Материал: Разработка методов и алгоритмов безаварийного управления потенциально опасными объектами нефтехимической отрасли на основе систем нечеткого вывода. Чепелева М.С., Кудряшов В.С

где – коэффициент теплоотдачи от стенки к этилену, ккал/(часм20С); – толщина стенки, м; – теплопроводность стали, ккал/(часм0С).

Коэффициент теплоотдачи от стенки к этилену определяется по формуле:

где – концентрация изобутилена на входе, моль/л; – концентрация изопрена на входе, моль/л; – концентрация катализатора на входе, моль/л; – время пребывания в реакторе, час; – константы скорости реакции.

Константы скорости реакции определяются из уравнения Аррениуса:

12

где – энергия активации i-ой константы, Дж/моль; – предэкспонента i-ой константы; – температура в полимеризаторе, К; R – универсальная газовая постоянная, R=8,28 Дж/моль.

Зависимость давления этилена от температуры кипения описывается следующим уравнением с четырьмя постоянными:

Обратная зависимость, полученная в результате аппроксимации, имеет следующий вид:

Помимо описанных выше зависимостей, в модели объекта учтены начальные концентрации шихты и катализатора в соответствующих растворах.

В результате проведенного над моделью эксперимента были получены статические характеристики, наглядно иллюстрирующие зависимость температуры полимеризации от входных параметров (расхода катализатора, расхода шихты, давления этилена) (рис. 3) и позволяющие формализовать метод управления исследуемой системой.

Рис. 3. Статические характеристики объекта управления

Следующим этапом построения СППР процесса пуска является разработка метода вывода объекта в рабочую точку (т. А рис. 3) пространства параметров. При этом данная задача разбита на два этапа: выход на рабочую температуру по регламентной траектории (что обеспечит безопасность производства) и выход в рабочую точку (что обеспечит заданное качество готовой продукции в связи с верным поддержанием молекулярно-массового распределения).

Первая подзадача решена с помощью применения системы нечеткого вывода, разработка которой включает в себя ряд этапов:

13

1)формирование базы правил систем нечеткого вывода;

2)фаззификация входных переменных;

3)агрегирование подусловий в нечетких правилах продукций;

4)активизация или композиция подзаключений в нечетких правилах продукций;

5)аккумулирование заключений нечетких правил продукций;

6)дефаззификация выходных переменных.

При формировании базы правил системы нечеткого вывода были определены множества входных и выходных лингвистических переменных, для каждой из которых были сформулированы соответствующие терм-множества (рис. 4), а также было составлено множество правил нечетких продукций.

Рис. 4. Терм-множества входных (а, в) и выходных (б, г) лингвистических переменных СППР этапа пуска

Для агрегирования подусловий был использован наиболее распространенный метод min-конъюнкции:

каждой из предпосылок.

В качестве операции для активизации подзаключений использовалась min-активизация:

принадлежности его заключения.

Для аккумулирования заключений использовался метод maxдизъюнкции, а для проведения процедуры дефаззификации – метод центра тяжести:

14

Ymax

y В ( y)dy

Ymin

y , (13)

Ymax

В ( y)dy

Ymin

где Ymin , Ymax – границы интервала носителя нечеткого множества выходной

переменной у.

В результате моделирования была синтезирована система нечеткого вывода с применением выбранных ранее методов для реализации различных этапов ее построения. Таким образом были получены поверхности вывода для каждой выходной лингвистической переменной (рисунок 5), отражающие поведение системы при тех или иных входных управляющих воздействиях.

Рис. 5. Поверхности вывода выходных лингвистических переменных СППР этапа пуска (скорость изменения расхода катализатора – а, скорость изменения давления этилена - б)

Из статических характеристик объекта управления видно, что, если при выходе на рабочую температуру реакции использовался только канал расхода катализатора, то вывод в рабочую точку происходит без дополнительных воздействий. Если же в совокупности с ним использовался канал давления этилена, то для выхода в рабочую точку необходимо перейти на поверхность, соответствующую номинальному давлению. Для этого в первую очередь необходимо определить момент завершения I-го этапа, что осуществляется следующим образом: при достижении -60 0С включается таймер; если в течение определенного интервала времени температура в полимеризаторе остается в заданном диапазоне, что соответствует установившемуся состоянию, оператору подается сигнал о возможности подключения контура вывода давления этилена на номинальное значение. После выхода объекта в рабочую точку пространства параметров системы процесс пуска считается завершенным, оператор передает управление локальной системе регулирования.

В общем виде метод вывода объекта управления в рабочую точку пространства параметров иллюстрируется рисунком 6.

15

Рис. 6. Метод вывода объекта управления в рабочую точку пространства параметров