Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах

Диссертация: Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработанные методики построения и идентификации математической модели, проведения имитационных исследований, программы и алгоритмы решения задач оптимального управления, выбора структуры, параметров СУ универсальны и могут быть применены при решении аналогических задач других производств, в частности, при управлении процесса вулканизации шин и резинотехнических изделий, тепловой обработки… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи исследования
    • 1. 1. Технология производства силикатного кирпича
    • 1. 2. Современное состояние исследований в области моделирования и управления процессом тепловой обработки силикатного кирпича
    • 1. 3. Общая постановка задачи оптимального управления процессом тепловой обработки силикатного кирпича
    • 1. 4. Цели и задачи исследования
  • Глава 2. Разработка математической модели процесса тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах и проверка адекватности математической модели
    • 2. 1. Математическое моделирование процесса тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах
      • 2. 1. 1. Основные ограничения и допущения математической модели процесса тепловой обработки
      • 2. 1. 2. Математическое описание процесса распространения тепла в кирпичах
      • 2. 1. 3. Математическое описание процесса твердения кирпича
      • 2. 1. 4. Математическая модель распространения тепла в стенках автоклава
      • 2. 1. 5. Математическое описание процессов, протекающих в паровом объеме автоклава
    • 2. 2. Идентификация и проверка адекватности математической модели тепловой обработки силикатного кирпича
      • 2. 2. 1. Методика идентификации и проверки адекватности математической модели тепловой обработки силикатного кирпича
      • 2. 2. 2. Идентификация параметров модели твердения кирпича
      • 2. 2. 3. Идентификация теплофизических характеристик изделий
  • Глава 3. Исследование и оптимизация процесса тепловой обработки
    • 3. 1. Обоснование выбора системы технологических ограничений процесса и показателей качества изделий
      • 3. 1. 1. Прочность изделий
      • 3. 1. 2. Ограничение по температуре изделий
      • 3. 1. 3. Ограничение по перепаду температуры в кирпиче
      • 3. 1. 4. Температура поверхности пластин кирпичей
      • 3. 1. 5. Температура в автоклаве
      • 3. 1. 6. Ограничения на изменение входных воздействий
    • 3. 2. Математическая формализация критерия оптимизации
    • 3. 3. Имитационное исследование процесса тепловой обработки силикатного кирпича
      • 3. 3. 1. Методика проведения имитационных исследований
      • 3. 3. 2. Результаты имитационных исследований влияния режимных параметров на качественные показатели процесса
      • 3. 3. 3. Выбор управляющих воздействий
    • 3. 4. Оптимальное управление процессом тепловой обработки силикатного кирпича
      • 3. 4. 1. Постановка задач оптимального программного управления процессом тепловой обработки
      • 3. 4. 2. Алгоритм приближенного решения задачи оптимального программного управления
      • 3. 4. 3. Определение классов варьируемых функций
      • 3. 4. 4. Решение задачи оптимизации

Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последние годы в строительной индустрии отмечается снижение удельного веса построек из типовых железобетонных изделий и монолитного железобетона и рост доли строительства низко этажных кирпичных зданий по индивидуальным проектам. Кирпич, в то числе силикатный (СК) — является основным строительным материалом, определяющим стоимость, качество и долговечность этих построек. Следовательно, именно качество и стоимость СК в условиях рыночных отношений влияют на объём его реализации и уровень рентабельности производства.

Важнейшей стадией производства СК, влияющей на себестоимость и качество готовой продукций, является тепловая обработка (ТО). На её долю приходится основная часть времени изготовления изделий и до 80% энергозатрат.

Стадия ТО СК характеризуется слабой изученностью динамики протекающих физико-химических процессов, множеством влияющих факторов, в том числе неконтролируемых, и взаимосвязанностью значительной части выходных параметров распределенных в пространстве, сосредоточенностью управляющих воздействий. Особое значение приобретают отклонения в ходе технологического процесса, связанные с резкими скачками параметров греющего пара, вызванными пиковыми нагрузками и общей нехваткой энергоресурсов. Из-за отсутствия эффективных алгоритмов и систем управления (СУ) процессом ТО наблюдаются большие вариации качественных показателей изделий и значительный перерасход энергоресурсов.

В связи с этим создание эффективных алгоритмов и СУ процессом ТО, обеспечивающих снижение себестоимости изделий при сохранении заданных качественных показателей, является актуальной задачей, требующей проведения комплексных научных исследований, основанных на методах имитационного моделирования и оптимального управления.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является разработка алгоритмов оптимального управления периодическим процессом ТО СК в промышленных автоклавах, применимых как в условиях регламентного производства, так и в условиях колебания входных характеристик теплоносителясоздание на их основе систем управления, обеспечивающих поддержание экономически выгодных оптимальных режимов ТО и сохранение качества готовой продукции.

