151 "Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології"
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Комп'ютерна система програмного керування процесами подачі паливно-повітряної суміші силових агрегатів за умов неповної інформації(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2022) Захаренков, Дмитро ЮрійовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» (015 - Автоматизація та приладобудування). – Національний технічний університет «ХПІ», Харків, 2022. Дисертацію присвячено розроблянню теоретичних засад та практики побудови комп’ютерних систем керування процесами подачі паливно-повітряної суміші на основі опрацювання даних непрямих вимірювань в умовах дії випадкових завад, дослідженню невизначеностей та швидкодії апаратних засобів й інформаційної технології моніторингу циліндрових потужностей, а також розроблянню методів зменшення невизначеностей та збільшення швидкодії прикладного програмного забезпечення. В якості джерела вхідної інформації комп’ютерна система використовує частотно-модульований сигнал швидкості обертання колінчастого валу. Розв’язання цієї науково-прикладної задачі забезпечить економію палива, зменшить ймовірність перевантаження окремих циліндрів, збільшить термін використання силового агрегату й скоротить витрати на профілактику, обслуговування та ремонт. Найбільш розповсюдженим методом моніторингу циліндрових потужностей силового агрегату є вимірювання тиску циліндрів за допомогою аналого-цифрового перетворювача Е14-140 фірми L-Card (системна плата L-783), первинний перетворювач 8QP505CS фірми AVL та програмне забезпечення «Power Graph». У результаті отримаємо відповідні індикаторні діаграми, подальше порівняння яких дозволяє встановити їхню ідентичність. Якщо є у тому потреба на етапі доводки двигуна виконується налаштування фаз процесів подачі паливно-повітряної суміші у циліндри. Використання ручної праці, наявність у двигуні декількох циліндрів і завеликі апаратні витрати суттєво обмежують застосування даного методу. Використання сучасних форсунок, які мають засоби електрогідравлічного або п’єзоелектричного керуванням процесами подачі паливо-повітряної суміші, дозволяє розробити концептуальні засади програмних рухів апаратних засобів щодо досягнення ідентичності циліндрових потужностей силових агрегатів. Використано методи теорії вимірювань, ймовірностей і математичної статистики при опрацюванні дослідних даних у вигляді ряду вимірювань із багаторазовими спостереженнями. Встановлено невизначеності апаратних засобів та прикладного програмного забезпечення, які належать до категорії А. Розроблено теоретичні засади та методологію синтезу апаратних засобів опрацювання даних непрямих вимірювань із використанням квадратичного критерію якості та еталонних математичних моделей компонент, запізнення яких відоме. На основі методів теорії подібності та теорії сигнальних графів отримано передавальні функцій окремих компонент комп’ютерної системи опрацювання даних непрямих вимірювань. В роботі використано методи комп’ютерного моделювання при визначенні швидкодії її програмного забезпечення. Також враховано вплив на апаратні засоби навколишнього середовища із підвищеним рівнем випадкових завад. Розроблено нові методи вимірювань параметрів частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу, алгоритмічне та прикладне програмне забезпечення моніторингу циліндрових потужностей за умови дії випадкових завад. Побудовано комп’ютерну систему програмного керуванням процесами подачі паливо-повітряної суміші у циліндри із заданими невизначеністю та швидкодією опрацювання даних непрямих вимірювань. Об’єктом досліджень є процес побудови апаратно-програмних засобів комп’ютерної системи керування подачею паливо-повітряної суміші зі зворотнім зв’язком за станом циліндрових потужностей силового агрегату на основі опрацювання даних непрямих вимірювань у вигляді частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу, а також за умов дії випадкових завад на її компоненти. Предметом досліджень є математичні моделі, методи вимірювань, алгоритмічне та прикладне програмне забезпечення, структури апаратних засобів і компонент. У якості теоретичних засад в роботі використано методи: системного аналізу та теорії автоматичного керування за умов неповної інформації; збору, опрацювання, кодування та декодування інформації; теорії подібності та теорії сигнальних графів; теорії