 2 + 3t + 2 ) p 1 t = (1 ) ln ( t + 1) + +.

2 ( t + 1) 4 ( t + 1) Разложение по малому параметру = p / с ростом внешней нагрузки. При p / = 0.7 по коэффициента концентрации выражения (1) за- правка к линейному решению достигает 25 %.

1 p ( 5 + 16 ) p БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК пишется в виде k = 2 + +.

2 12 1. Signorini A. Transformazioni termoelastiche finite. // Mem. 1a. Ann. di Mat. (4), 1943. V. 22. P. 33-143.

Таким образом, видим, что разложение точ 2. Signorini A. Transformazioni termoelastiche finite. // ного решения по малому параметру совпадает с Mem. 2a. Ann. di Mat. (4), 1949. V. 30. P. 1-72.

решением, полученным в рамках инженерной 3. Лурье А. И. Нелинейная теория упругости. М.:

теории третьего порядка. В отличие от класси- Наука, 1980. 512 с.

4. Rivlin R. S, and Saunders D. W. Large elastic deforma ческого результата линейной теории упругости, tions of isotropic materials. V11. Experiments on the deforma в которой коэффициент концентрации посто- tion of rubber. /Trans. Roy. Soc. London. 1951, Ser. A, янен ( k = 2 ), в нелинейном решении он растет No.865. P. 243, 251-288.

УДК 681.515. П. В. Мишта, П. Г. Бызов, Е. В. Васильева ПРИМЕНЕНИЕ РЕГУЛЯТОРОВ В АСУТП.

ВЫБОР МЕТОДИКИ НАСТРОЙКИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ Волгоградский государственный технический университет В статье представлены наиболее распространенные методы расчета и настройки регуляторов, приме няемых в химической и нефтяной промышленности. Рассматриваются достоинства и возможности приме нения автоматической настройки и адаптивных алгоритмов управления в системах контроля и регулирова ния параметров технологического процесса.

Ключевые слова: регулятор, методы настройки параметров, АСУТП в химической промышленности, оценка качества систем, автоматическая настройка, адаптивные алгоритмы управления в системах контроля и регулирования.

P. V. Mishta, P. G. Byzov, H. V. Vasileva APPLICATION OF REGULATORS IN INDUSTRIAL PROCESS CONTROL SYSTEM.

CHOICE OF SETTINGS AND DEVELOPMENT PROSPECT Volgograd state technical university This article presents the most widespread methods of calculation and setting of regulators, which applied in chemical and a petroleum industry. Also in this paper, have been considered advantages and possibilities of applica tion automatic adjustments and adaptive algorithms of management in monitoring and control systems of techno logical parameters in manufacture process.

Keywords: Regulator, methods of adjustment of parameters, processing control systems in the chemical indus try, an estimation of quality of systems, automatic adjustment, adaptive algorithms of management in monitoring systems and regulation.

С момента применения в технологическом Крупномасштабное внедрение автоматизи комплексе предприятий программируемых ло рованных систем управления технологически гических контроллеров, микропроцессорных ми процессами (АСУТП) в химической и неф систем, и многих других устройств цифровой тяной промышленности, связано с использо техники, необходимых для создания быстро ванием современных измерительных систем, а так же средств контроля и регулирования. действующих и высокоточных систем автома ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ тизированного управления, одной из наиболее чительное ослабление влияния внешних воз приоритетных задач автоматизации стало обес- мущений и многих других.

Согласно теории автоматического управле печение надежного и качественного регулиро ния, для описания переходного процесса (рису вания [1].

нок 1) и оценки качества регулирования в це Актуальность исследования регуляторов со лом, в замкнутой системе управления с регуля стоит в том, что традиционно основные качест тором используют ступенчатое входное воздей венные показатели любой системы автоматиче ствие и ряд критериев, таких как:

ского управления формулируются исходя из • статическая ошибка ео, как постоянная требований к форме реакции замкнутой систе ошибка в установившемся режиме;

мы на ступенчатое изменение уставки (задаю • время регулирования (установления) Тe с щего воздействия), но такой критерий весьма заданной погрешностью es (время, по исте ограничен. В частности, он не учитывает влия чении которого погрешность регулирования не ние внешних возмущений и шумов, возникших превышает значения es;

обычно es составляет при измерении, что может дать ошибочное 1 %, 2 % или 5 % – соответственно время уста представление о системе в целом. Именно по новления обозначают T0,01, T0,02, T0,05);

этому для полного описания автоматической • перерегулирование emax, как превышение системы с регулятором нужен ряд дополни первого выброса над установившимся зна тельных показателей качества.

чением переменной, обычно выражается в про В общем случае, выбор показателей каче центах от установившегося значения;

время на ства должен осуществляться, исходя из смысла растания Tr, то есть интервал времени, в тече решаемой задачи управления. Выбор критерия ние которого выходная переменная нарастает качества регулирования зависит от цели при- от 10 до 90% от своего менения или от типа самого регулятора. • установившегося значения;

период зату В автоматических системах управления ре- хающих колебаний Tc, гуляторы, как правило, применяются для: под- (расстояние между двумя соседними макси держания постоянного значения параметра мумами переходной характеристики).

(температуры, расхода и др.);

слежения за из- Кроме того, используются:

менением уставки или программного управле- • максимум ошибки регулирования:

ния и т. д. При этом, для определенной задачи e max = max e(t) (1) наиболее важными факторами являются: форма 0 t • интегрированная абсолютная ошибка (ин отклика на внешние возмущения и сигналы за тегральный критерий качества):

дающего воздействия;

экономия энергии в управляемой системе;

минимизация внешних J = e(t) dt (2) возмущений и шумов [1].

Среди различных типов регуляторов наибо- • квадратичный интегральный критерий:

лее востребованными и перспективным для нефтехимической промышленности, являются J 2 = e(t) 2 dt (3) пропорционально–интегрально–дифференциаль ные регуляторы или ПИД-регуляторы, которые • декремент затухания:

являются универсальными, и позволяют реали a зовать различные законы регулирования. Кроме d= (4) b того, параметры ПИД-регуляторов, в общем случае, являются наилучшими для слежения за изменением входной величины, хотя могут и отличаться от параметров, обеспечивающих достаточное ослабление влияния внешних воз мущений.

Точное слежение за изменением уставки необходимо в системах управления движением, в робототехнике;

в системах управления техно логическими процессами химической промыш ленности, где задание обычно остается дли тельное время без изменений и требуется зна- Рис. 1. Переходная характеристика 120 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Стоит отметить, что использование прямых та работы данного типа регуляторов, теорети и интегральных оценок качества при расчете ческого анализа и численных экспериментов.

регуляторов является наиболее удобным, так не Они сводятся к следующему:

требует использования методов подбора и по- увеличение пропорционального коэффици строений графиков функций, как в случае с ис- ента увеличивает быстродействие, но снижает пользование частотных критериев. Кроме того, запас устойчивости;

приведенные критерии могут быть применимы • с уменьшением интегральной составля как для оценки реакции системы на изменение ющей, ошибка регулирования с течением вре задающего воздействия, так и на воздействие мени уменьшается быстрее;

внешних возмущений и шумов измерений. • уменьшение постоянной интегрирования Качество системы управления с использо- уменьшает запас устойчивости;

ванием регуляторов напрямую зависит от точ- • увеличение дифференциальной составля ности расчета его параметров. Именно поэтому ющей увеличивает запас устойчивости и быст при определении проектировании и расчете родействие.

систем автоматического контроля следует уде- Применение правил, возможно только пос лить отдельное внимание способу вычисления ле предварительной настройки регулятора по настроек устройств регулирования [1]. формулам. Это связано с тем, что попытки на Впервые методику расчета параметров ре- строить регулятор, без начального приближен гуляторов предложили Зиглер и Никольс еще в ного расчета коэффициентов, могут быть без 1942 году. В настоящее время для устройств и успешными [2].

систем регулирования существует множество бо- Таким образом, сформулированные правила лее точных методов определения параметров. подстройки регуляторов справедливы только в Рассмотрим и проанализируем некоторые из них. окрестности оптимальных настроек. В против Все аналитические методы настройки регу- ном случае, эффекты от изменения параметров ляторов основаны на аппроксимации динамики могут быть негативными.

