Розвиток теорії інтегрованого управління технологічними комплексами залізорудного гірничо-збагачувального комбінату

Основна ідея роботи полягає в побудові адаптивної інтегрованої системи управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди з урахуванням нестаціонарності параметрів технологічних процесів.

Об’єктом дослідження є процеси переробки та збагачення залізної руди на гірничо-збагачувальному комбінаті.

Предметами дослідження є математичні моделі видобувних і переробних процесів, попередній відбір даних для створення адекватних моделей виробничих процесів, скорочення обчислень шляхом врахування лише кількох перших інтервалів кореляційних функцій, оптимізація уставок регуляторів, регулятори технологічних процесів, оцінка інтервалу квантування випадкових функцій, пов’язаних з технологічними процесами.

Методи досліджень. При попередньому відборі даних для створення математичних моделей були використані класичні методи кластеризації 

(розділ 2). Оптимізація уставок регуляторів технологічних процесів досягнута використанням відомих апробованих градієнтних методів, лінійного й нелінійного програмування з корекцією останніх (розділ 3). При створенні математичних моделей використані методи математичної статистики, кореляційні методи, визначення різницевих рівнянь з використанням рівняння Вінера-Хопфа, класичні методи багатозв’язних систем (розділ 4). Скорочення обчислень при формуванні дискретної моделі об’єкту управління здійснювалось шляхом урахування значень лише перших інтервалів кореляційних функцій (розділ 4). Розрахунки регуляторів технологічних процесів базувались на подальшому розвитку методу оберненого регулятора шляхом поширення його на багатозв’язні дискретні кореляційні моделі виробничих процесів (розділ 4). Оцінка інтервалу квантування технологічних процесів, який забезпечує задану точність одержання математичної моделі в разі, коли вхідні та вихідні дії є випадковими, проводилася з використанням апробованих методів спектрального аналізу функцій технологічних процесів (розділ 4).

Наукові положення та новизна отриманих результатів.

1. Ідентифікація технологічних параметрів процесів переробки та збагачення залізної руди здійснюється з використанням математичної моделі, коефіцієнти якої оновлюються на кожному кроці алгоритму, причому вихідні дані для розрахунку поточних коефіцієнтів моделі вибираються як сукупності, вектори яких найбільш близько розташовані до вектора поточної ситуації та характеризуються найбільшими коефіцієнтами кореляції між вхідними й вихідними даними, а подальша оптимізація коефіцієнтів цієї моделі визначає уставки регуляторів інтегрованої системи управління для вибору раціональних режимів роботи процесів переробки та збагачення залізної руди.

2. Для побудови динамічної різницевої моделі процесів переробки та збагачення залізної руди на основі рівняння Вінера-Хопфа, а також розрахунку інтервалу квантування параметрів технологічних процесів на підставі його спектральних характеристик, достатньо використання обмеженої кількості значень кореляційних функцій параметрів технологічних процесів, які характеризують найбільш тісні зв’язки між вхідними та вихідними діями.

3. Уведення в контур управління додаткового зворотного зв’язку, що оптимізує коефіцієнти регулятора під час управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди як багатозв’язною цифровою системою з використанням методу оберненого оператора, забезпечує суттєве зменшення похибки керування.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються коректністю поставлених завдань, використанням достовірних методів теорії автоматичного управління, дослідження операцій; застосуванням апробованих та достатньо надійних методів математичної статистики, кореляційного, регресійного, спектрального аналізу, накопиченням експериментальних даних при проведенні пасивного експерименту на ІнГЗК в період з 1995 по 2004 р.; безпосереднім порівнянням результатів моделювання технологічних процесів переробки та збагачення з результатами експериментальних даних, розбіжність між якими не перевищує 5%; численними підтвердженнями результатів моделювання; позитивними результатами впровадження досліджень і розробок у виробництво.

Наукове значення роботи полягає в наступному:

–побудована математична модель технологічних процесів переробки та збагачення залізної руди змінної структури, яка, на відміну від існуючих, ураховує нестаціонарність цих процесів й полягає в оновленні параметрів моделі на кожному кроці керування, причому вихідні дані для розрахунку поточних коефіцієнтів моделі вибираються як сукупності, вектори яких найбільш близько розташовані до вектора поточної ситуації та характеризуються найбільшими коефіцієнтами кореляції між вхідними та вихідними параметрами з метою усунення впливу даних (інваріантності), які не відповідають поточному стану об’єкту керування;

–побудована динамічна різницева модель процесів переробки та збагачення залізної руди на основі рівняння Вінера-Хопфа, особливість якої полягає у використанні обмеженої кількості значень кореляційних функцій технологічних параметрів процесів, що практично не знижує точності розрахунків моделі й скорочує обчислення кореляційних функцій та відповідно керуючих дій;

–розроблена багатозв’язна цифрова система управління технологічними процесами переробки та збагачення залізної руди, яка базується на використанні методу оберненого оператора й відрізняється додатково введеним зворотним зв’язком у вигляді програми, результатом роботи якої є визначення коефіцієнтів кореляційної моделі об’єкту та їх оптимізація, що зменшує похибку керування;

– розроблений удосконалений варіант вирішення задачі математичного програмування з урахуванням концепції оновлення моделі на кожному кроці розрахунку, який використовується для розрахунку уставок регуляторів системи автоматичного керування процесами переробки та збагачення залізної руди в умовах їх нестаціонарності, що виключає можливість зациклення алгоритму оптимізації або вихід за область пошуку оптимуму, які можуть виникати в традиційних методах.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані принципи оптимізації процесів переробки та збагачення залізної руди на ГЗК, математична модель цих процесів, методи оптимізації складу рудної шихти й раціональних параметрів процесів переробки та збагачення залізної руди знайшли відображення у створених автором методиках: методиці оцінки параметрів для вибору способу управління систем з випадковими збуреннями в умовах гірничо-збагачувального комбінату для збільшення його прибутку при випуску кінцевого продукту (передана інституту “Механобрчермет”, м. Кривий Ріг, науково-виробничій корпорації “Київський інститут автоматики”); методиці автоматизованого розрахунку й аналізу собівартості функціонування дільниць дробильної фабрики, а