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

Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловлажностной обработки: На примере производства железобетонных изделий

Диссертация: Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловлажностной обработки: На примере производства железобетонных изделий
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В связи с этим создание эффективных алгоритмов и СУ процессом ТВО является сложной задачей, которая требует проведения комплексных научных исследований, основанных на методах имитационного моделирования и оптимального управления. Процесс ТВО ЖБИ в пропарочных камерах характеризуется следующими особенностями: в периодическим характером, исключающим статические режимы производства изделий… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи исследований
    • 1. 1. Современное состояние технологии и исследований в облас- 9 ти моделирования и управления процессом тепловой обработки железобетонных изделий
    • 1. 2. Общая постановка задачи оптимального управления процес- 24 сом тепловлажносткой обработки железобетонных изделий
    • 1. 3. Цели и задачи исследования
  • Глава 2. Математическая модель процесса тешговлажностной обработки железобетонных изделий в пропарочных камерах
    • 2. 1. Основные ограничения и допущения математической моде- 32 ли процесса тепловлажностной обработки
    • 2. 2. Математическое описание процессов, протекающих в изде- 35 лиях
      • 2. 2. 1. Математическая модель распространения тепла в изде
    • 2. 3. Математическая модель распространения тепла в огражде- 53 нии камеры
    • 2. 4. Математическое описание процессов, протекающих в паро- 59 воздушном объеме камеры
      • 2. 4. 1. Уравнения общего и покомпонентных материальных 59 балансов для паро-воздушной смеси
      • 2. 5. 2. Энергетический баланс паро-воздушного объема каме
      • 2. 2. 2. Математическая модель гидратации цемента
      • 2. 2. 3. Математическая модель твердения бетона
  • Глава 3. Формализация качественных показателей процесса и провер- 68 ка адекватности математической модели
    • 3. 1. Определение показателей качества процесса, технологических условий и ограничений
      • 3. 1. 1. Прочность изделий
      • 3. 1. 2. Ограничение по температуре изделий
      • 3. 1. 3. Ограничение по перепаду температуры в изделиях
      • 3. 1. 4. Температура поверхности изделий
      • 3. 1. 5. Температура в камере
      • 3. 1. 6. Ограничение по перепад давления
      • 3. 1. 7. Ограничения на изменение входных воздействий 76 3.2 Математическая формализация критерия оптимизации
    • 3. 3. Идентификации и проверки адекватности математической модели
      • 3. 3. 1. Методика идентификации и проверки адекватности 83 математической модели объекта
      • 3. 3. 2. Идентификация математической модели гидратации 90 цемента
      • 3. 3. 3. Идентификация параметров модели твердения бе- 93 тона
      • 3. 3. 4. Идентификация теплофизических характеристик 95 изделий
  • Глава 4. Исследование и оптимизация процесса тепловлажностной об- 101 работки
    • 4. 1. Имитационное исследование процесса тепловлажностной 101 обработки железобетонных изделий
      • 4. 1. 1. Методика проведения имитационных исследований
      • 4. 1. 2. Результаты имитационных исследований влияния 109 режимных параметров на качественные показатели процесса
      • 4. 1. 3. Выбор управляющих воздействий
    • 4. 2. Оптимизация процесса тепловлажностной обработки же- 122 лезобетонных изделий
      • 4. 2. 1. Постановка задач оптимального программного 122 управления процессом тепловлажностной обработки
      • 4. 2. 2. Алгоритм приближенного решения задачи оптималь
  • Глава 5. Разработка системы управления процессом тепловлажност
    • 5. 2. Формирование множества структур СУ процессом тепло- 141 влажностной обработки
    • 5. 3. Формулировка задачи определения оптимальных заданий 151 регуляторам
    • 5. 4. Реализация алгоритмов управления процессом тепловлаж- 154 ностной обработки железобетонных изделий

Математическое моделирование и оптимальное управление процессом тепловлажностной обработки: На примере производства железобетонных изделий (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

На современном уровне развития строительной технологии требуются новые конструкционные материалы с заданными свойствами и характеристиками. К таким материалам в первую очередь относятся продукция предприятий производящих железобетонные изделия (ЖБИ). Применение железобетонных изделий позволяет значительно сократить металлоемкость, стоимость и трудоемкость строительства, вес зданий, энергозатраты на их возведение и эксплуатацию.