ймовірності, математичної статистики та теорії випадкових процесів; теорії вимірювань, зокрема, інформаційний підхід. Методи комп’ютерного моделювання використано при дослідженнях швидкодії та невизначеності апаратних засобів перетворення сигналів. Аналіз відомих методів та апаратно-програмних засобів керування фазами процесів подачі паливо-повітряної суміші на основі опрацювання частотно-модульованих сигналів швидкості обертання колінчастих валів двигунів внутрішнього згоряння дозволив встановити перспективність досліджень. Також встановлено, що програмні рухи комп’ютерної системи щодо керування фазами процесів подачі паливо-повітряної суміші силового агрегату за умов неповної інформації принципово можливо організувати. Сформульовано мету досліджень, яка полягає у зменшенні невизначеності й підвищення швидкодії апаратних засобів комп’ютерної системи опрацювання даних непрямих вимірювань при керуванні процесами подачі паливо-повітряної суміші у циліндри силового агрегату за умов дії випадкових завад шляхом розробляння методологічних засад для їхньої побудови. На основі методу безпосереднього цифрового керування та принципу замкненого керування із використанням зворотного зв’язку за станом сигналу флуктуацій швидкості обертання колінчастого валу розроблено концептуальні засади програмних рухів апаратних засобів щодо керування процесами подачі паливо-повітряної суміші. Синхронізацію роботи комп’ютерної системи із фазою обертання колінчастого валу забезпечує сигнал верхньої мертвої точки першого циліндру. Розроблено архітектуру комп’ютерної системи та запропоновано алгоритмічне забезпечення моніторингу розподілу циліндрових потужностей силового агрегату. За своєю сутністю апаратні засоби комп’ютерної системи керування фазами процесів подачі паливо-повітряної суміші на основі опрацювання даних непрямих вимірювань є пристроями циклічної дії й оперують із послідовностями імпульсних сигналів, котрі при їхньому математичному поданні розглянуто як підсумок поодиноких імпульсів. У якості математичної моделі завад запропоновано та досліджено лінійний випадковий процес, розроблено алгоритмічне й прикладне програмне забезпечення комп’ютерної імітації дискретних випадкових величин. Розроблено механічну модель крутної схеми дизель-генератора 3ТД-1 та встановлено усі її параметри. Рухи мас моделі за умови врахування тертя описано системою лінійних диференційних рівнянь. Поміж можливих чисельних методів для її розв’язування перевагу надано використанню перетворення Лапласу. Структурна схема комп’ютерної системи програмного керування процесами подачі паливо-повітряної суміші у циліндри дизель-генератора 3ТД-1 має один вхід та три виходи. Запропоновано механічну систему із чотирма ступенями волі у якості математичної моделі кінематичної схеми дизель-генератора 3ТД-1. Динаміку рухів мас детермінованої математичної моделі із врахуванням тертя описано системою лінійних диференційних рівнянь другого порядку, параметри якої нормалізовано за допомогою теорем теорії подібності. Виконано статистичне опрацювання дослідних даних тиску першого циліндру та побудовано індикаторну діаграму. Подано крутний момент першого циліндру обмеженим рядом Фур’є. Апроксимацію інших крутних моментів виконано із урахуванням фазового запізнення циліндру відносно першого. Доведено, що розподіл циліндрових потужностей силового агрегату можна подати у вигляді вагових коефіцієнтів. Алгоритмічне забезпечення моніторингу розподілу циліндрових потужностей силового агрегату передбачає пошук цих коефіцієнтів. Як наслідок математичних перетворень системи диференційних рівнянь отримано передавальні функції, які встановлюють інформаційні зв’язки між крутними моментами циліндрів і сигналом флуктуацій швидкості обертання першої маси колінчастого валу. Встановлено, що використання методів визначників або теорії сигнальних графів при отриманні передавальних функцій дають практично однакові результати. Алгоритмічне забезпечення моніторингу розподілу циліндрових потужностей розроблено на основі часового та частотного подання сигналу вимірювальної інформації. При їхньому порівнянні встановлено, що вони забезпечують достатньо близьку швидкодію розрахунків. Однак, за умови дії на сигнал миттєвої швидкості обертання першої маси колінчастого валу випадкових завад перевагу слід надати алгоритму отримання оцінок максимальної правдоподібності вагових коефіцієнтів циліндрів. Розроблено