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, современной теории автоматического управления, системного анализа.

Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработана математическая модель динамики процесса ТО СК в промышленных автоклавах, организованная по блочному принципу и включающая математическое описание теплои массообменных процессов в паровом объеме автоклава, физико-химических процессов, протекающих в твердеющем кирпиче, в том числе кинетики изменения прочности кирпича, процессов распространения тепла в изделиях и потерь тепла через корпус автоклава.

2. Обоснованы качественные показатели, система технологических условий и ограничений, необходимые для решения задач управления процессом ТО СК в промышленных автоклавах.

3. Проведены имитационные исследования влияния режимных параметров на качественные и экономические показатели процесса.

4. Поставлена и решена задача оптимального управления процессом ТО СК в промышленных автоклавах.

Практическая ценность работы. Разработан комплекс программ для проведения имитационных исследований, решения задачи оптимального управления процессом.

Выявленные в результате исследования технологические особенности процесса ТО СК сформулированы в виде рекомендаций аппаратчику.

Результаты решение задачи оптимального управления процесса ТО СК, переданы в виде рекомендаций технологу. 7.

Разработанные методики построения и идентификации математической модели, проведения имитационных исследований, программы и алгоритмы решения задач оптимального управления, выбора структуры, параметров СУ универсальны и могут быть применены при решении аналогических задач других производств, в частности, при управлении процесса вулканизации шин и резинотехнических изделий, тепловой обработки композиционных материалов и железобетонных изделий, процесса стерилизации пищевых консервов.

Апробация работы. Основные результаты работы представлялись и обсуждались на всероссийских и международных научных конференциях: III научной конференции ТГТУ (Тамбов, 1996) — XI Международной конференции (Владимир 1998). Результаты решения задачи оптимального управления проверены на процессе тепловой обработки силикатного кирпича в автоклавах действующего производства ОАО «Жилищная инициатива» .

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Разработано математическое описание технологического процесса тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах, пригодное для имитационных исследований и оптимизации динамических режимов.

2. Формализованы качественные показатели процесса, система технологических условий и ограничений, сделано обоснование выбора энергозатрат в качестве критерия управления процессом.

3. Разработан алгоритм проведения имитационных исследований периодического процесса тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах.

4. Исследовано на модели влияние входных воздействий на качественные показатели процесса, и на основе проведенных исследований выявлены управляющие и основные возмущающие воздействия.

5. Поставлена и решена задача оптимального управления процессом тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах.

•: Определена структура и параметры системы управления процессом тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах, выбраны технические средства, реализующие разработанные алгоритмы управления.