В современных экономических условиях на предприятиях производящих готовые железобетонные изделия особенно остро стоит вопрос снижения себестоимости выпускаемых изделий при обеспечении заданных качественных показателей и объема выпускаемой продукции. Эту задачу невозможно решить в отрыве от глубоких исследований на основе математического моделирования и внедрения современных методов и средств управления.

Управление производством железобетонных изделий осложнено много стадийностью, непрерывно-дискретным характером основных технологических процессов, их территориальной распределенностью и временной разобщенностью. Таким образом, поставленная задача является чрезвычайно сложной из-за перечисленных особенностей этого процесса.

Себестоимость и качество выпускаемой продукции всегда существенно зависят от технологии выполнения наиболее сложных, длительных и трудоемких процессов. Таким процессом в производстве ЖБИ является тепловая обработка отформованных изделий. Производственный опыт показывает, что этот процесс занимает 70−80% времени всего цикла изготовления изделий и является очень энергоемким: до 80% энергозатрат приходятся на эту стадию, при этом сумма затрат на энергорееурсы составляют около 20% всей себестоимости изделий. С другой стороны, теоретические работы отечественных и зарубежных исследователей показали, что на предприятиях производящих ЖБИ расходуется значительно больше количества тепла, по сравнению с требованиями технологии, то есть имеется существенный резерв управления себестоимостью изделий. Это стало предпосылкой для разработки разнообразных технологических способов тепловой обработки, конструкций тепловых установок, алгоритмов управления процессом.

В настоящее время наибольшее распространение получил тепло-влажностный способ обработки (ТВО) железобетонных изделий в пропарочных камерах ямного типа. Количество этих периодических установки в нашей стране составляют около 70% от общего количества тепловых установок предприятий производящих железобетонные изделия.

Однако, не смотря на широкое распространение пропарочных камер, из-за отсутствии! эффективных алгоритмов и систем управления процессом ТВО ЖБИ наблюдаются большие вариации качественных показателей изделий и значительный перерасход энергоресурсов. Разработка алгоритмов и систем управления процессом ТВО ЖБИ, обеспечивающих снижение себестоимости изделий при выполнении заданных качественных показателей, является актуальной задачей.

Процесс ТВО ЖБИ в пропарочных камерах характеризуется следующими особенностями: в периодическим характером, исключающим статические режимы производства изделий и автоматизации его только на базе систем стабилизации;

• распределенностью в пространстве многих выходных координат и сосредоточенностью управляющих воздействийе большим числом взаимосвязанных выходных технологических координат объекта управления;

• слабой изученностью большинства физико-химических и тем более механических процессов протекающих при ТВО ЖБИ, что затрудняет оперативное определение или вычисление выходных координат объекта;

В связи с этим создание эффективных алгоритмов и СУ процессом ТВО является сложной задачей, которая требует проведения комплексных научных исследований, основанных на методах имитационного моделирования и оптимального управления.

Диссертация состоит из введения пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Разработано математическое описание технологического процесса тегоювлажностной обработки ЖБИ в пропарочных камерах ямного типа, 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 ТВО ЖБИ.

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

5. Поставлена и решена задача оптимального управления процессом ТВО ЖБИ в пропарочных камерах.

6. Сформулирована задача и разработан алгоритм определения структуры и параметров следящих автоматических систем с оптимальными заданиями регуляторам.

7. Поставлена задача определения оптимальных заданий регуляторам следящих автоматических систем управления.