методику комп’ютерної імітації адитивних та мультиплікативних випадкових завад різної фізичної природи. Проведено комп’ютерне моделювання обчислювальної процедури розрахунку вагових коефіцієнтів циліндрів за умови дії випадкових завад на ліву та праву частини системи алгебраїчних рівнянь. Аналіз результатів розрахунків дозволив встановити вимоги щодо невизначеності вимірювальних перетворювачів частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу. У якості методу отримання вхідної інформації обрано дискретизацію за часом періодів частотно-модульованого сигналу швидкості. Запропоновано декілька вариантів побудови вимірювальних перетворювачів та на їхній основі розроблено пристрої для експрес аналізу сигналу флуктуацій. У результаті статистичного опрацювання дослідних даних у вигляді рядів вимірювань із багаторазовими спостереженнями на основі використання методів теорії вимірювань й, зокрема, інформаційного підходу досліджено невизначеності розроблених перетворювачів. Встановлено, що пристрої відповідають вимогам комп’ютерної системи щодо невизначеності опрацювання вхідної інформації. Проведено математичне моделювання компонент апаратних засобів керування процесами подачі паливно-повітряної суміші. На основі методів структурних перетворень отримано передавальну функцію апаратних засобів керування п’єзоелектричною форсункою. Комп’ютерним моделюванням у середовищі Matlab отримано частотні характеристики апаратних засобів та методом кореневого годографу досліджено замкнену систему керування процесами подачі паливно-повітряної суміші. Аналіз частотних характеристик дозволив встановити, що апаратно-програмні засоби відповідають вимогам щодо швидкодії перетворення вхідної інформації. Мінімізацією квадратичного критерію якості синтезовано пристрій опрацювання частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу на основі використання еталонних моделей компонент, які мають відоме запізнення. Побудовано схему комп’ютерного моделювання сигналу флуктуацій та використанням методу моделі, яка навчається, виконано процедуру ідентифікації її параметрів. У результаті аналізу вихідного сигналу схеми встановлено, що розроблені апаратні засоби відповідають вимогам комп’ютерної системи керування процесами подачі паливно-повітряної суміші у циліндри силового агрегату щодо невизначеності та швидкодії. Наукова новизна отриманих результатів полягає у розвитку теоретичних засад побудови апаратно-програмних засобів комп’ютерної системи замкненого керування процесами подачі паливо-повітряної суміші в циліндри дизель-генератора на основі опрацювання даних непрямих вимірювань у вигляді частотно-модульованого сигналу швидкості обертання колінчастого валу за умов дії випадкових завад: - уперше запропоновано та науково обґрунтовано концепцію програмних рухів комп’ютерної системи щодо керування процесами подачі паливо-повітряної суміші за умов неповної інформації, відмінною ознакою якої є використання сигналу миттєвої швидкості обертання колінчастого валу силового агрегату при моніторингу розподілу циліндрових потужностей; - набули подальшого розвитку теоретичні засади побудови апаратних засобів опрацювання частотно-модульованого сигналу швидкості обертання із використанням квадратичного критерію якості та математичних моделей компонент, запізнення яких відоме, за умов дії завад у вигляді лінійного випадкового процесу, що дозволило покращити їхню швидкодію; - в якості детермінованої математичної моделі крутної схеми силового агрегату уперше запропоновано механічну систему із чотирма ступенями волі за умов врахування тертя, відмінною ознакою якої є встановлення інформаційних зв’язків між крутними моментами окремих циліндрів та сигналом вимірювальної інформації у вигляді флуктуацій швидкості обертання першої маси колінчастого валу на основі перетворення Лапласу за нульових початкових умов, методів теорії подібності та теорії сигнальних графів; - набули подальшого розвитку методи апроксимації крутних моментів циліндрів, математичного моделювання компонент комп’ютерної системи керування фазами процесів подачі паливо-повітряної суміші на основі опрацювання даних непрямих вимірювань, структурних перетворень апаратних засобів, подання завад у вигляді лінійного випадкового процесу, підсумовування випадкових складових завади при встановленні невизначеності компонент; - уперше запропоновано використати метод довільних вибірок дискретних