объекта моделью первого или второго порядка с Рассматривая численные методы оптимиза учетом соответствующей задержки. Причиной ции для настройки параметров регуляторов, этого является громоздкость, а иногда и невоз- в частности ПИД-регулятора, необходимо от можность, аналитического решения полученной метить простату определения начальной функ системы уравнений. Именно поэтому данные ции. А именно, выбирается критерий миними методы являются мало применимыми к исполь- зации, которым может быть один из показате зованию с моделями более высокого порядка. лей качества (критерии качества во временной В последние годы в связи с появлением области или частотные критерии качества) или контроллеров и персональных компьютеров комплексный критерий, составленный из не получили распространение численные методы скольких показателей, далее к критерию добав оптимизации, которые являются гибким инст- ляются ограничения, накладываемые требова рументом для оптимальной настройки парамет- ниями процесса.

ров регулятора для моделей любой сложности и Таким путем получается критериальная легко учитывают нелинейности объекта управ- функция, строго зависящая от параметров регу ления и требования к системе в целом. лятора. Дальнейшее применение численных ме Многие исследователи систем регулирова- тодов минимизации критериальной функции и ния считают, что расчет параметров по форму- позволяет определить искомые настройки регу лам не может дать оптимальной настройки ре- лятора [3].

гулятора, поскольку полученные математиче- Методы численной оптимизации имеют сле ские результаты основываются на упрощенных дующие достоинства:

моделях объектов [2]. В частности, в них не • получение оптимальных значений пара учитывается всегда присутствующая нелиней- метров, не требующих подстройки;

ность, а значит, определяемые параметры со- • не требуют упрощения модели объекта;

держат некоторой погрешностью. Поэтому по- • позволяют избежать процедуры подстрой сле расчета настроек регулятора требуется сде- ки параметров.

лать его подстройку. Однако главным недостатком данного под Подстройку, обычно, выполняют на основе хода является длительность процесса поиска правил, полученных из эксплуатационного опы- минимума, который являются предметом мно ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ может и не дать требуемого качества регулиро гих научных исследований в области автома вания по причинам, не зависящим от качества тизации.

заложенных в него алгоритмов [4]. Например, Современное направление развития регуля объект управления может быть плохо спроек торов связано с разработкой методов, позво тирован (существуют зависимые контуры регу ляющих снизить затраты человеческого труда лирования;

высокий порядок объекта);

датчики при настройке и обслуживание, то есть вклю могут иметь плохой контакт с объектом;

уро чить в систему возможности автоматической вень помех в канале измерения выше допусти настройки и адаптации.

мого;

высокая инерционность источника вход Несмотря на то, что многие методы разра ного воздействия. Именно поэтому, прежде чем ботки адаптивных регуляторов, используемых в начинать автоматическую настройку, нужно настоящее время, были предложены еще в 60-х убедиться в отсутствии перечисленных про годах XX века [3], в промышленных контрол блем. Например, если вследствие износа меха лерах адаптивная техника начала использовать нической системы появился непредусмотрен ся только с середины 80-х. Что связано с тех ный проектом гистерезис и система перейдет в нической сложностью реализации адаптивных режиме колебаний, подстройка регулятора мо алгоритмов на элементной базе, которая суще жет не дать желаемого результата, пока не уст ствовала до появления микроконтроллеров.

ранена причина проблемы. Структурная схема Настройка современных цифровых регуля самонастраивающейся системы приведена на торов может выполняться вручную или автома рис. 2.

тически. Автоматическая настройка может вы полняться полностью автоматически или по требованию, когда человек является инициато ром. Полностью автоматическая настройка срабатывает при наступлении заранее заданно го условия (например, при изменении нагрузки;

при изменении внешних воздействий) или в ус тановленный момент времени.

Автоматическая настройка, инициируемая без участия человека, называется адаптацией. Рис. 2. Структура системы с автоматической настройкой:

Иногда термин «адаптация» трактуют более R – регулятор;

Р – объект регулирования;

К0, Ti, Td – изменяемые настройки регулятора;

r – задаваемое воздействие (уставка);

u – широко, как приспособление регулятора к ре- входной параметр объекта регулирования;

y – выходная величина альному объекту на стадии ввода системы в эксплуатацию [4]. Основным этапом автоматической настрой Все виды автоматической настройки ис- ки и адаптации является идентификация моде пользуют три принципиальных этапа: иденти- ли объекта, которая выполняется в автоматиче фикация, расчёт параметров, оптимизация на- ском режиме. Процесс идентификации объекта строек регулятора. управления является принципиально важным, Оптимизация настройки, включающая в себя так как внезапное изменение свойств и пара введение параметров с последующей их коррек- метров объекта могут привести к сбоям в сис цией (подстройкой), необходима, так как методы теме регулирования. Именно поэтому для вы расчета параметров регулятора не учитывают полнения качественного регулирования, в том нелинейности объекта, а идентификация объекта числе после автоматической настройки ПИД выполняется с некоторым упрощением. регулятора, необходимы знания о динамиче Подстройка регулятора может быть поиско- ском поведении объекта управления.

вой (без идентификации объекта, путем поиска В теории автоматического управления, оптимальных параметров) и беспоисковой идентификацией принято называть процесс по (с идентификацией). Поисковая идентификация лучения математического описания объекта на базируется обычно на правилах настройки ре- основе выходных сигналов, при заданном или изменяемом входном воздействии.

гуляторов, рассмотренных выше, или на итера Идентификация может быть структурной, ционных методах поиска минимума критери когда ищется структура математической моде альной функции.

ли объекта, или параметрической, когда для из Важно подчеркнуть, что, несмотря на нали вестной структуры находят величины парамет чие автоматической подстройки, контроллер 122 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ров, входящих в дифференциальные уравнения лает невозможным простой аналитический рас описываемой модели. Результатом идентифи- чет параметров регулятора на основании пара кации является импульсная или переходная метров модели. Для сложных моделей качество функция объекта, а также соответствующие им регулирования ограничивается не точностью фазовые и частотные характеристики. Полу- модели, а возможностями самого регулятора.

ченные результаты могут быть непосредствен- Таким образом, с учетом того, что выбор но использованы для определения параметров критериев качества регулирования должен ис регулятора [5]. ходить из смысла решаемой задачи управления, На сегодняшний день, теория расчета и на- при определение параметров настройки регуля стройки регуляторов хорошо развита для ли- тора необходимо учитывать реакцию системы нейных объектов управления. Однако практи- не только на изменение задающего воздействия чески все реальные объекты имеют нелиней- (уставки), но и на внешние возмущения.

ность вида: «ограничение управляющего воз- Автоматическая настройка и возможность действия», которое может быть связано: с адаптации регулирующих устройств, на сего ограниченной мощностью нагревателя при ре- дняшний день, являются наиболее актуальными гулировании тепловых процессов;

с ограниче- задачами управления при построении совре нием площади сечения клапана;

с ограничени- менных систем регулирования. Несмотря на ем скорости потока жидкости и т. п. достаточное количество конструкционных ре Модели, применяемые для нелинейных про- шений, проблемы связанные с качеством на цессов и при повышенных требованиях к каче- стройки регуляторов остаются нерешенными.

ству регулирования, являются более сложными, Причиной тому служат влияние нелинейностей и разрабатываются с индивидуальной структу- объекта управления и трудноустранимые внеш рой, основываясь на физике технологических ние возмущений, возникающие в процессе процессов, протекающих в объекте управления, идентификации [5].

что, несомненно, является предметом отдель- На этом фоне, ручная настройка (без накоп ного рассмотрения и исследования. ленного эксплуатационного опыта) и правила Стоит отметить, что метод аппроксимации подстройки параметров отходят на второй применим для многих технологических процес- план, так как не позволяют обеспечить желае сов, изменяющихся во времени (рис. 3). Полу- мое качество системы в течении длительного ченные таким образом параметры управления: промежутка времени.

постоянная времени (Т) и величина задержки Методы автоматической настройки с при (L), в довольно точно отражают параметры менением компьютерной техники, временно объекта [5]. включённой в контур регулирования, позволя ют не только ускорить расчеты настроек регу ляторов, но и производить вычисление под строечных параметров в динамическом режиме, что немало важно для проведения и исследова ния длительных технологических. Благодаря большой мощности процессоров и отсутствию ограничений на объем информации, посту пающей в вычислительные программы связан ные с цифровыми регуляторами, адаптивные программно-цифровые системы и системы с автоматической настройкой являются наиболее эффективными средствами построения совре менных систем управления технологическими Рис. 3. Аппроксимация динамической системы процессами в химической промышленности.

Подводя итог, стоит отметить, что структу БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ра регулятора, согласно теории автоматическо 1. Ким, Д. П. Теория автоматического управления.