8. Определена структура и параметры системы управления процессом тепловлажностной обработки ЖБИ в пропарочных камерах, выбраны технические средства, реализующие разработанные алгоритмы управления.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Производство сборных железобетонных изделий. Справочник. Под ред. К. В. Михайлова. — М., Стройиздат, 1989.
  2. Ю.М., Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М., Стройиздат, 1984−672с.
  3. И.И. Технико-экономический анализ способов производства железобетона. М., Стройиздат, 1973
  4. O.A. Технология бетонных и железобетонных изделий. М., 1971
  5. Ю.С. Технология строительных материалов и изделий. М., 1971
  6. Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. М., 1986
  7. В.В., Роговой М. И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М., Стройиздат, 1983
  8. Н.М. Теплотехника и теплотехническое оборудование предприятий строительных материалов и изделий. М., 1981.
  9. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов./ И. М. Борщ и др. Киев, 1990.
  10. Ю.Кокшарев В. Н. Тепловые установки Киев, 1990.11 .Кучеренко A.A. Тепловые установки заводов сборного железобетона. Киев, 1977.
  11. В.А. Статические решения в технологических задачах. Кишинев, Картя Молдованскэ, 1969 — 323 с.
  12. И.Н. Основы физики бетона. М.: Стройиздат, 1981. — 464 с.
  13. О.Я., Щербаков E.H., Писанко Г. Н. Высокопрочный бетон. М.: Гос-стройиздат, 1971. — 208 с.
  14. А.Е. Некоторые вопросы структуры, прочности и деформативности бетонов. М., 1966. — с. 4- 58.
  15. А.М. Свойства бетона: Пер. с англ. -М.: Стройиздат, 1972. -344 с.
  16. И.А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. М., Высш. шк., 1978. 309с.
  17. Л.А., Нисневич М. Л., Шлаин И. Б. Современные требования к заполнителям для бетона // VI конф. по бетону и железобетону: Материалы секции, подготовл. ВНИИ железобетона: 1966. — Вып.2. — с. 39 — 48.
  18. .Г. Исследование прочности бетона и пластичности бетонной смеси. М.: Б.и., 1936. — 222 с.
  19. П.И., Ковалерова В. И. Влияние природы заполнителей на прочность раствора // Бетон и железобетон. 1961. — № 3. — с.120−122.
  20. С.С. Структура и свойства тяжелых бетонов на различных заполнителях. М.: Стройиздат, 1969. — 151 с.
  21. И.М., Глущенко Н. Ф., Ильин А. Г. Структура и прочность дорожного цементного бетона. X., 1965. — 135 с.
  22. В.И., Иванов В. А. Экспериментальные исследования прочности и деформативности высокопрочных бетонов // Высокопрочные бетоны. К.,
  23. Bloom D.L. Ganov R.O. Effects of Aggvegates Propetios on Stvength of Concret // J. of the Amer. Conckete Inst. -1963. № 10 — P.1425 -1453.
  24. Hsu T.T.S., Slate F.O. Tensile Bond Stvengtl, betwen Aggregate and Cement Paste ov Movtav// J. of the Amer. Conckete Inst. -1963. № 4 — P.465 — 485.
  25. A.A. Расчет несущей способности конструкций по методу предельного равновесия. М.: Стройиздат, 1949. -Т.1. — 300 с.
  26. О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. -М.: Стройиздат, 1962. 96 с. 29 .Newman К. The Stracture and Engineering Properties of Concrete // Proc. of an Intern. Symp., Southgempton? 1964. Oxford, 1965 — P.713−721.
  27. Pelter R. Note sur la Courde Interinsegue des Beton // Annales Ponts of Chausses. 1955 -№ 6-P. 779−889.
  28. Spooner D.S., Dongell J.W. A Qnantitaitive Assegment of Damage Sustained in Concrete during Compressive Loading // Mag. of Concrete Research. 1975 — № 92 -P. 151−160.
  29. Gri?fith A.A. The Phenonomena of Raptura and Flow in solids // Philos. Jrans. Roy. Soc. 1920. — A 221.- P.163.
  30. ЗЗ.Зайцев Ю. В. Механизмы разрушения бетона при кратковременном сжаи //Бетон и железобетон. -1977. -№ 7.- с. 35 37.
  31. .Г. Теория прочности бетона. Новые виды бетонов. X.: Гос-научтехиздат Украины. 1934. 56 с.
  32. А.Е., Чеховский Ю. В., Бруссер М. И. Структура и свойства цементных бетонов. М.: Строиздат, 1979. -344 с.
  33. .Н. Механическое взаимодействие элементов структуры и прочности бетонов. X. 1987.
  34. О.М., Лопатникова Л. Я., Гусев В. И. Изучение процессов гидратации цементов. Под ред. Ю. М. Бутта. М., 1980
  35. Ю.М., Гимашев В. В. Портландцемент. Минераллогический и гранулометрические составы, прцессы модификации и гидратации. М., 1974
  36. Р., Уэда Ш. Кинетика и механизация гидратации цемента // V Международный конгресс по химии цемента (Токио, 1968г).М., Стройиздат, 1973 -с. 185−206.