відліків сигналу миттєвої швидкості обертання колінчастого валу для модернізації архітектури вимірювального перетворювача на основі компенсації кінематичної невизначеності первинного перетворювача, відмінною ознакою якого є збільшення часу досліджень при суттєвому зменшенні апаратних витрат на побудову пристрою для вимірювань параметрів частотно-модульованого сигналу. Практичне значення отриманих результатів: - на основі бази даних оптимальних фаз газорозподілу та сучасних інформаційних технологій розроблено апаратно-програмні засоби замкненого керування процесами подачі паливо-повітряної суміші у циліндри дизель-генератора, практичне використання яких забезпечить економію палива до 5%; - розроблено методики: збору та опрацювання вхідної інформації, апроксимації крутних моментів, структурного перетворення апаратних засобів комп’ютерної системи, ідентифікації параметрів математичних моделей, аналізу частотних та метрологічних характеристик апаратно-програмних засобів, комп’ютерного моделювання процесів перетворення апаратними засобами вхідних сигналів; - розроблено алгоритмічне забезпечення: оцінювання розподілу циліндрових потужностей, цифрового опрацювання сигналу миттєвої швидкості обертання колінчастого валу, комп’ютерного моделювання випадкових завад. Реалізовано прикладне програмне забезпечення.Документ Моделі та методи управління багатоступеневою транспортною логістичною системою в умовах невизначеності(Національний технічний інститут "Харківський політехнічний інститут", 2022) Парфенюк, Юрій ЛеонідовичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2021. Об'єкт дослідження – процес керування у розподілених системах транспортної логістики в умовах невизначеності. Предмет дослідження – моделі та методи керування транспортними потоками в умовах невизначеності. Мета роботи - підвищення ефективності управління в розподіленій системі транспортної логістики в умовах невизначеності. Поставлена мета досягається вирішенням наступних завдань: - розробка методу побудови ефективних маршрутів з урахуванням сукупності критеріїв; - розробка точного методу формування плану транспортувань у системі «постачальники - споживачі» за критерієм – ймовірність неперевищення випадковим значенням сумарної вартості транспортування допустимого порога; - розробка методу побудови компромісного маршруту з використанням поступок по відношенню до оптимального плану за основним критерієм; - розробка методу розрахунку пропускних здібностей проміжних пунктів у розгалуженій транспортній мережі в умовах невизначеності; - розробка методу оптимізації структури розподіленої транспортної мережі при розрахунку відстаней у метриці «міських кварталів»; - розробка точного методу вирішення задачі дробово-квадратичного програмування; - розробка швидкого наближеного методу розв'язання нелінійних оптимізаційних задач за умов невизначеності; Методи дослідження. Теорія ймовірностей та нечітка математика при розробці моделей систем транспортної логістики, що описують процеси їх функціонування в умовах невизначеності. Методи вирішення оптимізаційних завдань у теоретико-імовірнісній та нечіткій постановках. Метод континуального лінійного програмування для завдань, вихідні дані яких задані своїми модальними значеннями. У дисертаційній роботі з використанням сучасних математичних моделей та методів теорії ймовірностей, випадкових процесів, теорії нечітких множин, інструментарію методів оптимізації та континуального лінійного програмування поставлено та вирішено важливе науково-технічне завдання управління у розподіленій транспортній системі в умовах нечітких вихідних даних. Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці комплексу моделей та методів управління у розподілених системах транспортної логістики в умовах невизначеності щодо значень вихідних даних. Розроблені моделі та методи в сукупності вирішують важливе науково-прикладне завдання управління складними системами та створюють теоретичний фундамент для вирішення практичних завдань. Розроблені методи формування оптимальних маршрутів у системі «постачальники-доставка-споживачі» забезпечують можливість суттєвого підвищення ефективності перевезень під час вирішення реальних завдань транспортної логістики. Завдання управління у розподілених транспортних системах є важливим елементом з великого комплексу завдань, які вирішуються методами загальної теорії логістики. Відповідна транспортна задача