го управления, выбирается исходя из модели В 2 т. Т. 1. Линейные системы / Д. П. Ким. – М.: Физматлит, технологического объекта. При этом более 2003. 288 с.

сложным объектам управления соответствуют 2. Ефитов, Г. Л. АСУТП на химическом предприятии / более сложные математические модели, что де- Г. Л. Ефитов, С. Б. Артемьев. – М. : Химия, 1990. – 159 с.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ мов [ и др.]. – Тамбов : ТГТУ, 2004. – 330 с.

3. Клюев, А. С. Синтез быстродействующих регулято 5. Денисенко, В.В. ПИД-регуляторы: принципы по ров для объектов с запаздыванием / А. С. Клюев. В. С. Кар строения и модификации / В. В. Денисенко // Современ пов. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 175 с.

ные технологии автоматизации. – 2006. – № 4. – С. 66 – 74.

4. Специальные разделы теории управления. Оптималь ное управление динамическими системами. / Ю. Ю. Гро УДК 535.135:542. С. О. Зубович СИММЕТРИЧНОЕ ТЕЧЕНИЕ ТЯЖЕЛОЙ ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ШВЕДОВА-БИНГАМА В ЗАЗОРЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛКОВ Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета Составлена математическая модель процесса течения вязкопластической среды Шведова-Бингама в за зоре вращающихся валков, учитывающая влияние гравитационных сил. Течение материала сверху вниз.

Вальцевание симметричное. Перерабатываемый материал прилипает к поверхности валков. Реологические свойства среды не зависят от температуры. Найдены функции тока жидкости. Для валка единичной длины найдены интегральные параметры: сила трения, величина распорного усилия, технологическая мощность процесса. Обнаружен эффект разряжения на выходе из валков.

Ключевые слова: нестационарное течение, тяжелая вязкая жидкость, вертикальный зазор, вращающиеся валки.

S. O. Zubovich THE SYMMETRIC FLOW OF HEAVY VISCOUSLY PLASTIC SHVEDOV-BINGAM'S MEDIUIMS IN THE GAP OF ROTATING ROLLS The Volghsky polytechnical institute (branch) of the Volgograd state technical university The mathematical model of process viscous plastic Shvedov-Bingam medium in the gap of rotating rolls, taking into account effect of gravity forces is made. The material flow from above to downwards. Roll milling is symmet ric. The manufactured material adheres to a surface of rolls. Rheological behavior of medium do not depend on tem perature. Functions of liquid’s flow are found. For the roll simple length integrated parameters are found: frictional force, size of a separating force, technological power of process. The effect of uncompression on escaping of rolls detected.

Keywords: a non-steady-state flow, a heavy viscous fluid, the vertical positive allowance, twirled rolls.

а текущий 2h. Текущая толщина квазитвердого Задача связана с течением маловязкой жид ядра 2h0. Полагаем, что валки имеют достаточ кой среды, подчиняющейся закону Шведова Бингама, в зазоре вращающихся с одинаковой угловой скоростью валков. Подробный обзор работ, посвященных течению вязкопластиче ских жидкостей в валковом зазоре, дан в ра ботах [1–4].

Цель работы построение математической модели и определение основных характеристик течения вязкопластической среды Шведова Бингама в зазоре вращающихся валков с уче том сил собственного веса жидкости.

Схема течения и система координат пред ставлены на рис. 1. Начало декартовой систе мы координат помещено в середине сечения ми нимального зазора. Ось у направлена горизон тально, ось x – вертикально вниз. Уровень жид кости x = x0 постоянен. Объемный расход жид- Рис. 1. Схема течения вязкопластической среды в верти кальном межвалковом зазоре:

кости G. Окружная скорость валков V, их ради 1 – валки;

2 – жидкость;

3, 4 – первая (противотока) и вторая ус R. Минимальный зазор между валками 2H0, (прямотока) зоны градиентного течения;

5 – квазитвердое ядро 124 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ную длину, пренебрегая тем самым течением В произвольном поперечном сечении дол материала вдоль валков (задача квазиплоская). жно выполняться граничное условие прилипа Окружные скорости валков одинаковы (задача ния среды к поверхности валка, а также усло симметричная), но малы и силы инерции не вие текучести Генки-Мизеса и непрерывности учитываем. Физические свойства жидкости не скорости на границе квазитвердого ядра.

зависят от температуры и давления. Величина Таким образом, уравнения (1) следует до минимального межвалкового зазора мала по полнить следующими граничными условиями:

сравнению с радиусом кривизны валков входное сечение (2H0 R). Давление изменяется по длине зоны x = x0, p = 0, (2) течения (p/y = 0). Среда описывается реоло первая зона (противотока) гической моделью Шведова-Бингама ( = 0 + x0 x xm:

+ (x/y)). Направление течения сверху-вниз.

С учетом принятых допущений течение опи- условие прилипания сывается системой дифференциальных уравне y = h, x = V, (3) ний движения (включая гравитационный член), на границе ядра неразрывности и реологического состояния:

y = h0, = 0, xy= 0, x = 0, (4) dp xy h G = 2 x dy, = + g, стык зон dx y x = xm, x = V, h0 = h, (5) xy 0, = 0, вторая зона (прямотока) (1) xy = s 0 +, xy 0, xm x x1:

условие прилипания где = x/y – скорость сдвига, – плотность y = h, x = V, (6) среды, g – ускорение свободного падения, G – расход жидкости, x – продольная компонента на границе ядра скорости.

y = h0, = 0, xy= 0, x = 0, (7) По характеру изменения градиента давле ния и скорости в зонах пластического течения выходное сечение всю область течения можно разбить на две зо x = x1, p = 0, x = V, xy(y=h)= 0, (8) ны (см. рис. 1):

В первой x0 x xm градиент давления по- условие симметричности ложителен (dp/dx 0). При этом в зоне вязко- x0 x x1, y = 0, = 0, xy = 0. (9) пластического течения (h0 y h) осевая ско В результате решения задачи получены рость квазитвердого ядра меньше окружной следующие выражения. Распределение скоро скорости поверхности валков (x/y 0). Ус сти в зонах градиентного течения:

ловно назовем ее зоной противотока.

s y 2 h 2 Во второй xm x x1 градиент давления от = 0 y + h + V. (10) рицателен (dp/dx 0). В зоне вязкопластическо- x 2h го течения (h0 y h) скорость квазитвердого ядра превышает скорость валков (x/y 0). Здесь и ниже знак s указывает на принад Назовем ее зоной прямотока. лежность выражения к первой (s = +1) или вто На стыке зон (x = xm, h0 = h) осевая скорость рой зоне (s = –1).

квазитвердого ядра равна окружной скорости Осевая скорость квазитвердого ядра 0 на валков (x = V), а эпюра давления в общем ходится из условий (4), (7):

случае (0 0) имеет излом ( dp / dx x = x 0 s0 ( h0 h ) 0 = +V.

m (11) dp / dx x = x ). В выходном сечении x = x1 ква- 2h m + Расход жидкости G в уравнении (1) склады зитвердое ядро соприкасается с поверхностями вается из осевого расхода квазитвердого ядра и валков (h0 = h) и осевая скорость однородна по расхода в зонах вязкопластического течения.

сечению (x = V). На входе (x = x0) и выходе Выполнив интегрирование с учетом выражений (x = x1) давление равно атмосферному и без (10) и (11), имеем:

снижения общности полагаем p = 0.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ s 0 ский Оргсинтез” для сушки изобутилового ( h h0 ) ( h02 + hh0 2h2 ). (12) G = 2Vh + ксантогената калия (R = 0,6 м, H0 = 10-3 м). Ус 3h ловия течения пасты следующие: n = 4 об/мин;

0 = 4 Па;

= 0,026 Па·с;

= 965 кг/м3. При этом Для удобства дальнейшего анализа матема тической модели введем безразмерные пара- V = 0,251 м/с;

Re = 0,007;

S = 0,306;

St = 0,362.

метры и переменные: Следовательно, в уравнении сохранения им { x, x0, xm, x1}, пульса в (1) необходимо учитывать силы собст gH {, 0, m, } = St =, венного веса и можно игнорировать силы V 2 RH 0 инерции.

Для поверхности валка принимаем пара H G q=, S= 0 0, болическое приближение [5]:

V VH h = H0(1 + 2). (14) h0 ( x ) pH, ( ) = La =, (13) Для анализа поля скоростей можно исполь h( x) V 2 RH 0 зовать функцию тока, определяемую соотно где q – безразмерный расход, 2 – безразмерная шениями x = /y, y = /x.