Показать весь текст

Список литературы

  1. B.C., Шукуров Э. Д. Производство кирпича. — Ленинград: Стройиздат, 1988.
  2. В.П. Типовые производства силикатных изделий М.: Стройиздат, 1986.
  3. М.П., Анищенко А. А. Производство силикатного кирпича. М., Высшая школа, 1989.
  4. В.В. Теория силикатного кирпича М.: Высшая школа, 1979.
  5. М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячейстых материалов. М.: Стройиздат, 1990.
  6. В.В., Роговой М. И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М., Стройиздат, 1983.
  7. Н.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий строительных материалов и изделий. М., 1981.
  8. B.C., Шукуров Э. Д. Производство кирпича: Комплексная механизация и автоматизация. Л., Стройиздат, 1988.
  9. А.В., Цителаури Г. П., Хлебионек Е., Жадамбаа Ресурсосберегающие технологии керамики, силикатов и бетонов: Структурообразование и тепловая обработка. М., Стройиздат, 1991.
  10. С.М. Производство силикатного кирпича М. 1958. П. Бобкова М. М. Физическая химия силикатов. Минск, «Вышейшая школа», 1977.
  11. Ю.М., Дудеров Т. Н., Матвеев М. А. Общая технология силикатов. -М., Стройиздат, 1976.
  12. Ю.С. Технология строительных материалов и изделий. М., 1971.
  13. Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. М., 1986. ттлт г. «» ТТпоттессьт и аппараты в технологии строительных мате131
  14. В.Н. Тепловые установки Киев, 1990.
  15. А.С. 1 811 517 С 04 В 28/18 Сырьевая смесь для изготовления саиликатного кирпича.
  16. А С. 1 812 174 С 04 В 40/02 Способ формования силикатного кирпича.
  17. А.С. 1 839 664 А 3 С 04 В 28/14 Способ получения кирпича.
  18. А.С. 1 828 459 С 04 В 28/18 Способ изготовления строительного кирпича.
  19. А.С. 2 000 284 С, С 04 В 28/14, 11/06 Способ изготовления кирпича на основе фторангидрита.
  20. АС. 2 018 498 С 04 В 28/26 Способ изготовления безобжиговых строительных изделий.
  21. .Н. Механическое взаимодействие элементов структуры и прочности силикатных изделий. X. 1987.
  22. О.М., Лопатникова Л. Я., Гусев В. И. Изучение процессов гидратации композитных материалов. Под ред. Ю. М. Бутта. М., 1980.
  23. В.А. Статические решения в технологических задачах. -Кишинев, Картя Молдованскэ, 1969 323 с.
  24. Л.И., Файнер М. Ш. Методика комплексного анализа эффективности режимов тепловой обработки силикатного кирпича. Изв. вузов. Стр-во и архит-ра, 1974, N 10.
  25. Н.Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона. М., 1970.
  26. И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. М., Высш. шк., 1978. 309с.
  27. Ю.М., Рашкович Л. Н. Твердение вяжущих при повышенных температурах. М., Госстройиздат, 1969.
  28. Р. В сб. «Материалы III Международного симпозиума по силикатным строительным изделиям автоклавного твердения». М., ВНИИст-ром, 1974., aiuh производства кирпича. Под ред. И. М. Глуш132
  29. Тимашев В В. Синтез и гидратация вяжущих материалов. // Влияние физической структуры силикатного камня на его прочность М.: Наука, 1986. -с.370−377.
  30. ЗЗ.Обещенко Г. А., Шифрин Е. И. Математическая модель и эффективные режимы ТВО силикатного кирпича. // Силикатная промышленность 1981. — N 12. -с.9−11.
  31. В.Д. Новый прибор для контроля за твердением кирпича в процессе термообработки. // Силикатная промышленность. -N1 .-1988.-с.25−26.
  32. С.А., Малинина Л. А. Ускорение твердения кирпича. М., 1991.
  33. С.С., Никулин Л. И., Тихонов А. Ф. Автоматизация контроля качества изделий силикатной промышленности. М., 1991.
  34. А.С. 318 914, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления тепловой обработкой силикатных изделий.
  35. А.С. 1 312 525, G 05 В 19/02, С 06 F 15/46. Устройство управления тепловой обработкой силикатного кирпича.
  36. Л.И., Файнер М. Ш. Методика комплексного анализа эффективности режимов тепловой обработки кирпича. Изв. вузов. Стр-во и архит-ра, 1974, N 10.
  37. Н.Б. Тепловая обработка изделий на заводах строительной индустрии. М., 1970.
  38. А.Д. Тепло и массообмен при твердении кирпича в паровой среде. М., 1967.
  39. Автоматизация технологических процессов на ДСК, — Под ред. А. Б. Минина, М., 1972.
  40. А.Д. Тепло и массообмен при твердении силикатного кирпича в паровой среде. М., 1967.
  41. В.И. и др. Совершенствование тепловлажностной обработки силикатного кирпича // Силикатная промышленность, 1982, № 3, с.21−23
  42. А.С. 370 191, С 04 В 41/30. Способ регулирования процесса тепловой обработки изделий стройиндустрии.
  43. А.С. 526 859, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления прочностью силикатных изделий.
  44. А.С. 828 173, G 05 В 19/02. Устройство для управления тепловой обработкой силикатного кирпича.
  45. А.С. 881 086, С 04 В 41/30. Способ управления процессом тепловой обработки строительных изделий.
  46. А.С. 948 685, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления составом силикатной смеси и режимом тепловой обработки силикатных изделий.
  47. А.С. 1 416 320, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для управления процессом изготовления силикатного кирпича.
  48. А.С. 1 418 290, В 28 С 7/00, G 05 В 21/02. Устройство управления процессом пропаривания кирпича в тепловой установке.
  49. А.С. 1 516 364, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для управления процессом изготовления силикатных изделий.
  50. А.С. 1 715 787, С 04 В 40/02, В 28 В 11/00. Способ управления процессом термообработки изделий.