поєднує сукупність задач з однотипною математичною моделлю, які вирішуються методами лінійного програмування. У канонічній постановці задача полягає у пошуку плану перевезень деякого однорідного продукту від безлічі постачальників до безлічі споживачів, оптимального з погляду деякого обраного критерію. Для вирішення задачі, традиційно, використовуються наступні два підходи. Перший - передбачається, що її параметри задані своїми детермінованими значеннями. Другий – випадкові параметри задачі заміняються їхніми середніми значеннями. Зрозуміло, що адекватність відповідних моделей не є задовільною. У даній роботі розробляються методи вирішення задач управління транспортуваннями з урахуванням реальної невизначеності вихідних даних. Розробкою методів вирішення транспортних завдань та різних їх модифікацій займалися велика кількість зарубіжних та вітчизняних вчених: Дж. Гасс, Т. С. Motzkin, K. B. Halley, A. A. Corban, M. Cerсhes, B. G. Dantzig, C. Mihu, M. Vlach, J. Moravec, G. Smith, Д. Б. Юдин, Е. Г. Гольштейн, Б. С. Верховский, В. А. Емельянов, В. В. Иванов, Ю. М. Неруш, М. П. Гордон, В. А. Стаханов, В.С. Лукинский та інші. У роботах цих авторів вичерпним чином розглядаються лінійні моделі та методи вирішення класичних двоіндексних транспортних завдань у детермінованій постановці. Однак, при цьому дуже поверхово зачіпається проблема можливої високої розмірності таких завдань, а також особливості та труднощі їх вирішення у випадках невизначеності вихідних даних. Необхідність та важливість розгляду та вирішення цих проблем безперервно зростає. У зв'язку з цим тема дисертаційної роботи, присвяченої моделям та методам вирішення завдань транспортної логістики в умовах реальної невизначеності вихідних даних, є актуальною. Дисертаційна робота Парфенюка Ю.Л. складається зі вступу чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, показана її наукова і практична цінність, сформульовані об'єкт и предмет, а також мета і задачі дослідження, які необхідно вирішити для її досягнення, описано зв’язок дисертації з науковими планами та темами, наведено відомості про публікацію результатів дисертаційної роботи та їх апробацію. В першому розділі описано об'єкт дослідження, що задає важливий напрямок загальної теорії логістики. Проведено огляд відомих публікацій з проблеми управління в розподілених транспортних мережах в умовах невизначеності вихідних даних. За результатами цього аналізу виявлено недостатньо опрацьовані питання. Відповідно до цього, сфрмульовано мету та завдання дисертаційної роботи. Другий розділ присвячений розгляду питань, пов'язаних із розробкою методів побудови оптимальних маршрутів у транспортних мережах. У роботі запропоновано метод поелементної багатокритеріальної композиції оптимальних маршрутів. Суть методу та його формальний опис виконано стосовно однокритеріальної задачі. Для її вирішення запропоновано розроблений метод, який використовує спеціальну операцію комутації матриць. При цьому кожна з магістралей, що пов'язують пари постачальників і споживачів, представлена набором складових ділянок. За вихідними даними про значення обраного критерію для кожного з них метод забезпечує побудову оптимального маршруту. Далі, цей метод узагальнено на дво- та трикритеріальний випадок. Метод простий у реалізації та може бути використаний для вирішення практичних завдань маршрутизації високої розмірності. Далі у розділі розглянуто завдання побудови компромісних маршрутів з виділенням основного та низки додаткових критеріїв. Для вирішення задачі запропоновано спеціальний алгоритм послідовного формування шуканого маршруту. Для вирішення задачі маршрутизації в розгалуженій транспортній мережі розглянуто основний варіант такого завдання, коли між пунктами постачання та споживання, з метою підвищення ефективності транспортувань, створюється система проміжних пунктів. Завдання вирішено для найбільш актуального з практичного погляду окремого випадку, коли значення пропускних здібностей проміжних пунктів не задані. У третьому розділі роботи розглядаються завдання управління в транспортних мережах в умовах, коли стосовно вихідних даних є невизначеність. Основна проблема – вибір оптимальних маршрутів у такій розгалуженій транспортній мережі. У цій задачі знову використовується операція матричної композиції, проте її безпосереднє застосування в цьому випадку ускладнено наявністю невизначеності щодо вартості