текущая толщина квазитвердого ядра, – пла- В области квазитвердого ядра (y h0) функ стическая вязкость, – безразмерная перемен- ция тока, с учетом условия y = 0, = 0:

ная Гаскела, 0, m, – безразмерные координа = 0y. (15) ты входа, точки максимума и выхода из зазора, – плотность жидкости, 0 – предельное на- На границе ядра (y = h0) функция тока:

пряжение сдвига, La, S, St – безразмерные чис = 0h0. (16) ла Лагранжа, Ильюшина, Стокса.

В зонах градиентного течения (y h0), с В качестве модельного объекта выбрана учетом условия y = h0, = 0h0:

валковая сушилка, работающая на ОАО “Волж s 0 ( y h0 ) h ( y h0 ) 3 3 h0 ( y h0 ) + h ( y h0 ) + V ( y h0 ).

= 0 h0 + (17) 6 h0 2 h0 При определенных условиях организации В выходном сечении =, = 1 и в соот ветствии с выражением (19) q = 2(1 + 2), а из течения возможно возникновение циркуляции жидкости во входной области. Условие цирку- уравнения (20) следует граничное значение гра ляции жидкости на входе определяется по дви- диента давления dLa/d = St – S/(1+2). С другой жению ядра. Применяя условие s = +1, y = 0, стороны, в сечении = m квазитвердое ядро x = x0, 0 0 к выражению (11) и учитывая обо- также касается поверхностей валков ( = 1) и значения (13) получим неравенство, показы- согласно (11) скорость ядра 0 = V. При этом вающее, что циркуляция имеет место, если для для расхода из (19) имеем q = 2(1 + m2). Сопос координаты входа выполняется условие:

тавляя выражения расхода в сечениях = и 0 2 S 1 1 ( 0 ) 1.

(18) = m, получим m = -. Зона прямотока сим метрична относительно сечения минималь-ного Соответственно, величина, определяемая вы зазора.

ражением t2 = 2 S 1 1 ( 0 ) 1 характери Решение уравнений (19), (20) с учетом гра зует координату точки остановки течения. ничного условия (8) и равенства s = -sign( + ) Для определения функции (), перепишем можно представить в интегральной форме:

выражение (12) с учетом переменных (13), (14): sign ( + ) La = St ( ) S ( 3 3 2 ) 1 + 2 2. (19) d, (1 + 2 ) q = 2 (1 + 2 ) + sS () + Кубическое относительно уравнение (19) = 2r cos, = arccos 3, 3 r описывает распределение безразмерной ширины квазитвердого ядра по длине зоны течения. 2 2 Соответственно уравнение для давления (1) r =, = 1. (21) S (1 + 2 ) в безразмерных переменных (13) примет вид:

dLa sS = St + Здесь функция (), как решение кубическо. (20) (1 + 2 ) d го уравнения (19), найдена для отрицательного 126 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ входа = 0, La = 0 не выполняется. Во всей об ласти течения давление вакуумметрическое.

Практически реализовать этот режим можно либо создавая пониженное давление над по верхностью жидкости на входе (при = 0), ли бо создавая избыточное давление на выходе – в сечении =. Проявляется наносной эффект валков, обусловленный силами вязкого трения среды, который положен в основу работы, на пример, валкового экструдера [4], а также име ет место в процессе нанесения покрытия на Рис. 2. Распределения градиента давления dLa/d (штрих твердую металлическую ленту [6].

пунктирная линия) и безразмерного давления La (сплош Таким образом, в зависимости от соот ная) по длине зоны течения при St = 8.309. Штриховые ли ношения параметров St, B = S/(1 + 2) и можно нии – функции St ± B выделить три режима валкового течения, ус значения дискриминанта (он всегда отрицате- ловно названные легким (St B), средним лен). Координата входного сечения 0 опреде- (B St St*) и тяжелым (St St*).

ляется из интегрального уравнения (21) с уче- Переходу от среднего режима к тяжелому том условия (2). соответствует критическое значение числа Сто Течение вязкопластической жидкости воз- кса St*. Оно определяется из уравнений (20), можно если градиент давления отвечает одному (21) с учетом условия: = 0, dLa/d = 0.

из условий: dLa/d +B на интервале 0 -, Анализ может быть распространен и на dLa/d -B на интервале –. Если случай St 0, который имел бы место если в dLa/d B, то = 1, квазитвердое ядро зани- схеме рис. 1 направление вращения валков из мает весь зазор и течение не возможно. В сече- менить на противоположное, а материал пода нии = - функция dLa/d терпит разрыв, а вать снизу. В частности, следует ожидать сме эпюра давления имеет излом. В случае вязкой щения координаты максимума давления к об жидкости S = 0 и B = 0 излом эпюры давления ласти входа.

(или скачок градиента давления) отсутствует. Математическая модель позволяет опреде В выходном сечении = градиент давления не лить характерные диапазоны скоростей и на равен нулю и используется условие остановки пряжений сдвига, необходимые при определе течения вязкопластической жидкости dLa/d = нии реологических констант. Наименьшее ка =–B. На участке функция dLa/d сим- сательное напряжение и скорость сдвига имеют метрична относительно вертикальной линии место на оси течения y = 0, int(xy) = 0, int() = 0.

= 0. Соответственно, наибольшее касательное на При незначительном влиянии сил собствен- пряжение sup(xy) и скорость сдвига sup() ного веса St B. Распределение давления каче- имеют место в точках x = 0, y = ±H0 (или = 0, ственно мало отличается от первого случая: на = ±h0/H0). Используя уравнение состояния из участке 0 –, dLa/d St + B, а на участке (1), с учетом выражений (13), (14), (20), (21),, dLa/d St – B. можем записать:

Схема для случая St B показана на рис. 2. 1 sup ( ) = 0 * 1, sup ( xy ) = 0, (22) Видно, что на участке, функция La име * ет два экстремума, расположенных симметрич где * определяется согласно уравнению (21).

но относительно сечения минимального зазора Для валка единичной длины сила трения F = 0. Причем, минимум в окрестности = и распорное усилие T:

предполагает разряжение La 0. В ньютонов d ском случае (S = 0) или без учета силы тяжести x F = xy dx = 0 2 RH 0, (St = 0) отмеченный эффект исчезает. Макси- x0 y =h мум давления из точки = - смещается к вы- x T = Pdx = ходному сечению. x При значительном влиянии сил тяжести S ( sign ( + ) ) 2VR градиент давления на всем участке течения по 0 St + (1 + 2 ) d. (23) = ложителен и граничное условие (2) для сечения H0 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ской технологии): межвуз. сб. науч. ст. – №11(37) / Вол Технологическая мощность процесса, отне гГТУ. – Волгоград, 2007. – С. 37 - 40.

сенная к единице рабочей длины валка, равна 3. Клинков А.С., Соколов М.В., Кочетов В.И. Автома N=2VF. тизированное проектирование валковых машин для пере работки полимерных материалов. – М.: Издательство ма БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК шиностроение - 1, 2005. – С. 5–17.

4. Скробин Ю.Б., Тябин Н.В. Основы расчетов реоло 1. Зубович С.О., Шаповалов В.М. Влияние гравита гических процессов течения полимерных систем в рабо ционных сил на течение среды Шведова-Бингама в валко чих органах валковых машин. Часть 1. Учебное пособие.

вой сушилке. // Химия и химическая технология. Известия Изд-во ВПИ. Волгоград, 1981. С. 3359.

высших учебных заведений. – 2006. – Т.49. – №6. – С. 59-61.

5. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. М.: Хи 2. Зубович С.О., Шаповалов В.М. Математическая мия. 1965. с. 230.

модель течения тяжелых вязкопластических сред в зазоре 6. Буевич Ю.А., Розенталь О.М. // Инженерно-физич.

вращающихся валков (постановка задачи). // Известия журн. – 1987. – Т53. – №1. – С. 26-31.

ВолгГТУ (сер. Реология, процессы и аппараты химиче УДК 681.515.8:004УДК 681.515.8:004.032. П. В. Мишта, П. Г. Бызов НЕЙРОННЫЕ СЕТИ. ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ РЕГУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В АСУТП Волгоградский государственный технический университет В статье рассматриваются возможности применения нейронных систем в структуре регуляторов, ис пользуемых в комплексе АСУТП химических и нефтяных производств. Анализируются основные преиму щества и недостатки нейросетевых устройств.

Ключевые слова: нейронные сети, регулятор, АСУТП в химической промышленности, структурная схе ма нейронных регулирующих устройств, преимущества и недостатки нейросетевых устройств.