  37. А.Ф. Твердение мономинеральных вяжущих веществ (Вопросы теории). М.: Стройиздат, 1966
  38. И.Д., Окороков С. Д., Порийский A.A. Тепловыделение бетона. М.-Л. .Стройиздат, 1966.
  39. Т.Д. Введение в техническую теорию деформации, набухания и усадки бетона. // Строительная механика и строительные конструкции. Л.:АИСИ, 1957.-Вып.26-с. 181−214.
  40. С., Гринберг С. А. Гидратация трехкальциевого и (5- двухкальциевого силиката при комнатной температуре // IV Международный конгресс по химии цемента. М., Стройиздат, 1964. с. 123−158
  41. В.Д. Новый прибор для контроля за твердением бетона в процессе термообработки. //Бетон и железобетон. -N1.-1993.-0.25−26.
  42. С.А., Малинина Л. А. Ускорение твердения бетона. М., 1991.
  43. С.С., Никулин Л. И., Тихонов А. Ф. Автоматизация контроля качества изделий из бетона и железобетона. М., 1991.
  44. А.С. 318 914, в 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления тепловой обработкой железобетонных изделий.
  45. А.С. 1 312 525, О 05 В 19/02, в 06 Р 15/46. Устройство управления тепловой обработкой бетона.
  46. Л.И., Файнер М. Ш. Методика комплексного анализа эффективности режимов тепловой обработки железобетонных конструкций. Изв. вузов. Стр-во и архит-ра, 1974, N 10.
  47. Ш. Т., Комар А. А. Энергосберегающая технология железобетонных конструкций из высокопрочного бетона с химическими добавками.53 .Марьямов Н. Б. Тепловая обработка изделий на заводах сборного железобетона. М., 1970
  48. А.Д. Тепло и массообмен при твердении бетона в паровой среде. М., 1967.
  49. Автоматизация технологических процессов на ДСК.- Под ред. А. Б. Минина, М., 1972
  50. Повышение эффективности производства железобетона. Под ред. И. М. Глушко. Киев, 1987, 128 с.
  51. В.И. и др. Совершенствование тепловлажностной обработки тяжелых бетонов // Бетон и железобетон, 1992, № 3, с.21−23
  52. Г. А., Трембицкий С. М., Эффективные тепловые методы интенсификации твердения бетона // Бетон и железобетон, 1991, № 4, с. 11−13.
  53. A.C. 691 305, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управлением составом бетонной смеси и режимом тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий.
  54. A.C. 370 191, С 04 В 41/30. Способ регулирования процесса тепловой обработки изделий стройиндустрии.
  55. A.C. 846 540, С 04 В 41/30, G 05 D 23/19. Способ автоматического регулирования процесса термообработки бетонных и железобетонных изделий и устройство для его осуществления.
  56. A.C. 526 859, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления прочностью бетонных и железобетонных изделий.
  57. A.C. 828 173, G 05 В 19/02. Устройство для управления тепловой обработкой железобетонных изделий.
  58. A.C. 881 086, С 04 В 41/30. Способ управления процессом тепловой обработки строительных изделий.
  59. А.С. 948 685, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для автоматического управления составом бетонной смеси и режимом тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий.
  60. А.С. 1 416 320, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий.
  61. А.С. 1 418 290, В 28 С 7/00, G 05 В 21/02. Устройство управления процессом тепловой обработки бетонных и железобетонных изделий в тепловой установке.
  62. А.С. 1 516 364, В 28 С 7/00, G 05 В 19/02. Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий.
  63. А.С. 1 715 787, С 04 В 40/02, В 28 В 11/00. Способ управления процессом термообработки изделий.
  64. А.С. 1 790 570, С 04 В 40/02. Способ управления процессом тепловой обработки бетонных изделий.
  65. А.С. 1 551 703, С 04 В 40.02. Способ термовлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий.
  66. А.И. Системы автоматизации процессов тепловой обработки изделий // Механизация и автоматизация производства, 1970, № 7.
  67. В.А. Автоматизация ямных камер 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.
  68. В.П. др. Система комплексной автоматизации тепловлажностной обработки железобетонных изделий // Экспресс информ. / ЦБНТИ Минстроя СССР. — Сер. Строительная индустрия. -1986. Вып. 8. — с. 22−26.
  69. С.П., Гордон А. Э. Автоматизация технологических процессов в производстве сборного железобетона // Обзор информации / ВНИИ ЭСМ, Сер. 3. Промышленность сборного железобетона. 1983. — Вып. 1. — с. 55.
  70. 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.