транспортувань. Запропоновано загальний підхід до розв'язання задачі. Технологія застосування методу ілюструється рішенням для випадку, коли щільність розподілу випадкової вартості – гаусова. Зазначимо, що при вирішенні цього завдання використано не традиційний підхід, пов'язаний з оптимізацією рішення в середньому, а набагато більш інформативний, при якому як критерій обрано ймовірність перевищення сумарною вартістю транспортувань допустимого порога. Далі у розділі розглянуто важливу для практики проблему оцінки стійкості прийнятого рішення. Завдання вирішено за критерієм - ймовірність спотворення прийнятого рішення у зв'язку із випадковою зміною вихідних даних. Процедура вибору найбільш стійкого рішення з безлічі альтернативних ілюструється прикладом. Запропонована технологія вибору оптимального маршруту для кожної пари «постачальник – споживач» створює необхідну інформаційну базу для вирішення спільного завдання управління постачанням. При цьому виникає канонічна транспортна задача, яка вирішена у припущенні, що випадкові вартості перевезень по кожному із маршрутів розподілені за нормальним законом. Критерій оптимальності – ймовірність неперевищення обраного допустимого порога сумарної вартості транспортувань, що максимізується. При розв'язанні задачі виникає нетривіальна проблема оптимізації дробово-нелінійного критерію. Для вирішення цього завдання в роботі запропоновано метод, що має принципову новизну. Метод дозволяє вихідне складне завдання дробно-нелінійної оптимізації звести до звичайної задачі квадратичного програмування. Далі у розділі розглядається завдання управління поставками за умов малої вибірки вихідних даних. Розв'язання задачі отримано при використанні найбільш адекватних варіантів опису щільності розподілу випадкових вартостей перевезень. Крім того, вирішено ще одне важливе для практики завдання, коли попит на продукт, що постачається, для кожного споживача випадковий. Запропонована загальна методика розв'язання задачі що реалізуються для найбільш природних наступних окремих випадків, коли щільність розподілу попиту гаусова, або визначається законом Релея, або описана універсальним розподілом, або, нарешті, визначена значеннями двох перших моментів. В останньому випадку для вирішення використано новий математичний апарат – континуальне лінійне програмування. Розділ завершується розробкою універсального методу розв'язання задач оптимізації в умовах невизначеності, описаної в термінах нечіткої математики. Метод дозволяє вихідну нечітку оптимізаційну задачу звести до двокрокової чіткої задачі. Запропонований метод суттєво доповнює відомий інструментарій нечіткої математики. У четвертому розділі розглянуто проблеми структурної оптимізації у розподілених транспортних мережах в умовах випадкової конфігурації системи споживання. Розглянуто нестандартне завдання організації поставок у розподіленій системі обслуговування з випадковим числом клієнтів із випадковим попитом, розташованих випадковим чином. Завдання вирішено з використанням спеціального варіанту кластеризації, в якому відстані розраховуються у метриці міських кварталів. Розглянуто варіант цієї задачі, коли як критерій вибрано ймовірність того, що нечітка тривалість доставки замовленого продукту перевищить критичне значення. Для вирішення задачі використано спеціальні правила нечіткої арифметики. Шуканий варіант структури системи постачання досягається в результаті реалізації покрокового оптимізаційного алгоритму. Робота завершується розробкою моделей та методів багатокритеріального вибору маршруту в умовах нечітких вихідних даних. У розділі обґрунтовано технологію мультиплікативної скаляризації вихідного векторного критерію, складеного з найбільш важливих показників, що часто використовуються на практиці. Реалізація процедури вибору оптимального маршруту в умовах нечітких вихідних даних забезпечується розробленою системою правил виконання всіх необхідних операцій.