P. V. Mishta, P. G. Byzov NEURAL NETWORKS. A PERSPECTIVE DIRECTION OF DEVELOPMENT REGULATING DEVICES IN PROCESS CONTROL SYSTEM Volgograd state technical university This article considers possibilities of application of neural systems in structure of the regulators, which used in industrial complexes of processing control systems in chemical and oil manufactures. Also in this paper, have been analyzed a basic advantages and lacks of neural devices.

Keywords: Neural networks, regulator, processing control systems in the chemical industry, block scheme of neural regulating devices, advantages and lacks neural devices.

В настоящий момент, нечеткое управление Согласно теории автоматического управ в системах контроля и регулирования парамет ления (ТАУ), регулирование технологическим ры, в промышленном комплексе химических и объектом – это процесс воздействия на него с нефтяных производств, является одной из са целью обеспечения требуемого течения про мых активных и результативных областей ис цессов в объекте или требуемого изменения со следований применения теории нечетких мно стояния. При чем, основой управления является жеств. Нейронные сети, построенные на основе процесс получения и обработки информации о применения данных алгоритмов управления, состоянии объекта и внешних условиях его ра оказывается особенно полезным, когда техно боты, используемый для определения регули логические процессы являются слишком слож рующих воздействий, которые обеспечат тре ными для анализа с помощью общепринятых буемое качество управления.

количественных методов, или когда доступные Другими словами, новые подходы к постро источники информации интерпретируются ка ению автоматизированных систем управления чественно, то есть неточно или неопределенно.

технологическими процессами (АСУТП) по Нейронные сети используются в регулято зволяют не только расширить сферу приложе рах двумя путями: для построения самого регу ния систем автоматизации за пределы приме лятора и для построения блока настройки его нимости классической теории, но и стать фун коэффициентов. Главной особенностью ней даментом к проектированию абсолютно нового ронной сети является способность к «обуче класса устройств регулирования [1].

128 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ нию», что позволяет передать нейронной сети опыт эксперта.

Регулятор с нейронной сетью похож на ре гулятор с табличным управлением на основе нечеткой теории множеств, однако отличается специальными методами настройки («обуче ния»), разработанными исключительно для нейронных сетей, а так же методами интерпо ляции данных. Рис. 1. Структура нейронной сети в блоке настройки регулятора:

Стоит отметить, что нечеткая логика и ней r – задающее воздействие;

е – ошибка регулирования;

u – управ ронные сети, на которых основаны современ- ляющее воздействие в системе;

y – выходная величина (поступа ные методы нечеткого управления процессами, ет в блок через обратную связь);

wjk и ij – весовые коэффициенты при входных переменных;

K, Ti, Td – параметры регулятора ближе по духу к человеческому мышлению, чем к традиционным логическим системам. Не достаточно точно нелинейное отображение четкая логика, в основном, обеспечивает эф множества входных сигналов во множество фективные средства отображения неопределен выходных [2]. Типовая структура системы ав ностей и неточностей реального технологиче томатического управления (САУ) с регулято ского процесса, что дает возможность системам ром и нейронной сетью в качестве блока авто управления прогнозировать и взаимодейство матической настройки показана на рис. 2.

вать с нелинейными параметрами объектов уп В данной структуре нейронная сеть NN иг равления. Таким образом, наличие математиче рает роль функционального преобразователя, ских средств отражения и описания нечеткости который для каждого набора сигналов{r, e, u, исходной информации позволяет построить y} подбирает параметры настроек регулятора:

модель любого объекта регулирования наибо K, Ti, Td.

лее адекватную действительности.

Несомненно, самой сложной частью в про В отличие от нечёткого регулятора, где экс ектировании регуляторов с нейронной сетью перт должен сформулировать правила настрой является процедура «обучения» сети. Так назы ки в лингвистических переменных, при исполь ваемая «процедура обучения» заключается в зовании нейронной сети от эксперта не требу идентификации неизвестных параметров ней ется формулировки правил – достаточно, на ронов: i, wi и b. Для этой цели используют ме стройки регулятора в процессе «обучения»

тоды градиентного поиска минимума критери нейронной сети [1].

альной функции (u) = (u* – u)2, строго завися Нейронные сети были предложены в 1943 го щей от параметров нейронов.

ду Мак-Каллоком и Питтсом как результат изу Процесс поиска является итерационным, на ка чения нервной деятельности и биологических ждой итерации находят все коэффициенты се нейронов. Искусственный нейрон представляет ти, сначала для выходного слоя нейронов, за собой функциональный блок с одним выходом тем предыдущего и так до первого слоя (метод y и n входами: x1, x2,…xn, который реализует обратного распространения ошибки) [2]. Ис в общем случае нелинейное преобразование:

пользуются также другие методы поиска мини n y = F( w i x i + b) мума, в том числе генетические алгоритмы, ме (1) i = где xi – входная переменная;

wi – весовые коэф фициенты при входных переменных;

b – посто янное смещение;

F – функция активации ней рона.

Нейронная сеть состоит из множества свя занных между собой нейронов, количество свя зей может составлять тысячи. Пример постро ения нейросетевых структур представлен на рис. 1.


Благодаря нелинейности функций актива- Рис. 2. Структура САУ с блоком автоматической настройки на основе нейронных сетей:

ции и большому количеству настраиваемых ко- NN – блок автоматической настройки;

R – регулятор;

P – объект эффициентов нейронная сеть может выполнять управления ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ ния» является основной преградой на пути ши тод моделирования отжига, метод наименьших рокого использования методов нечеткой логики квадратов.

и нейронных сетей в регуляторах. Кроме того, Процесс, так называемого «обучения ней существенным недостатком нейронных сетей ронной сети», схематично представлен на рис. 3.

являются невозможность предсказания по Разработчику системы (эксперту – аналитику) грешности регулирования по отношению к воз предоставляют возможность подстраивать па действиям, которые не входили в набор обу раметры регулятора K, Ti, Td в замкнутой сис чающих сигналов.

теме автоматического регулирования при раз Однако, у нейросетевых устройств регули личных входных воздействиях r(t).

рования имеется ряд преимуществ, которые ко Временные диаграммы переменных r*, e*, ренным образом отличают данный класс уст u*, y*, полученные в подстраиваемой экспер ройств от традиционных регуляторов. К ним том системе (рис. 3, а), записываются в архив и относятся:

затем подаются на нейронную сеть, подклю • возможность оперировать входными дан ченную к регулятору (рис. 3, б).

ными, заданными нечетко (например, непре Нейронная сеть настраивается таким обра рывно изменяющиеся во времени параметры зом, чтобы минимизировать погрешность (u) = при решении динамические задачи;

значения, (u* – u)2 между сигналом u*, полученным с которые невозможно задать однозначно, такие участием эксперта, и сигналом u, полученным в как результаты статистических опросов);

процессе «обучения» нейронной сети.

• возможность нечеткой формализации кри После выполнения процедуры «обучения»

териев оценки и сравнения;

параметры нейронной сети заносятся в блок ав • возможность проведения качественных тонастройки. В соответствии c теорией нейрон оценок, как входных данных, так и выводимых ных сетей «обученная» нейронная сеть должна результатов (возможность оперирования не вести себя так же, как и эксперт, причём даже только значениями данных, но их степенью при тех входных воздействиях, которые не бы достоверности и ее распределением);

ли включены в набор сигналов, использован • возможность проведения моделирования ных при «обучении» [3].

сложных динамических систем сравнительный Подводя итог, необходимо отметить, что анализ систем с заданной степенью точности, длительность и трудоемкость процесса «обуче оперируя принципами поведения и техниче скими требованиями.

Кроме того, при использовании нейросете вых устройств, существенно расширяется об ласть технологических задач, которые можно решить с помощью регуляторов, так как при менение нейронной сети, определяется не толь ко выбранной моделью управления системой, но и тем, как она обучается.

При работе нейронная сеть принимает зна чения входных переменных и выдает опреде ленные значения выходных величин, что мож но применять в ситуациях, когда уже имеется определенная (известная ранее) информация, и из нее требуется получить некоторые, пока не известные данные [4]. Примерами служат: про гнозирование наступления события (изменение параметров с течением времени) и анализ по лученной информации;

создание самообучаю щихся систем (или классификаторы), для ис следования критических ситуаций;

контроль параметров и управление нелинейным техноло гическим процессом;

Рис. 3. Структурная схема процесса «обучения» нейрон Исследование и разработка подобных уст ных сетей в блоке автоматической настройки:

а – система управления, подстраиваемая экспертом;

б – обучае ройств, применительно к химико-технологиче мая нейронная сеть 130 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ скому производству, позволит не только сни- ловеческого интеллекта. Именно поэтому, по зить затраты труда при наладке систем контро- строение моделей приближенных рассуждений ля и управления, но и ускорить процесс на- и использование их в цифровых системах стройки устройств регулирования. управления представляет, на сегодняшний Разработка и проектирование регуляторов, день, одну из важнейших проблем науки.