  51. А.С. 1 790 570, С 04 В 40/02. Способ управления процессом тепловой обработки изделий.4002. Способ термовлажностной обработки сили
  52. А.И. Системы автоматизации процессов тепловой обработки изделий // Механизация и автоматизация производства, 1970, № 7.
  53. В.А. Автоматизация промышленных автоклавов с использованием регулятора ПРСП // Реф. сб.: Передовой опыт в строительстве / ЦБНТИ Сер III. Технология производства строительных конструкций, изделий и материалов. -1981. Вып. 1, с. 10−11.
  54. В.П. др. Система комплексной автоматизации тепловлажностной обработки силикатного кирпича // Экспресс информ. / ЦБНТИ Минстроя СССР. — Сер. Строительная индустрия. — 1986. Вып. 8. — с. 22−26.
  55. А.Я., Лебедев В. Ф., Казаков Е. В. Управление тепловой обработкой изделий с применением пневматической установки «ПУСК ЗС». М., 1973. Сер. «Промышленность сборного железобетона», Вып. З ВНИИЭСМ.
  56. Технические средства автоматизации химических производств: Справ.изд. /B.C. Балакирев, Л. А. Барский, А. В. Бугров и др. М.: Химия, 1991.272с.
  57. С.В. Тенденции развития систем управления технологическими процессами //Приборы и системы управления. 1996. № 9. С.6−8.
  58. А.И., Матвейкин В. Г., Фролов С. В. Программно-технические комплексы, контроллеры и SCADA-системы. М. 1997.
  59. В.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1974. 439с.
  60. В.В., Глебов М. Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учеб. Пособие для ВУЗов. М.: Высшая школа, 1991. 400с.
  61. И.М., Фомин С. В. Вариационное исчисление. М.: Физматгиз, 1961.135
  62. Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления М.: Наука, 1978. 488с.
  63. ВГ. Математические методы оптимального управления. М. Наука, 1969. 408с.
  64. А.Ф. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами. М.: Наука, 1978. 468с.
  65. Н.Н. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.488с.
  66. Ф.П. Методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1981 400с.
  67. Л.Б. Термодинамические и переносные свойства капилярно-пористых тел. Южно-Уральское книжное издательство, 1971.
  68. А.В. Явление переноса в капилярно-пористых телах. М., Госэнер-гоиздат, 1954.
  69. А.В., Михайлов Ю. А. Теория тепломассопереноса, М.-Л., Госэнер-гоиздат, 1963.
  70. А.В., Тепломассообмен, М., 'Энергия', 1972.
  71. А.В., Теория теплопроводности, М., 'Высшая школа', 1967.81 .Кутателадзе С. С. Теплообмен при конденсации. М., «Энергия», 1977, 242с.
  72. В.П. Теплообмен при конденсации. М., 1977.
  73. Е.И. Расчет и моделирование выпарных установок. М.: Химия, 1970.-216с.
  74. М.П. Термодинамические свойства воды и водяного пара (таблицы и диаграммы). М.: Стандарты, 1969.
  75. Л. В. Крылов В.И. Приближенные методы высшего анализа. М.: Физматгиз, 1962.
  76. С.Г. Прямые методы в математической физике. Гостехиздат, 1950.
  77. Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М., 1969−424с.136
  78. Ф.И. Автоматизация управления трубчатыми печами. М.: Химия, 1980−2 Юс.
  79. С.В. Математическое моделирование и оптимизация процесса обесфторивания фосфатов во вращающейся печи. Канд. дисс. -Тамбов: ТИХМ, 1988. -240с.
  80. Справочник по теории автоматического управления. /Под ред. А, А, Кра-совского. М., Наука, 1987. 712с.
  81. Г. М., Волин Ю. М. Моделирование сложных химико-технологических схем. М., Химия, 1975. 312с.
  82. Г., Рейвиндран А., Рэгсдейл К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. -М.: Мир, 1986.
  83. А.В. Оптимизация процесса стерилизации консервов в автоклаве и его математическое моделирование: Канд дисс. Л., 1985. 366с.
  84. А.В., Дворецкий С. И., Матвейкин В. Г. Проблемы управления в многоассортиментных гибких автоматизированных производственных системах нового поколения //TOXT.-N5.-1994.-c.
  85. В.Г. Методы, алгоритмы и системы гарантированного оптимального управления химико-технологическими процессами. Докт. дисс. -М.: МИХМ, 1991. -535с.
  86. Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А. Кра-совского. М.: Наука, 1987. — 712с.
  87. B.C., Володин В. М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии (экстремальные задачи В АСУ). М.: Химия, 1978. -384с.
  88. В.П., Муромцев Ю. Л., Матвейкин В. Г. Оценка точности прогнозирования по математическому описанию, используемому в системе оптимального управления //ТОХТ, Т.23, 1989. -№ 3. С378−384.
  89. А.И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1975. — 576с.137
  90. С.В., Харченко В. Ю. Математическая модель тепловой обработки силикатного кирпича в промышленных автоклавах/ Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 1997. 33с. Деп. в ВИНИТИ 04.04.97, № 1081-В97.
  91. С.В., Лагутин А. В. Математическая модель тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий в камерах ямного типа/ Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 1996. 24с. Деп. в ВИНИТИ 20.09.96, № 2844-В96.
  92. Ю2.Матвейкин В. Г., Фролов С. В., Лагутин А. В. Модернизация лабораторных стендов на базе пневматических имитаторов динамики// Приборы и системы управления. 1997. № 4. С.44−46.
  93. Purton M.J., Coldrey J.M. The effect of autoclaving conditions on the constitution and properties of calcium silicate brick spesiraens. Trans. Brit. Ceram. Soc., 1970 № 3.
  94. Alonso A.A., Banga J.R. Perez-Martin R. Modeling and adaptive control for batch sterilization// Computers chemical engineering Vol.22, No.3, pp.445−458,1998.138
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!