Разработка алгоритмов и программного обеспечения диалоговой системы управления комплексом технологических агрегатов на примере установки замедленного коксования тема автореферата и диссертации по математике, 01.01.11 ВАК РФ

московский

ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИАЛОГОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

КОМПЛЕКСОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ НА ПРИМЕРЕ УСТАНОВКИ ЗАМЕДЛЕННОГО КОКСОВАНИЯ

Специальность 01.01.11 — «Системный анализ и автоматическое управление»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

ОРАЗБАЕВ Батыр Бидайбекович

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени институте стали и сплавов.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор А. С. РЫКОВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Н. БУРКОВ, кандидат технических наук, доцент М. Р. ШАПИРОВСКИР1

дании специализированного совета Д.053.08.07 Московского института стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

Справки по телефону: 237-84-45.

Ведущее предприятие — Гурьевский химический завод

Защита состоится

1992 г. в час. на засе

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Л. Г. СЕРГЕЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время наиболее перспективным направлением при управлении сложными технологическими агрегатьми и их комплексом на уровне оператора является применение компьютерных систем, в которых реализуются алгоритмы управления объектом, работающие в диалоге с пользователем . Такое направление, а также недостаточная информационная обеспеченность большинства производств, обусловливают актуальность задачи поставленной в диссертационной работе - создание диалоговой системы управления, позволящей оператору принимать обоснованные решения и эффективно управлять технологическими-агрегатами в условиях Неопределенности.

Актуальность работы определяется также необхо^мостью значительной увеличения производства электродного кокса вырабатываемого на установке замедленного коксования СУЗК). являющейся объектом управления. Такая задача возникает из-за растущей потребности ряда производств (в основном металлургии) в электродном коксэ.

В связи со слоююстьй или невозможностью измерения ряда факторов, многие технологические агрегаты являются количест-' венно трудноописываемыми, что затрудняет применение традицион-.ных подходов к моделированию их работы. Это привело к необходимости разработки нового подхода к построению математических моделей сложных агрегатов на основе экспертной информации,- дополняющей недостающие данные.

Целью работы является создания диалоговой системы управления комплексом технологических агрегатов (УЗК) эффективно

работающей в условиях нечеткой информации, вырабатывающей рекомендации по национальному ведению процессом в зависимости от производственной сит ции.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи: • —

- разработка подхода и алгоритмов построения математических моделей исходя иг4 доступной информации различного характера, включающей экспертную информацию;

- разработка алгоритмов для решения подзадач возникающие , яри с0орв, обработки и использовании качественной информации;

- разработка диалогового алгоритма для решения задач принятия решений в условиях неопределеннности, позволяющего опе-

<

. тору (лицу, принимающему решения (ЛПР)) выбирать режимы работы установки в зависимости от производственной ситуации;

-построение математических моделей основных • агрегатов -•УЗК и объединение их в единую систему с целью системного модо-• лирования работы установки;

- создание структуры системы управления, включающей пакет моделей объекта управления, комплекс алгоритмов многокритериальной оптимизации (система принятия решений (ПР)) и интерес пользователя;

- программная реализация разработанных моделей и алгоритмов, их апробация 'и внедрение-в производство.

Методы исследования. Методика исследований основана на положениях системного анализа, теории нечетких множеств, теории оптимизации, теории планирования экспериментов и регрессионного анализа, теории выбора и принятия решений. В работе ис-

пользовались методы разработки программного обеспечения на основе структурного программирования.

Ндучиая новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена методика построения математических моделей комплекс^ взаимосвязанных агрегатов, основанная на использования информации различного характера, в том числе и экспертной, и объединяющая отдельные модели разных типов в единую систему.

2. Разработан алгоритм построения нечетких моделей, сложных количественно трудноописываемых объектов, основанные на использовании дополнительной качественной информации, получаемой от специалистов-экспертов и включающий построение функций принадлежностей.1 оцениваемых нечетких парметров.

3. Предложен диалоговый алгоритм решения задачи многокритериальной нечеткой оптимизации для выбора оператором режимов работы технологической установки (УЗК), обеспечивающий желаемые значения локальных 'сритериев качества.