построенных на основе нейронных сетей, явля БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ется одним из перспективных направлений раз вития современной теории автоматического 1. Егупов, Н. Д. Методы робастного, нейро-нечёткого управления [4]. На основе полученных резуль- и адаптивного управления: Учебник / Н. Д. Егупов. – 2-е татов, могут быть модифицированы уже суще- изд. – М. : МГТУ им. Баумана, 2002. – 744 с.

ствующие и построены абсолютно новые уст- 2. Усков, А. А. Интеллектуальные технологии управ ления. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика / ройства регулирования, внедрение которых в А. А. Усков, А. В. Кузьмин. – М. : Горячая линия – Теле комплекс АСУТП нефтяных и химических ком, 2004. – 143 с.

производств, существенно повысит качество 3. Круглов, В. В. Нечеткая логика и искусственные управления технологическим процессом, а зна- нейронные сети / В. В. Круглов, М. И. Дли, Р. Ю. Году нов. – М. : Физматлит, 2001. 224 с.

чит и эффективность производства.

4. Ротштейн, А. П. Интеллектуальные технологии Способность принимать рациональные ре идентификации: нечеткая логика, генетические алгорит шения в обстановке неполной информации яв- мы, нейронные сети / А. П. Ротштейн. – Винница :

ляется наиболее поразительным свойством че- УНИВЕРСУМ-Винница, 1999. – 320 с.

УДК 535.135:542. С. О. Зубович АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИММЕТРИЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ ВЯЗКОПЛАСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ГЕРШЕЛЯ-БАЛКЛИ В ЗАЗОРЕ ВРАЩАЮЩИХСЯ ВАЛКОВ Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградского государственного технического университета Составлена математическая модель процесса симметричного течения вязкопластической среды Герше ля-Балкли в зазоре вращающихся валков, учитывающая влияние гравитационных сил. Течение материала сверху вниз. Перерабатываемый материал прилипает к поверхности валков. Реологические свойства среды не зависят от температуры. Найдены функции тока жидкости. Для валка единичной длины найдены инте гральные параметры: сила трения, величина распорного усилия, технологическая мощность процесса. Обна ружен эффект разряжения на выходе из валков. Проведен анализ модели.

Ключевые слова: нестационарное течение, тяжелая вязкая жидкость, вертикальный зазор.

S. O. Zubovich THE ANALYSIS OF SYMMETRIC FLOW OF HEAVY VISCOUSLY PLASTIC HERSHEL-BALKLEY'S MEDIUIMS IN THE GAP OF ROTATING ROLLS The Volghsky polytechnical institute (branch) of the Volgograd state technical university The mathematical model of process viscous plastic Shvedov-Bingam medium in the gap of rotating rolls, taking into account effect of gravity forces is made. The material flow from above to downwards. Roll milling is symmet ric. The manufactured material adheres to a surface of rolls. Rheological behavior of medium do not depend on tem perature. Functions of liquid’s flow are found. For the roll simple length integrated parameters are found: frictional force, size of a separating force, technological power of process. The effect of uncompression on escaping of rolls detected. The model study is carried out.

Keywords: a non-steady-state flow, a heavy viscous fluid, the vertical positive allowance, twirled rolls.

ных течению вязкопластических жидкостей в Рассматривается процесс течения высоко валковом зазоре, дан в работах [1–2].

наполненной суспензии, подчиняющейся зако Цель работы анализ влияния реологиче ну Гершеля-Балкли, в зазоре встречно вра щающихся валков. Частным случаем является ских свойств и гравитационных сил на характер течение вязкопластической жидкости Шведова- течения вязкопластической среды Гершеля Бингама. Подробный обзор работ, посвящен- Балкли в зазоре вращающихся валков с учетом ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ сил собственного веса жидкости. Остаются в сти в зонах градиентного течения:

x = V + силе схема течения, система координат, все обозначения, а также все допущения, принятые + 1 + sm 0 m y m h m при решении задачи валкового течения вязко + h0 1 1. (10) пластической среды Шведова-Бингама [3]. Од- m +1 h h 0 нако среда описывается реологической моде- лью Гершеля-Балкли ( = 0 + (x/y)m). Здесь и ниже знак s указывает на принад Течение описывается системой дифферен- лежность выражения к первой (s = +1) или вто циальных уравнений движения (включая грави- рой зоне (s = –1).

тационный член), неразрывности и реологиче- Осевая скорость квазитвердого ядра 0 на ского состояния: ходится из условий (4), (7):

dp xy h G = 2 x dy, = + g, + m h m sm dx y 0 = V h0 0 1. (11) m + 1 h0 = 0, xy 0, (1) Расход жидкости G в уравнении (1) склады m xy = s0 +, xy 0, вается из осевого расхода квазитвердого ядра и где = x/y – скорость сдвига, – плотность расхода в зонах вязкопластического течения.

среды, g – ускорение свободного падения, G – Выполнив интегрирование с учетом выражений расход жидкости, x – продольная компонента (10) и (11), имеем:

скорости, m – степенной коэффициент. G = 2Vh Уравнения (1) следует дополнить следую- m ( h0 m + hm + h ) + m h щими граничными условиями:

2 smh0 0 1. (12) входное сечение ( m + 1)( 2m + 1) h x = x0, p = 0, (2) Для удобства дальнейшего анализа матема тической модели введем безразмерные пара первая зона (противотока) метры и переменные:

x0 x xm:

{ x, x0, xm, x1}, m gH 0 H {, 0, m, } = St =, V условие прилипания 2 RH y = h, x = V, (3) H m G на границе ядра q=, S= 0 0, V VH y = h0, = 0, xy= 0, x = 0, (4) h0 ( x ) m pH 0 H V, ( ) = h x, стык зон La = () 2 RH 0 x = xm, x = V, h0 = h, (5) h(x) = H0(1 + 2). (13) вторая зона (прямотока) В качестве модельного объекта выбрана валковая сушилка, работающая на ОАО “Волж xm x x1:


ский Оргсинтез” для сушки изобутилового условие прилипания ксантогената калия (R = 0,6 м, H0 = 10-3 м). Ус y = h, x = V, (6) ловия течения пасты следующие: n = 4 об/мин;

0 = 4 Па;

= 0,026 Па·с;

= 965 кг/м3. При этом на границе ядра V = 0,251 м/с;

Re = 0,007;

S = 0,306;

St = 0,362.

y = h0, = 0, xy= 0, x = 0, (7) Следовательно, в уравнении сохранения им пульса в (1) необходимо учитывать силы собст выходное сечение венного веса и можно игнорировать силы инер x = x1, p = 0, x = V, xy(y=h)= 0, (8) ции.

Функция тока для модели Гершеля-Балкли условие симметричности определяется по методике, применяемой для x0 x x1, y = 0, = 0, xy = 0. (9) модели Шведова-Бингама.

В результате решения задачи получены В области квазитвердого ядра (y h0) функ следующие выражения. Распределение скоро- ция тока, имеет вид:

132 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ = 0y. = 0h0.

(14) (15) На границе ядра (y = h0) функция тока: В зонах градиентного течения (y h0):

1 +2 + y m h m smh0 0 m m 1 ( y h0 ).

= 0 h0 + V ( h h0 ) + h0 (16) m + 1 2m + 1 h0 h Циркуляция жидкости на входе имеет место при условии:

+ mh0 0 m h m V 1 0. (17) m + 1 h x = x Для определения функции (), перепишем выражение (12) с учетом переменных (13):

( ) q = 2 1 + Рис. 1. Распределение безразмерной ширины квазитвердого 1 m ( m + m + 1) + ядра по длине зоны течения при = 0.35:

2sm S ( 1 + ). (18) m = 1 (сплошная линия), m = 0.6 (мелкий пунктир), m = 1. ( m + 1)( 2m + 1) (штрих–пунктир) Соответственно уравнение для давления (1) ного коэффициента: m 0,6–0,8 для цемента;

в безразмерных переменных (13) примет вид:

m 1 для ксантогената калия, m 1,01–1,15 для sS m dLa мокрого песка).

