Ткаченко В.Н. Математическое моделирование, идентификация и управление технологическими процессами тепловой обработки материалов / НАН Украины, Институт прикладной математики и механики. - Киев: Наукова думка, 2008. - 243 с. - (Серия "Задачи и методы": математика, механика, кибернетика; т.13) (Проект "Наукова книга"). - Библиогр.: с.233-243. - ISBN 978-966-00-0724-6  Место хранения:   019 | Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе CO РАН | Новосибирск | Библиотека

Оглавление / Contents

СОДЕРЖАНИЕ ...................................................... 3 ВВЕДЕНИЕ ........................................................ 9 1. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ .......................................... 14 1.1. Математические модели теплофизических процессов тепловой обработки материалов и их использование ....... 14 1.2. Методы идентификации математических моделей технологических процессов тепловой обработки материалов ............................................. 21 1.3. Методы синтеза алгоритмов управления в детерминированной и стохастической постановках ......... 23 1.4. Автоматизированные системы управления технологическими процессами тепловой обработки материалов и применение микропроцессорной вычислительной техники ................................. 27 1.5. Постановка задач исследования .......................... 30 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ..... 34 2.1. Математические модели технологического процесса нагрева металла в проходных печах ...................... 34 2.1.1. Модель тепловой работы методической печи ........ 34 2.1.2. Модель температурного процесса нагрева металла ......................................... 41 2.1.3. Численные методы решения краевой задачи противоточного теплообмена ...................... 43 2.2. Математические модели тепловых процессов обработки материалов в псевдоожиженном слое ...................... 47 2.2.1. Математическая модель тепловых процессов в псевдоожиженном слое ............................ 47 2.2.2. Диссоциация частицы известняка как задача с неизвестной границей ............................ 51 2.2.3. Численный метод расчета задачи с неизвестной границей ........................................ 53 2.2.4. Исследование технологических параметров процесса производства металлургической извести ......................................... 55 2.3. Математическое моделирование температурного процесса коксования угля ........................................ 58 2.3.1. Качественная характеристика тепловых процессов коксования угля ................................. 58 2.3.2. Математическая модель температурного процесса коксования угля ................................. 59 2.3.3. Численный метод расчета процесса коксования угля ............................................ 62 2.3.4. Исследование технологических параметров температурного процесса коксования угля ......... 65 2.4. Математическое моделирование тепловых процессов непрерывной разливки стали ............................. 67 2.4.1. Формулировка математической модели .............. 67 2.4.2. Конечно-разностные аппроксимации исходных уравнений ....................................... 75 2.4.3. Анализ результатов моделирования ................ 82 3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ................ 86 3.1. Постановка задач идентификации параметров математических моделей ................................. 86 3.2. Задачи начальной настройки параметров .................. 88 3.2.1. Методы и алгоритмы регуляризации решения обратных задач .................................. 88 3.2.2. Методы и алгоритмы решения обратных задач с использованием сплайн-аппроксимации искомых функций ......................................... 92 3.2.3. Метод наименьших квадратов для задачи идентификации параметров внешнего теплообмена в зоне вторичного охлаждения МНЛЗ ............... 94 3.2.4. Анализ адекватности моделей и эффективности численных методов настройки параметров ......... 100 3.3. Алгоритмы оперативной настройки параметров математической модели ................................. 101 3.4. Исследование параметрической чувствительности математических моделей тепловых процессов ............. 105 3.4.1. Задачи и методы исследования параметрической чувствительности математических моделей ........ 105 3.4.2. Параметрическая чувствительность математических моделей процесса нагрева металла ........................................ 108 3.5. Оптимальный теплофизический эксперимент для решения задач начальной настройки ............................. 113 3.5.1. Задача оптимизации пространственного расположения датчиков контроля температуры нагреваемых тел ................................ 113 3.5.2. Оптимизация теплофизического эксперимента по технологическим параметрам ..................... 116 3.5.3. Параметрическая чувствительность и оптимальный эксперимент для процессов с неизвестной границей ........................... 119 4. ТЕОРЕТИКО-ВЕРОЯТНОСТНЫЙ АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИЛОВ ..................... 124 4.1. Анализ вероятностно-статистических характеристик возмущающих воздействий процесса нагрева металла на участке методических печей ............................ 