4. Сформулирована задача интерполяции промежуточных, новых значений множества термов, возникающая при нечетком описании сложных объектов, и разработан алгоритм решения этой зада-, • чи, основанный на использовании операций над нечеткими мно-

,жествами. '

5. На основе предложенной методики разработан пакет моделей УЗК, создана система ПГ, позволяющие осуществлять поиск рациональных .режимов работы установки по выбираемы;.! оператором критериям и решать различные-оптимизационные задачи.

Пиитическая ценность работы определяется тем, что предложенные методы математического моделирования и управления

- б -

применимы для ююг'их комплексов технологических агрегатов неф-теперерабатывамей. металлур. лческой, химической и др. видов промышленности, хара^ари-ующихся высоким уровнем помех и слабой информационной обеспеченностью. Материалы диссертации ис-пользрваны при выполнении совместных ра<Зот~~Гурьввоким нефте -а-рерабатываодим заводом (НПЗ) и МИСиС.

Обоснование и до^ л&рносчь результатов базируется'на использовании современных научных разработок в области построения математических моделей агрегатов, теории принятия решений, •экспертной оценки и подтверждены прак ическим результатами внедрения при решений задач управления типа оперативного планирования.

реализация результатов Работы. Разработанный метод синтеза моделей систем агрегатов и предложенный алгоритм многокрн-. териальной оптимизации использованы для построения диалоговой ' 'и 'темы управления УЗК на Гурьевском ¡213. Результаты опыт-но-промышленннх испытаний показали, что эффективность созданной системы обеспечивается за счет ведения технологического процесса в рациональном режиме, меняющимся в зависимости от производственной ситуации. Экономический эффект от внедрения результатов работы не меное 450 тыс. руб. в год.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертации обсуждались на:

- республиканских конференциях по моделированию, идентификации и синтезу систем управления (Алушта 1990, Ялта 1991);

- научной конференции молодых ученых и специалистов Московского физико-технического института (Долгопрудный ,1990);

- международной конференции "Системы и сигналы" (Польши, Варшава 1991);

междунар июм симпозиуме "Нечеткие системы и искусственный интеллект" (Румыния, Яссы 1991);

- МучноЛ конференции молодых ученых Московского института стали и сплавов (Москва 1990 - 1992);

L./бликации. По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертационной 'работы составляет 150 страниц машинописного текста, содержащего 8 рисунков и 2 таблицы.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ УЗК

На УЗК протекает один из основных способов получения электродного.кокса - процесс замедленного коксования, являющийся эффективным источноком обеспечения растущей потребности страны в электродном коксе. Количество и качество внрабатывае-'мых на установке кокса и дистиллятных продуктов (газ,бензин, легкий и тяжелый газойли) кроме химическг i состава сырья зависят и от р -кимов- работы технологических агрегатов, т.е. от знач^гая режимных параметров, с помощью которых можно управлять выходными параметрами обьркта.

Результаты работы УЗК оценивается но нескольким локальнш

критериям таким как: количество и качество товарных продуктов, сроки межремо1 ноги пробега трегатов и т.д. Б зависимости от производственной си1„.лции взаимная важность критериев меняются п перед оператором УЗК возникает задача управления установкой, реализующей многокритериальный выбор режимов работы агрегатов обеспечивающих желательные значения критериев. Бо-ьышшство входных и выходных V ■■ вряем . и оцениваемых параметров УЗК, как 'и у многих сложных технологических комплексов, характеризуются неточностью, размытостью. При решении задач моделлрова-« шя и управления такими объектами необходимо учесть нечеткость собранной информации, что требуют разработки новых подходов. Приведем формальную постановку задачи управления комплек-• сом технологических агрегатов на примере УВК.

Найти вектор управления лг*= (л1*,...,л-*) являющийся реу.о-. нием задачи многокритериальной нечеткой оптимизации (МКНО)-' м-3), обеспечивающий желаемые значения локальных критериев:

Ш1й шах 1/0(2г,а ) - Л (1)

х а 4 4 4.