= St +. (19) ( ) d 1 + 2 Для удобства численного анализа перейдем от интегрирования выражения (20) к решению Из совместного решения уравнений (18) и системы дифференциальных уравнений перво (19) следует, что зона прямотока симметрична го порядка для La() и () методом Рунге-Кут относительно сечения минимального зазора та. При этом отпадает необходимость искать (m = -).

корень трансцендентного уравнения (18).

При подстановке в уравнения (10)–(19) ко Преобразуем уравнение (21), связывающее эффициента m = 1, получим результаты, иден и :

тичные случаю валкового течения среды Шве ( ) F (, ) = 2 дова-Бингама [3].

Решение уравнений (18), (19) с учетом гра- 1 m ( m + m + 1) + 2sm (1 + ) S ничного условия (8) и равенства s = -sign( + ), (22) ( m + 1)( 2m + 1) можно представить в интегральной форме:

sign ( + ) и используя правило дифференцирования неяв La = St ( ) S d, (20) m ()( 1 + ) ной функции d dF (, ) / d = где (), есть решение уравнения (18)., (23) d dF (, ) / d Решение уравнения (18) ищется с учетом сле получаем дующего граничного условия: при =, = 1, тогда + 1 m m + m + 4sm(1 + )S 1 + ( m + 1)(1 + 2m ) 1 2 ( 1 + 2 ) 2sm ( 1 + ) d m S 1 = d + 1 m 2 2 m 2 + m + 2m + s (1 + ) ( m + m + 1) 2 1 + 2 = 0 S ( ). (21) ( m + 1)(1 + 2m )( 1) ( m + 1)( 2m + 1) (24) Полученное уравнение (21) является транс- Имеем систему дифференциальных уравне цендентным и его решение имеет вид = ний первого порядка (19) и (24) для функций La и. Ее необходимо дополнить граничным усло = (S,, m, ). Графический вид решения пред вием:

ставлен на рис. 1 (примерные значения степен ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ =, = 1, La = 0. (25) Границы режимов валкового течения нахо дятся аналогично случаю течения среды Шве Расчет ведется методом Рунге–Кутта, от дова–Бингама [3]. Граница первого режима выходного сечения (25) к входному, для кото (0 St B) представлена в виде B = S/(1 + 2).

рого граничное условие имеет вид:

Граница второго режима (B St Stкр) – = 0, La = 0. (26) критическое значение числа Стокса Stкр, опре Шаг вычислений по отрицательный. деляется из уравнений (19), (21) с учетом усло Очевидно, что свойства решения сохраня- вия: при = 0, dLa/d = 0.

ются такими же как для случая валкового тече- Соответственно третий режим наступает при St Stкр.

ния среды Шведова–Бингама. Изменится лишь вид самих кривых давления. На рис. 2 пред- Пределы применимости математической ставлены, в качестве примера, графические за- модели определяются выражениями:

висимости для валкового течения тяжелой вяз- копластической среды Гершеля–Балкли при 1 m sup ( xy ) = sup ( ) = 0 * 1,, (27) различных значениях степенного показателя m.

* Как видно по графической зависимости, сте пенной показатель m оказывает незначительное где * определяется согласно уравнению (21).

влияние на величину давления в валковом зазо- Для валка единичной длины сила трения F ре, а основное влияние – на расход обрабаты- и распорное усилие T:

ваемого материала. Значительнее на расход sign ( + ) d суспензии и величину давления в валковом за F = 0 2 RH 0, ( ) зоре влияет толщина наносимого на валки ма териала (рис. 3).

sign ( + ) T = 20 2 RH 0 d. (28) () Технологическая мощность процесса, отне сенная к единице рабочей длины валка, равна N=2VF.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Рис. 2. Вид кривых безразмерного давления в зависимости от степенного коэффициента: 1. Зубович С.О., Шаповалов В.М. Математическая m = 1 (сплошная линия), m = 0,8 (пунктир), m = 1, модель течения среды Гершеля-Балкли в валковой сушил (штрих-пунктир) ке с учетом гравитационных сил. // Химия и химическая технология. 2006. – №3. – С. 36 - 41.

2. Зубович С.О., Шаповалов В.М. Математическая модель течения тяжелых вязкопластических сред в зазоре вращающихся валков (постановка задачи). // Известия ВолгГТУ (сер. Реология, процессы и аппараты химиче ской технологии): межвуз. сб. науч. ст. – №11(37) / Вол гГТУ. – Волгоград, 2007. – С. 37 - 40.

3. Зубович С.О., Шаповалов В.М. Влияние грави тационных сил на течение среды Шведова-Бингама в вал Рис. 3. Вид кривых безразмерного давления в зависимости ковой сушилке. // Химия и химическая технология. Извес от координаты выхода:

тия высших учебных заведений. – 2006. – Т.49. – №6. – = 1 (сплошная линия), = 0,5 (пунктир), = 1, С. 59-61.

(штрих–пунктир) 134 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ УДК 658.52.011. П. В. Мишта, П. Г. Бызов ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АСУТП Волгоградский государственный технический университет Статья посвящена роли систем моделирования на стадии проектирования АСУТП в химической про мышленности. Рассматриваются вопросы перспективного развития и эффективного использования САПР при проектировании производств на примере системы инженерного расчета и анализа данных HYSYS.

Ключевые слова: АСУТП, моделирование технологических процессов в химической промышленности, системы инженерного расчета и анализа данных, CAE-система AspenTech HYSYS.

P. V. Mishta, P. G. Byzov APPLICATION OF MODELLING SYSTEMS BY WORKING OUT OF PROCESS CONTROL SYSTEM Volgograd state technical university Article is devoted a role of modelling systems of on a design stage of industrial processing control systems in chemical industry. Questions of perspective development and effective use in automated layout systems are consid ered at stage of engineering of manufactures, on an example of system of engineering calculation and the analysis of data, named HYSYS.

Keywords: Processing control systems, modelling of technological processes in the chemical industry, systems of engineering calculation and data analizing, CAE-system AspenTech HYSYS.

На сегодняшний день, системам комплек- пользованием современной компьютерной тех сной автоматизации и управления технологиче- ники, при наличии соответствующих про скими процессами уделяется значительное вни- граммных продуктов, не только позволяет уп мание в науке и производстве. При разработке ростить и ускорить процесс моделирования, но и проектировании технологических комплексов заранее произвести расчеты необходимых тех в химической промышленности, где протекают нических параметров.

крайне сложные реакционные, массообменные Система автоматизированного проектиро и термодинамические процессы, к системам ав- вания (САПР) являются главным инструментом томатического контроля и управления предъяв- при моделировании АСУ ТП. Подобные систе ляются повышенные требования, относительно мы представляют собой программы, предна надежности и качества регулирования [1]. значенные для разработки технологических В химической промышленности, автомати- устройств и процессов. Современные САПР, зированные системы управления технологиче- включают:

скими процессами (АСУ ТП) представляют со- • CAD – системы (от англ. «Computer-Aided бой комплексы программно-технических средств, Design») (программные пакеты, предназначен предназначенных не только для управления ные для создания чертежей, конструкторской технологическим оборудованием, но и форми- документации, а также трехмерных моделей);

рования единого информационного простран- • CAM – системы (от англ. «Computer-aided ства на предприятии. manufacturing») (системы подготовки техноло Иными словами, АСУ ТП не просто обес- гического процесса производства);

печивает автоматизацию основных технологи- • CAE – системы (от англ. «Computer-aided ческих операций на производстве, с помощью engineering») (программы для проведения ин отдельны систем управления (САУ), но и обес- женерных расчетов и анализа данных).

печивать сбор, подготовку и передачу данных, Стоит отметить, что различные виды систем для решения различных производственных за- автоматизированного проектирования могут дач, наиболее важными из которых являются быть взаимосвязаны, что дает не только воз планово-экономические проблемы и расчеты, а можность более детального построения компь также вопросы технической модернизации. ютерных моделей технологических объектов, На этом фоне, использование процессов мо- но и позволяет учитывать влияния различных делирования, на уровне проектирования АСУ внешних факторов ТП, является немало важным условием созда- Структурная схема взаимодействия САПР и других систем разработки проектируемого ния качественных систем контроля и регулиро вания технологическими процессами [1]. Ис- производства представлена на рисунке.

ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Финансовое управление Планирование и управление производством Информация от службы Управление продажами управления предприятием Управление ресурсами Хранение и перемещение Проектные материалов и конструкторские АСУ Техобслуживание и ремонт работы Управление технологическими и производственными АСУТП САПР Единое процессами информационное пространство Данные Данные проектных и производственно конструкторских технологических отделов участков Структурная схема взаимодействия автоматизированных систем при разработке промышленного производства Современные системы автоматизации ин- САЕ – система HYSYS предназначена для женерных расчетов (CAE) являются наиболее расчета стационарных и динамических режи перспективным направлением развития систем мов работы технологических устройств и аппа моделирования технологических процессов в ратов, преимущественно применяемых, в хи химической промышленности. мической и нефтяной промышленности.

CAE-системы – это разнообразные про- Встроенные пакеты расчета свойств моде грамммные продукты, позволяющие при по- лируемых объектов, позволяют HYSYS обеспе мощи расчетных методов (метод конечных чивать надежные результаты при исследовании элементов, метод конечных разностей, метод параметров смесей углеводородов и не углево конечных объемов) оценить, как поведет себя дородных сред, применяемых в нефтехимиче компьютерная модель химико-технологическо- ской и химической промышленности [2].

го процесса в реальных условиях эксплуатации. Точность и достоверность применяемых Как правило, подобные системы могут быть вычислительных алгоритмов, была обеспечена интегрированы в вычислительный пакет CAD – благодаря компании HiproTech, специалисты программ, что позволяет повысить эффектив- которой обработали и проанализировали экспе ность и ускорить процессы моделирования про- риментальные данные, на основе которых и мышленного производства [2]. были построены базы данных HYSYS, содер В Российской промышленности наиболее жащие более 1500 компонент и более 16 тысяч широкое применение получили следующие ин- бинарных коэффициентов [3].

женерные системы компьютерного моделиро- Наряду со стандартными встроенными па вания: кетами свойств, пользователь имеет возмож PRO II, LS-DYNA, HYSYS и UniSim. Пере- ность для расчета конкретного свойства обра численные программы, на основе встроенных титься к специальному «табличному» пакету, инструментов, позволяют разработчику систем который может дать более точные результаты в управления исследовать различные технологи- конкретном узком диапазоне, или создать свой ческие объекты с учетом широкого спектра из- собственный специализированный пакет меняемых внешних и внутренних параметров. свойств, который легко встраивается в HYSYS Среди разнообразных программных продук- с помощью технологии ActiveX.

тов, система автоматизации инженерных рас- Программа компьютерного моделирования четов HYSYS компании-разработчика AspenTech, HYSYS соответствует передовым технологиям является наиболее популярной. программирования. В расчетную систему вклю 136 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ чено, основанное на стандарте Microsoft COM ными операционными системами, среди кото (Component Object Model), программное прило- рых Windows NT/2000/XP, и поддерживает жение COMThermo, представляющее собой ин- стандарты OLE и XML, что позволяет данной струмент термодинамических расчетов. Пакет системе взаимодействовать с другими програм состоит из отдельных компонент, что позволяет мами, поддерживающими перечисленные стан разрабатывать независимые и расширяемые мо- дарты [5].

дули расчета термодинамики. По существу, па- Современные системы автоматизированого кет работает как термодинамических сервер, что проектирования содержат множество операций, позволяет пользователю применять, добавлять которые могут быть использованы для модели или удалять любой из его компонентов [3]. рования как функционально-технологиче-ских С точки зрения моделирования АСУТП, схем, так и отдельно исследуемых производст программа HYSYS имеет принципиальное венных процессов, устройств и аппаратов, при практическое значение, так как позволяет ис- меняемых в химическом и нефтяном произ следовать технологические модели в стацио- водстве.

нарном и динамическом режимах, используя В настоящее время, системы инженерного одну и ту же термодинамическую основу. Та- расчета, или CAE – системы, по праву занимаю ким образом, одни и те же объекты можно рас- лидирующее положение среди прочих видов считывать последовательно с разной степенью систем проектирования, так как могут служить детализации и точности, что представляет со- не только связующим звеном между CAD и бой принципиально новое слово в моделирова- CAM – системами, но и стать единой платфор нии технологических процессов и систем мой для создания новых пакетов программ, управления. объединяющих функции различных САПР при Целый ряд существенных компонент про- ложений граммы HYSYS, делают ее мощным инстру- Подводя итог, стоит отметить, что методы ментов моделирования стационарных режимов компьютерной разработки и проектирования, работы технологических схем [4]. Прежде все- построенные на основе технической информа го, сюда относятся весьма обширный список ции и экспериментальных данных, сочетают в моделируемых технологических операций и себе достоинства практических и теоретиче большое количество методов расчета фазового ских расчетов исследований. К тому же, значи равновесия и свойств, что позволяет надежно тельным преимуществом систем моделирова рассчитывать широкий класс технологических ния является и то, что компьютерные програм объектов. мы позволяют создавать объекты любой слож Ключевым моментом программы является ности. При чем, степень точности рассмат наличие событийно ориентированного принци- риваемой модели (насколько разработанная мо па работы. Постоянный анализ числа степеней дель соответствует реальному объекту иссле свободы исследуемой функциональной схемы дования), будет зависеть как от функций, пред или технологического объекта позволяет про- ставленных программой моделирования, так и грамме определять порядок проведения вычис- от опыта работы проектировщика.

лений полностью автоматически [4]. При чем, Моделирование технологических процес полученные результаты исследования, сразу же сов, на стадии разработки АСУ ТП в нефтяной передаются по всей исследуемой схеме. и химической промышленности, является неза Таким образом, CAE – программа HYSYS менимым инструментом проектирования. Со позволяет начать расчет функционально-техно- временные программы автоматизированного логической схемы производства с любого мес- расчета отличаются разнообразием предложен та, используя имеющуюся информацию в мак- ных моделей расчета, функций и свойств. Од симальной степени. Результаты расчета стано- нако, программа HYSYS имеет важную осо вятся доступными немедленно, включая инфор- бенность, которая открывает новые возможно мацию о том, как проходил сам расчет. Пользо- сти для систем моделирования. И этим качест ватель сразу же может ознакомиться с полу- вом является концепция анализа степеней ченными результатами, с учетом требуемой свободы в исследуемой системе. Планирование степени детализации. последовательности расчета операций, осно Кроме того, стоит отметить, что программа ванное на данном методе, делает вычисления HYSYS ориентирована для работы с 32-разряд- в программе HYSYS весьма гибкими, а значит ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ при проектировании, в большинстве случаев, БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК нет необходимости задавать информацию в оп 1. Федоров, Ю. Н. Справочник инженера по АСУТП:

ределенном порядке или задавать заранее. Проектирование и разработка / Ю. Н. Федоров – М.: Ин Моделирование производственных процес- фра – Инженерия, 2008. – 928 с.

сов с использованием программно-технических 2. Автоматизация предприятия: вчера, сегодня, завтра средств является эффективным и удобным спо- [Электронный ресурс]. [2009]. Режим доступа :

http://www.ingener.info/pages-page-18-3.html собом исследования и описания технологиче 3. Калашников, О. В. Вопросы адекватности тепло ских объектов, на стадии разработки и проек- физической базы программных систем HYSYS, PRO-II и тирования комплексов АСУТП. Такой подход ГАЗКОНДНЕФТЬ / О. В. Калашников, Ю. В. Иванов, к построению автоматизированных систем уп- С. В. Будняк // Экотехнологии и ресурсосбережение. – равления позволяет проанализировать исход- 2005. – № 4. – С. 70-74.

4. Герасимов, В. А. Опыты автоатизации процессов ные данные и текущую информацию, получае проектирования в ОАО «Криогенмаш» / В. А. Герасимов, мую от различных служб и отделов промыш- О. С. Каминский // САПР и графика. – 2005. – № 6. – ленного предприятия, а так же дает возмож- С. 110-114.

ность рассчитывать наиболее оптимальные па- 5. AspenTech: Optimizing Process Manufacturing [Элек раметры ведения процесса и прогнозировать кри- тронный ресурс]. – [2009]. – Режим доступа : http://www.

aspentech.com/ тические и аварийные условия производства.

УДК(532.135.533.17): 532. О. А. Залипаева, В. Л. Аристов, Ю. В. Аристова ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ ПРИ СТЕСНЕННОМ ВСПЛЫТИИ ПУЗЫРЕЙ Волгоградский государственный технический университет Разработана программа и методика расчета для определения поля скоростей и давлений при стесненном всплытии пузырей. Полученные решения рекомендуется использовать при расчете массообменных аппаратов.

Ключевые слова: поле скоростей, газожидкостные среды, стесненное всплытие.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.