Документ Комп'ютерно-інтегрована технологія вторинної конденсації виробництва аміаку в умовах невизначеності(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Кравченко, Яна ОлегівнаДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Комп’ютерно-інтегрована технологія – це управління технологічними процесами або організаційно-технічними комплексами з використанням комп’ютерної та мікропроцесорної техніки. Як правило комп’ютерно-інтегрована технологія використовується для складних технологічних систем, якою і є виробництво аміаку взагалі і зокрема вторинна конденсація. Об’єктом дослідження є процес управління теплообмінними і гідромеханічними системами вилучення продукційного аміаку, які відбуваються у технологічному комплексі вторинної конденсації агрегатів синтезу. Предметом дослідження є комп’ютерно-інтегрована технологія комплексу вторинної конденсації в умовах невизначеності, зокрема математичні моделі, методи та алгоритми ідентифікації, системи програмного керування технологічним комплексом. У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача підвищення економічної ефективності виробництва аміаку шляхом створення оптимальної структури та комп’ютерно-інтегрованої системи програмного керування технологічного комплексу вторинної конденсації з урахуванням його поведінки, який функціонує в умовах невизначеності. Вирішення здійснене за допомогою сучасних положень системного підходу, теорії ймовірності, багатомірного статистичного аналізу, теорії ідентифікації, математичного моделювання та автоматизованого управління. У вступі обґрунтовано актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведена наукова новизна та сформульоване практичне значення отриманих результатів. В першому розділі здійснений аналітичний огляд особливостей апаратурно-технологічного оформлення та умов функціонування технологічного комплексу вторинної конденсації з визначенням критерію економічної ефективності, який враховує такі статті витрат як електроенергія і природний газ. Аналізом цього критерію доведена необхідність розв’язання задачі підвищення економічності виробництва аміаку з використанням системного підходу, а саме за рахунок створення оптимальної структури та мінімізації температурного режиму випарника технологічного комплексу вторинної конденсації. За результатами аналізу випарників як об’єктів управління встановлені координати векторів зовнішніх збурень, керувань, стану та визначена загальна технічна структура системи управління. Проведено огляд невизначеностей стосовно комплексу вторинної конденсації, обґрунтовано вибір моделі щодо чисельної оцінки параметричної невизначеності гідромеханічних та теплообмінних процесів. Проведений огляд дозволив обрати напрямки досліджень та поставити задачі дисертаційної роботи. У другому розділі наведені інформаційна система отримання експериментальних даних та методика досліджень комплексу вторинної конденсації в промислових умовах. Розроблені математичне та алгоритмічне забезпечення для формування інформаційного масиву ідентифікатора системи управління та отримані дані щодо проектних та фактичних показників невизначеностей, що характеризують ефективність гідромеханічних та теплообмінних процесів. Виконано дисперсійний та регресійний аналіз з перевірки статистичних гіпотез щодо стаціонарності, відтворюваності та нормальності закону розподілу та здійснена формалізація стохастичних моделей невизначеностей. Шляхом математичного моделювання конденсаційної колони проведена апробація моделей на їх адекватність та визначена оптимальна структура технологічного комплексу вторинної конденсації. Доведена економічність цієї структури у порівнянні з існуючою. Результати досліджень дозволили отримати ряд наукових та практичних результатів: − показані можливості створення алгоритмічної бази формування інформаційних масивів ідентифікаторів систем управління складних металоємних промислових технологічних об’єктів з надмірною інерційністю; − вперше на підставі розробленого алгоритму розрахунку невизначеності температури вторинної конденсації-сепарації створена математична модель конденсаційної колони, яка на відміну від відомих аналогів враховує процеси конденсації і випаровування рідкого аміаку відповідно у прямому та зворотному потоках циркуляційного газу; − отримала розвиток теорія закономірностей впливу процесу конденсації у газових сумішах на ефективність процесу теплообміну за наявності інертів та надмірно високого тиску; − отримали подальший розвиток підходи до побудови математичних моделей в умовах алгоритмічної та параметричної невизначеностей та формалізації задач структурної оптимізації складних технологічних комплексів обмежуючись стаціонарністю; − створена та запатентована оптимальна структура технологічного комплексу вторинної конденсації виробництв аміаку підвищеної енергоефективності. В третьому розділі представлені результати досліджень щодо чисельної