Математичні моделі та методи комп'ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті

4. Для оцінки ефективності алгоритмів оперативного керування процесом екстракції вперше запропоновано модифікацію методу імітаційного моделювання, в якій використано симбіоз нечітких множин і нечіткої логіки з відомим в теорії розрахунків процесу екстракції “принципом t”. Метод імітаційного моделювання в цій модифікації дозволяє оцінювати хід процесу екстракції з відносною похибкою, яка не перевищує 5%, що цілком достатньо для ефективного оперативного керування процесом і не може бути досягнуто за допомогою інших відомих підходів.

5. Вперше розроблено базу знань в якості моделі та метод прогнозування значень основної вихідної координати – втрат цукру в стружці на виході з ПДА на основі теорії нечітких множин, нечіткої логіки та генетичних алгоритмів оптимізації, який дозволив врахувати не лише кількісні, а й якісні показники процесу та включити до складу моделі велику кількість коефіцієнтів настроювання бази знань для відтворення залежності прогнозованої координати від параметрів процесу. Модель дозволяє прогнозувати значення втрат цукру в жомі з похибкою, яка не перевищує 5% від їх максимального значення, що не може бути досягнуто за допомогою будь-якої іншої із відомих моделей та будь-яким іншим методом.

У галузі практичного використання:

1. Створено в середовищі програмування Microsoft Visual C++ на основі методу прогнозування втрат цукру в жомі пакет прикладних програм, який дозволяє отримувати дані прогнозу в зручному для користувача виді.

2. Створено пакет прикладних програм для імітаційного моделювання в середовищах математичних обчислень Matlab та Simulink, яку можна використовувати в якості програми-порадника безпосередньо на виробництві, або в якості тренажера для навчання операторів дифузійного відділення цукрових заводів.

3. Створені пакети програм впроваджено в виробництво на ЗАТ “Подільський цукор” та ЗАТ ВТК “Немирів – цукор”.

Розроблені в дисертації математичні моделі та методи моделювання процесу екстракції цукру з бурякової стружки в ПДА після не принципової модифікації можуть використовуватись і для апаратів інших типів та сировини іншого походження.

Методика синтезу баз знань за допомогою генетичних алгоритмів з експериментальних даних може бути використана також для розробки емуляторів складних систем, позаштатних і надзвичайних ситуацій (наприклад промислових аварій і екологічних катастроф) та для навчання операторів складного автоматизованого обладнання (наприклад, електричних станцій).

 

 

1. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Кореляційні моделі процесу екстракції цукру із бурякової стружки // Вісник ВПІ. – 2001. – № 2. – С. 5–12.

2. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Взаємний кореляційний аналіз процесу екстракції цукру із бурякової стружки та вибір структури його узагальненої моделі // Вісник ВПІ. – 2001. – № 3. – С. 5–12.

3. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Ідентифікація процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті // Вісник ВПІ. – 2001. – № 4. – С. 5–13.

4. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Метод комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті // Вісник ВПІ. – 2002. – №1. – С. 28–33.

5. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Метод прогнозування втрат цукру в процесі екстракції // Вісник ВПІ. – 2002. – № 2. – С. 9–12.

6. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Нечітка імітаційна модель похилого дифузійного апарата // Вісник ВПІ. – 2002. – № 4. – С. 8–17.

7. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Моделювання процесу екстракції цукру з врахуванням механізмів формування стохастичності та інерційних характеристик // Тези доповідей VI-ої Міжнародної науково-технічної конференції “Контроль і управління в складних системах”. – Вінниця: Універсум – 2001. – С. 148.

 

 

Горячев Г. В. Математичні моделі та методи комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – Математичне моделювання та обчислювальні методи. – Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.

Дисертація присвячена розв’язанню задачі синтезу математичних моделей процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті та комп’ютерних методів їх реалізації, придатних для оптимізації, керування і прогнозування процесу. Розроблені автокореляційні та взаємокореляційні математичні моделі процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті. Здійснено синтез множинної регресійно-авторегресійної моделі процесу екстракції, яка враховує і передісторію кожного параметру, і ступінь запізнення прояву впливу їх один на одного, і механізм формування стохастичності моделі. Розроблено метод комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру, який враховує розподіленість параметрів похилого дифузійного апарата. Отримано метод прогнозування втрат цукристих речовин у відходах дифузійного відділення цукрових заводів із застосуванням теорії нечітких множин та нечіткої логіки. Запропоновано метод імітаційного моделювання на основі теорії нечітких множин, нечіткої логіки і відомого в теорії розрахунків процесу екстракції “принципу t”.

Методи і програмні засоби пройшли промислову апробацію і впроваджені на підприємствах ЗАТ “Подільський цукор” та ЗАТ ВТК “Немирів – цукор”.

Ключові слова: математична модель, метод моделювання, екстракція, цукор, похилий дифузійний апарат.