при в^х) гО, 1И,г (2)

а^ ч = 1,к (3)

гдо - нечеткие локальные критерия, -значения кото-

рых вычисляются по моделям (часть из них нечеткие), и отражающие качество работы комплекса технологических агрегатов (ТА);

/* - желательные (идеальные) значения локальных критериев задаваемых ЛИР;

б,(х) - ограничение на составляющие вектора х;

1д(ач) = (ач:цА(ача)га, а е [0.5-1.01, ч = 1 ,к, в = премножество уровня а нечетких чисел а , введение для учета нечеткости параметров, Цд(а ) - функции принадлежности параметра а^ на в-том интервале дискретизации.

Та:сум образом, задача управления комплексом ТА сводится к задаче многокритериального выбора режимов работы технологической у гановки, г 'еспечивающих желаемые значения локальных критериев качества. Эту задачу предлагается решать путем минимизации наибольшего отклонения нечетких значений локальных критериев от их эталонных значении: |/ (х,а • т-0- решением задачи МКНО (1-3).. Минимаксная постановка задачи связана с тем, что поскс. ьку приходится решать задачу в условиях_неопре-. деленности, ото разумно оценивать' качество работы обтекта по гарантированному результату.

Проводимые исследования процесса коксования и анализ работы УЗК позволил выделить следующие локальные критерии и системы ограничений.

Локальные критерии:

-прибыль, получаемая от производственной деятельности • цеха, руб.:

•л Л-^«' ' (Д)

к-1

^де ^-¡••'^•^ • ~ соответственно ц а, себестоимость и объем .] -го г 'одукта, вырабатываемого на к-том агрегате; К -количество основных агрегатов, с которых снимаются продукты; • Бк - множество индексов продуктов производимых на к-том ТА.

- количество товарных продуктов, т/ч:

Ркг ' (5)

- 10 -

где Рк;]. - вырабатываемое количество товарных продуктов; Sk - множество индексов нормируемых продуктов;

- качество това"шх продуктов, "С, % :

' к = 1 ,К, ^ (6)

•где <3k;j - вектор параметров, характеризующий качество продуктов;

- сроки меифемонт ^го пр. era, сутки:

Тк, к = 1 ,К, (7)

где Тк - время безремонтной работы К-го агрегата;

- показатели расходов энергоресурпа и реагентов, ккал/т, кВат/т, кг/т:

. ii +V F*i ' (8)

К

где akj,f3kj,7kj - соответственно расходные коэффициенты теплоэнергии, электроэнергии и реагентов. Система ограничений:

- интервалы возможных изменений режимных, управляющих параметров процесса:

С1Х = Слу. 4in i < i = T7n}; (9)

- ограничения на значения локальных критериев качества:

nf = ^ £ ТЧ - /qaZ' q = П0)

.удовлетворение заданной потребности в продуктах (выполнение производственного плана):

Pkj * • k J- sk «1>

где P^j - потребность (план) производства J-ro продукта;

- удовлетворение требуемого качества товарных продуктов:

QkJ>-Q^, к=1,к, JeSjJ (12)

где Qkj - параметры, определяющие необходимое качество

•нормируемых продуктов;

- обеспечение требуемого количество дней нормальной работы агрегатов ус .шовки:

Тк а к - 1.К, (13)

где" Т* - планируемый срок безремонтной работы к-го агрегата установки.

Как видно из постановки, для решения задачи управления (1-3) с учетом перечисленных критериев качества 3) и ограт ничений (9-13), необходимым этапом является разработка пакета моделей объекта управления, описывающего связь управляющих воздействий со значениями локальных критериев качества.

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТ^ШСКИХ МОДЕЛЕЙ ОСНОВНЫХ АГРЕГАТОВ УЗК

В диссертационной работе предложена методика построения математических моделей заимосвязаннык технологических агрегатов в условиях дефицита информации. Рассмотрим суть этой методики на примере построения, моделей агрегатов УЗК.