оцінки невизначеностей показників ефективності процесу теплообміну у випарниках комплексу вторинної конденсації. Сформульована задача та наведені результати досліджень впливу керуючої дії витрати флегми на ефективність теплообмінних процесів випарника, а отже і на його температурний режим. Створені математичні та комп’ютерні моделі мінімізації температурного режиму випарника. Здійснено синтез автоматичної системи регулювання процесом дренування флегми з визначенням критерію якості регулювання, структури, алгоритму та параметрів налаштування регулятора. Дослідження щодо розділу дозволили одержати наступні результати: − вперше за результатами експериментальних досліджень встановлений взаємозв’язок невизначеностей конденсаційного термічного опору в апаратах технологічного комплексу і концентрації аміаку у циркуляційному газі на їх входах; − отримані з використанням стохастичного підходу рівняння для чисельної оцінки взаємопов’язаних невизначеностей довели можливість їх застосування для математичного моделювання технологічного комплексу; − подальший розвиток отримали дослідження щодо залежності температурного режиму охолодження циркуляційного газу у випарниках, і зокрема енергоефективності виробництва аміаку, від керуючої дії витрати флегми, зміна величини екстремуму якої в умовах дії зовнішніх збурень обумовлена за певного температурного напору критичним режимом бульбашкового кипіння холодоагенту; − доведена можливість застосування ПІ регулятора з предиктором Сміта для такого об’єкта з великим транспортним запізненням як трубопровід з встановленими на ньому виконавчим пристроєм і витратоміром для визначення витрати флегми із забезпеченням досить незначної статичної похибки регулювання в досить низькому діапазоні змін постійної часу об’єкта; − розроблено та запатентовано спосіб оптимального управління процесом дренування флегми з випарників комплексу вторинної конденсації. Четвертий розділ присвячений розробці функціональної структури, алгоритмів оперативної корекції технологічних режимів комплексу вторинної конденсації, застосуванню апаратно-програмного забезпечення та результатам впровадження. Розглянута функціональна структура у складі ідентифікатора з математичною моделлю, обчислювача оптимального управління і регуляторів витрати основного і допоміжних. Наведено алгоритм формування уставок допоміжних регуляторів підсистемою корекції (підтримки прийняття рішень) в режимі супервізорного управління. Представлено апаратно-програмне забезпечення, реалізоване на базі SCADA-системи ZENON та наведено результати техніко-економічної ефективності від впровадження. За результатами досліджень представлених у цьому розділі отримані наступні результати: − розроблена функціональна схема комп’ютерно-інтегрованої технології комплексу вторинної конденсації з ідентифікатором, обчислювачем оптимального управління для основного контуру витрати флегми і допоміжних контурів регулювання витрати для корекції уставок, а також програмне забезпечення ідентифікаторів з обчислювачем та блок людино-машинного інтерфейсу; − розроблено алгоритм та програмне забезпечення підсистеми підтримки прийняття рішень для обчислення уставок допоміжних регуляторів витрати холодоагенту у високотемпературний випарник, моноетаноламінового розчину до парогенератора пароежекторної холодильної установки; − реалізована технологія управління на базі SCADA-системи ZENON для ведення бази даних реального часу з технологічною інформацією та передача даних на збереження і обробку в сторонні бази даних і програми; − розроблено структурно-логічну схему існуючої системи управління із запропонованою підсистемою корекції, практична реалізація рішень у якій здійснюється додатковим апаратно-програмним забезпеченням на базі програмованого логічного контролера VIPA та SCADA-системи Zenon. Інтеграція нових технічних рішень щодо системи управління реалізована за допомогою ОРС-технології; − розроблено мнемосхему для людино-машинного інтерфейсу, що забезпечує оператору технологічного комплексу можливість відслідковувати технологічні параметри існуючої системи керування та здійснювати безпосередній вплив через підсистему корекції; − виконані розрахунки очікуваної техніко-економічної ефективності від впровадження результатів досліджень та створеної комп’ютерно-інтегрованої технології комплексу вторинної конденсації для діючих в Україні типових агрегатів синтезу аміаку серії АМ-1360.