 

 

Heorhy V. Horyachev Mathematical models and methods of computer modeling of sugar extraction in the tilted diffuser. - Manuscript.

This technical science candidate thesis on specialty 01.05.02 – Mathematical modeling and calculating methods – Vinnytsia State Technical University, Vinnytsia – 2002.

This abstract is dedicated to the solving of the problem of mathematical models of sugar extraction in the tilted diffuser and computer methods of their realization, acceptable for optimization, control and predicting of the process. Autocorrelation and intercorrelation mathematical models of sugar extraction process in the tilted diffuser were worked out. The synthesis of aggregated regresive-autoregresive model of extraction process was accomplished, which takes the prehistory of each parameter, into account, the level of delay of influence on each other and device of the stochastical models formation. Method of computer modulation of extraction sugar process, which includes parameter division of the tilted diffuser was worked out. As a result, the method of predicting of the sugar substances loss in wastes of diffusion department of sugar factory with application of the fuzzy logic was achieved. The method of imitative modulation in the basis of the fuzzy logic and known in the theory of calculating process of extraction “concept t”, were proposed. Methods and soft-ware means have come through industrial evaluation and ware used in enterprises, such as closed join-stock company “Podilsky zuckor” and “Nemiriv-zuckor”.

Key-words: mathematical model, method modulation, extraction, sugar, tilted diffuser.

 

 

Горячев Г В. Математические модели и методы компьютерного моделирования процесса экстракции сахара в наклонном диффузионном аппарате. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 – Математическое моделирование и вычислительные методы Винницкий государственный технический университет, Винница, 2002.

Диссертация посвящена решению задачи синтеза математических моделей процесса экстракции сахара в наклонном диффузионном аппарате и компьютерных методов их реализации, пригодных для оптимизации, управления и прогнозирования процесса.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы; представлены сведения об апробации, публикациях и реализации работы.

Первый раздел посвящен анализу известных математических моделей процесса экстракции в наклонном диффузионном аппарате, что позволило определить основные недостатки существующих исследовательских работ в этом направлении, обусловлена необходимость разработки новых методов математического моделирования этого процесса.

Во втором разделе разработаны корреляционные модели процесса экстракции в наклонном диффузионном аппарате, с помощью которых установлена степень “памяти” каждого параметра о своей предыстории и степени их влияния один на другого, а также на основе осуществленного взаимного корреляционного анализа основных параметров определены степени запаздывания проявления взаимного влияния каждого из параметров и предложена обобщенная структура регрессионно-авторегрессионной модели процесса экстракции сахара в наклонном диффузионном аппарате. 

В третьем разделе осуществлена параметрическая идентификация регрессионно-авторегрессионной модели процесса экстракции сахара в наклонном диффузионном аппарате, которая учитывает стохастические свойства независимых входных параметров и его инерционные характеристики. Модель синтезирована в форме, пригодной для решения задач оптимизации процесса и разработки систем управления ним.

Четвертый раздел посвящен разработке методов компьютерного моделирования и прогнозирования процесса экстракции сахара в наклонном диффузионном аппарате.

Разработанный метод компьютерного моделирования процесса экстракции в наклонном диффузионном аппарате как системы с распределенными параметрами, который позволяет рассчитывать концентрации сахара в стружке и диффузионном соке по всей длине аппарата в режиме реального времени. Предложенный метод основан на сочетании и модификации известных интервальных методов расчета процесса экстракции и известного “принципа t”.

Разработан метод прогнозирования потерь сахара в стружке на выходе из наклонного диффузионного аппарата, который позволяет получать данные прогноза в зависимости от поточных параметров процесса экстракции сахара, имеющих не только количественные, но и качественные оценки. Предложенный метод основан на теории нечетких множеств, нечеткой логике и генетическом алгоритме оптимизации, что позволило включить в состав модели большое количество коэффициентов настройки базы знаний для более точного воспроизведения зависимости прогнозируемой координаты от параметров процесса экстракции.

Предложена модификация метода имитационного моделирования для разработки алгоритмов оперативного управления процессом экстракции и оценки их эффективности, в которой использован симбиоз нечетких множеств и нечеткой логики с известным “принципом t”. Метод имитационного моделирования в этой модификации разрешает оценивать ход процесса экстракции с относительной погрешностью, которая не превышает 5%, что вполне достаточно для эффективного оперативного управления процессом и не может быть достигнуто с помощью других известных подходов.

Пятый раздел посвящен практической реализации разработанных математических моделей и методов математического моделирования и прогнозирования в современной программной среде (Micrisoft Visual C++ 6).

Методы и программные средства прошли промышленную апробацию и внедрены на предприятиях ЗАО “Подільський цукор” та ЗАО ПТК “Немирів – цукор”.

Ключевые слова: математическая модель, метод моделирования, экстракция, сахар, наклонный диффузионный аппарат.