Основные агрегаты УЗК: трубчатые печи, коксовые камеры и.• ректификационные колонны взаимосвязаны между собой и изменении режимных параметров одного из них приводит к изменению параметров других, что влияет на производительность установки и на качество получаемых продуктов. В связи с этим для .управлении УЗК (выбор режимов работы) необходимо построить связанные модели основных агрегатов установки, позволяющие моделировать режимы рабе 1 объекта упра(;ления. Решение этой задачи целесообразно осущ«стн :ть по принципу декомпозиции, т.н. сначала по

результатом исследований каждого агрегата и на основе собранных данных CTj. .-им модель эп . о агрегата, затем полученные модели объединяются в идив,мо систему.

Модели отдельных агрегатов установки могут быть построены с применением различных подходов, в.рез7льтате чего возм-.шо получение набора моделей для каждого агрегата. Для выбора типа моделей агрегатов и ос диненьл их в систему, необходимо провести анализ достоинств и недостатков каждой модели.выработать критерии выбора модели для системы управления (назначение), определить принципы объединения моде~эй в систему. С "этой целью нами проведен анализ различных возможных типов моделей основного обоудования УЗК. На основе результатов сследований ■ специфики процесса и агрегатов установки, данных экспериментов и экспертного опроса, анализа подходов к моделированию тагЛх . или аналогичных агрегатов, осуществлена оценка возможных типов 'моделей для основных агрегатов УЗК.

В качестве ' основных критериев сравнения различных типов моделей по которым они оценивались, нами использованы: доступность необходимой информации для построения модели соответствующего типа; трудность ее построения; точность; применимость модели в системе управления для поддержки принятия решений. На основе проведенного анализа ■осуществлен многокритериальный выбор типа моделей агрегатов rio перечисленным критериям.

Математическая модель УЗК состоит из разных типов моделей основных агрегатов установки, которые взаимодействуя между со-• Сой описывают работу установки в целом. Основными этапами построения.такой модели, по предложенной в работе методике.

являются: 1) сбор доступных (теоретических, статистических, экспертных) данных; 2) на основе собранных да. ,шх выявить типы моделей, котор"е могут быть построены для каждого агрегата; 3) анализ и выбор типа моделей агрегатов (на основе критериев сравнено! и выбора); 4) построение модели отдельных агрегатов и объединение их в систему.

1'эссмотрим описание разработанных моделей основных агрегатов УЗК.

1. Математические модели трубчатых печей.

Для моделирования работы трубчатых печей в диалоговом режиме и опег дивного получения информации об основных характеристиках ^бъекта н обходимо распологать достаточно простой моделью. Поэтому в данной работе в основу разработанного моделирующего алгоритма положен аналитический метод Н.И. Белоконя, основанный на совместном решении уравнений теплового баланса и теплопередачи. Для расчета продуктов реакции в печах вторичного сырья на основе, статистических и эксперитменталышх данных построены регрессионные уравнения.

• = ^ + ь1;)«Ь1р + Ь2дхр + ь3:яЬхр . 3 = (14)

I

где у^ - содержание газа, бензина, легкого и тяжелого газойлей в продукте отгонки, Ь^(1=о,з, ¿-1,4) - коэффициент идентифицируемые методом наименьших квадратов, 1Ьх ^ хр.ЯЬхр--уггравляющие параметры, соответственно температуря, давление на входе пече«- и расход сырья.

./кругленная блок-схема алгоритма 'моделирования трубчатых печей приведена на рис.1.

- и -

Ввод исходных данних

1асч1~1 продушпов реакции у^ -/(I Ьхр, РЬхр ,ДЬхр)

Расчет процесса горения

I Расчет камеры радиации

-г-

, Корреюкировка 1рег

Пере асчет . некоторых данных

Расчет кодеры конвекции. Якр.Ш

Корректировка tyтg

Вывод результатов:

;) =• , характеристики / ~*иантной и конвекц. калер

Рис.1.Схема моделирующего-алгоритма трубчатых печей

По предложенному алгоритму произведено моделирование различных ^режимов работы печей П-2,3 УЗК Гурьевского НПЗ. По полученным ре&ультатам определено, что при проектной загрузке

сырья (32 т/ч на поток), эти печи имеют большой запас поверхности нагрева (Нк{»Икр). Это■позволяет загр} :ать в печи до 34-35 т/ч сыр1я, что приводит к повышению производительности установки без существенных изменений технологического регламента. о

2. Математические модели коксовых камер.