  71. Устройство управления тепловой обработкой бетона типа «Бетон-Т2». Отраслевой каталог ГСП. Приборы и средства автоматизации. Ч. 1.6, 1.7. Ин-формприбор.- М., 1994. — с. 11−13.
  72. Технические средства автоматизации химических производств: Справ.изд. /B.C. Балакирев, Л. А. Барский, A.B. Бугров и др. М.: Химия, 1991. 272с.
  73. C.B. Тенденции развития систем управления технологическими процессами //Приборы и системы управления. 1996. № 9. С.6−8.
  74. А.И., Матвейкин В. Г., Фролов C.B. Программно-технические комплексы, контроллеры и SCADA-системы. М. 1997.
  75. П.К. Оптимизация систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1977. 480с.
  76. Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления. М.: Наука, 1978. 488с.
  77. ВГ. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969. 408с.
  78. А.М. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами. М.: Наука, 1978. 468с.
  79. H.H. Численные методы в теории оптимальных систем. М.: Наука, 1971.488с.
  80. Ф.П. Методы решения экстремальных задач. М.: Наука, 1981. 400с.
  81. Л.Б. Термодинамические и переносные свойства капилярно-пористыхтел. Южно-Уральское книжное издательство, 1971.
  82. A.B. Явление переноса в капилярно-пористых телах. М., Госэнерго-издат, 1954.
  83. A.B., Михайлов Ю. А. Теория тепломассопереноса, М.-Л., Госэнерго-издат, 1963.
  84. A.B., Тепломассообмен, М., 'Энергия', 1972.
  85. A.B., Теория теплопроводности, М., 'Высшая школа', 1967.
  86. С.С. Теплообмен при конденсации. М., «Энергия», 1977, 242с.
  87. В.П. Теплообмен при конденсации. М., 1977.
  88. Е.И. Расчет и моделирование выпарных установок. М.: Химия, 1970.-216с.
  89. M.IT. Термодинамические свойства воды и водяного пара (таблицы и диаграммы). М.: Стандарты, 1969
  90. Л. В. Крылов В.И. Приближенные методы высшего анализа. М.: Физматгиз, 1962
  91. ЮО.Михлин С. Г. Прямые методы в математической физике. Гостехиздат, 1950 Ю1. Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М&bdquo- 1969−424с.
  92. Ф.И. Автоматизация управления трубчатыми печами. М.: Химия, 1980−2 Юс.
  93. ЮЗ.Фролов C.B. Математическое моделирование и оптимизация процесса обесфторивания фосфатов во вращающейся печи. Канд. дисс. -Тамбов: ТИХМ, 1988.-240с.
  94. Справочник по теории автоматического управления. /Под ред. А, А, Красов-ского. М., Наука, 1987. 712с.
  95. Г. М., Волин Ю. М. Моделирование сложных химико-технологических схем. М., Химия, 1975. 312с.
  96. Юб.Реклетис Г., Рейвиндран А., Рэгсдейл К. Оптимизация в технике: В 2-х кн. -М.: Мир, 1986.
  97. A.B. Оптимизация процесса стерилизации консервов в автоклаве и его математическое моделирование: Канд дисс. Л., 1985. 366с.
  98. А.В., Дворецкий С. И., Матвейкии В. Г. Проблеммы управления в многоассортиментных гибких автоматизированных производственных системах нового поколения //TOXT.-N5.-1994.-c.
  99. Ю9.Матвейкин В. Г. Методы, алгоритмы и системы гарантированного оптимального управления химико-технологическими процессами. Докт. дисс. -М.: МИХМ, 1991.-535с.
  100. Ю.Справочник по теории автоматического управления /Под ред. А.А. Красов-ского. М.: Наука, 1987. — 712с.
  101. Ш. Балакирев B.C., Володин В. М., Цирлин A.M. Оптимальное управление процессами химической технологии (экстремальные задачи В АСУ). М.: Химия, 1978. — 384с.
  102. В.И., Муромцев Ю. Л., Матвейкин В. Г. Оценка точности прогнозирования по математическому описанию, используемому в системе оптимального управления //ТОХТ, Т.23, 1989. -№ 3. С378−384.
  103. ПЗ.Бояринов А. И., Кафаров В. В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1975. — 576с.
  104. В.И., Фролов C.B., Лагутин А. В., Живописцев В. А. Синтез структуры автоматической системы регулирования первого слоя контактного аппарата в производстве серной кислоты// Хим. пром-сть. 1994. № 7. С.485−491.
  105. C.B., 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.
  106. Пб.Матвейкин В. Г., Фролов C.B., Лагутин А. В. Система автоматического управления тепловлажностной обработкой железобетонных изделий на базе микроконтроллера Р-130// Приборы и системы управления. 1997. № 1. С.12−14.
  107. В.Г., Фролов C.B., Лагутин А. В. Модернизация лабораторных стендов на базе пневматических имитаторов динамики// Приборы и системы управления. 1997. № 4. С.44−46.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!