124 4.2. Имитационное моделирование процесса нагрева металла в методической печи ................................... 130 4.2.1. Алгоритмы имитационного моделирования .......... 130 4.2.2. Анализ статистической динамики температурных процессов нагрева металла ...................... 134 4.3. Исследование вероятностных характеристик технологических параметров процесса обработки материала в псевдоожиженном слое ...................... 142 4.3.1. Вычислительный эксперимент по расчету плотности распределения частиц по времени пребывания в псевдоожиженном слое .............. 142 4.3.2. Алгоритмы расчета плотности распределения частиц по времени пребывания в псевдоожиженном слое ........................... 144 4.3.3. Исследование вероятностных характеристик времени пребывания частиц в псевдоожиженном слое ........................................... 146 4.3.4. Исследование вероятностных характеристик температуры и степени обжига частиц в псевдоожиженном слое ........................... 150 4.4. Основные выводы и результаты теоретико- вероятностного анализа технологических процессов ...... 152 5. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКОЙ МАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА ИХ ТОЧНОСТИ ............................ 154 5.1. Анализ объекта управления и методов управления технологическими процессами тепловой обработки ........ 154 5.1.1. Анализ функций высокоорганизованной системы управления и структуры управляющих воздействий технологического объекта ........... 154 5.1.2. Критерии оптимальности и анализ методов управления технологическими процессами тепловой обработки ............................. 157 5.2. Исследование задач оптимального управления стационарными режимами нагрева металла ................ 160 5.2.1. Постановка задачи и численные методы ее решения ........................................ 160 5.2.2. Анализ результатов решения задач оптимизации ... 162 5.3. Синтез алгоритмов разомкнутого управления и оценка их точности ........................................... 165 5.3.1. Постановка и анализ задачи терминального управления ..................................... 165 5.3.2. Вычислительные методы для расчета алгоритмов управления ..................................... 170 5.4. Синтез алгоритмов управления с обратной связью ........ 173 5.4.1. Исследование алгоритмов фильтрации возмущающих воздействий для оценки состояния ... 173 5.4.2. Исследование помехоустойчивости различных режимов нагрева металла ........................ 177 5.5. Основные результаты и выводы .......................... 180 6. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ОПРОБИРОВАНИЕ ПОДСИСТЕМ ОПЕРАТИВНОГО ПРОГНОЗА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ И АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ В СИСТЕМАХУПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКОЙ МАТЕРИАЛОВ ................................................. 181 6.1. Разработка режимов нагрева металла и алгоритмов управления методическими печами ....................... 181 6.1.1. Статистическое моделирование и прогноз времени нагрева металла ........................ 181 6.1.2. Разработка алгоритмов управления методическими печами листопрокатного производства ................................... 185 6.1.3. Двухуровневое управление технологическим комплексом нагревательные печи - прокатный стан ........................................... 189 6.2. Разработка и исследование эффективности алгоритмов управления нагревом металла на участках нагревательных печей станов 3600 ММК "Азовсталь" и 3000 ММК имени Ильича ................................. 198 6.2.1. Алгоритм функционирования и информационное обеспечение системы управления температурным режимом нагрева металла ........................ 198 6.2.2. Структура алгоритмов начальной настройки подсистемы оперативного прогноза теплового состояния металла .............................. 202 6.2.3. Исследование эффективности алгоритмов управления температурным режимом нагрева металла ........................................ 205 6.3. Управление температурным режимом обжига известняка в печах КС—1200 Магнитогорского металлургического комбината ............................................. 207 6.3.1. Анализ функционирования печи КС-1200 как объекта управления ............................. 207 6.3.2. Критерии оптимизации управления и исследование управляемости процесса обжига известняка ..................................... 209 6.3.3. Методы и алгоритмы управления температурным режимом обжига известняка ...................... 212 6.4. Оперативный прогноз температурного состояния и управление процессом коксования угля на Авдеевском КХЗ ................................................... 215 6.4.1. Задачи управления тепловым режимом коксования угля ........................................... 215 6.4.2. Задача настройки параметров математической модели процесса коксования угля ................ 217 6.4.3. Управление тепловым режимом в системе управления коксованием угля .................... 221 6.4.4. Программный комплекс для оперативного прогноза температурного состояния и управления процессом коксования угля ........... 223 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................. 227 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 233