Проведен выбор управляющих параметров (расход сырья, температура На входе реактора, давление в реакторе, коксуемость сырья, коэффициент рециркуляции), которые наиболее сильно

вляют на выходные параметры у^, 3=5,8 (выработка кокса, выход летучих, зольность кокса, и выделенное количество паров' нефтепродуктов ). с

По результатам исследований -построены модели ■ (одномерные), которые на основе Линейной или экспоненциальной зависимости описывают влияни- одного из выбранных управляющих параметров, при стаблизированном значений остальных, на выходные параметры у у

При построении многомерных моделей, учитывающих одновре- ■ менное влияние нескольких управляющих параметров на выходные параметры возникли проблемы, связанные с недостаточностью достоверных данных. Основной причиной нехватки таких данных является достаточно длительное время цикла процесса в к-мере, что затрудняет &го изучение. Размытый характер входны.. и выходных параметров, обусловлен нехваткой или отсутствием промышлешх средств и сбора, а также невысокой точностью имеющихся следить КИП.

В сьяаи с этим нами предложен и ре-глизтелн подход к полу

чению дополнительной качественной информации, оценивающей ыно-го^акторнсе г~равление на основе экспертных оценок и методов теории нечетких мног ::тв. Специалисты - эксперты, качественно ' оценили возможные варианты опытов, т.е. одновременное влияние различных сочетаний нечетких управляющих —параметров на выходы и качество продуктов. Полученная таким образом кач*. .таенная информация (значения лингвист. юских переменных) для получения количественной оценки состояния объекта обрабатывалась на основе методов теории нечетких множесть. С этой целью построены , функции принадлежности термов лингвистических переменных •объекта, формализованы нечеткие отображения, описывающие связь между входными и выходными параметрами, произведен расчет не. чётких значений выходных параметров с использоваш1ем композиционного правила вывода. Затем по максимуму значений функций принадлежностей или по заданным уровням.множества а определа-

• кы приближенные числовые значения соответствующих параметров объекта.

Структура нечеткой модели коксовых камер имеет вид нечетких уравнений множественной нелинейной регрессии (15):

'ь = ¿^кААз- * = 5,8 (15)

где у^ - нечеткиэ выходные параметры коксовой камеры;

Зу.а^ (1=0,5,.;}. т5.8) - оцениваемые нечеткие коэффициенты; х^, х^ - управляющие.параметры.

Вводя множество уровня а от (15) переходим к системе обычных (четких) уравнений множественной регрессии, которые с различной точностью (в зависимости от значения а) описывают влияния ^ппчвлятгиу действий ни шход и кач^отт продуктор:

а, а, 5 а, 5 5 а, —

у5 = * =5>8 "6)

Множество уровня а, 1=1.5, а=(о.5,08,1 ,о.з,о.5)>

в (16) определяет уровень точности (надежности) получаемьхпо • результатов моделей.

В качестве метода идентификации структуры модели вида (16) нами использован метод включения, суть которого заключается в послед звательном включение очередных регрессоров в уравнение (при выполнении определенных условий) до достижения требуемой адекватности модели. Задача оценивания нечетких , коэффициентов нечетких уравнений регрессии (15), при введении множества уровня а сводится к классическим задачам оценивания параметров множественной регрессии (16). .

Результаты опытно-промышленных испытаний показали, что модели второго порядка с треб;, ^мой точностью описывают процесса работы коксовых камер.

3. Модели ректификационных колонн.

Из-г-1 сложности или невозможности учета ряда факторов моделирование работы основной колонны УЗК традиционными методами не дает необходимых результатов. В связи с этим для моделирования таких сложных, эличественно трудноописываемых объектов нами предложэн алгоритм синтеза нечеткой модели, основанный на методах теории нечетких множеств.

Основные шаги алгоритма следующие:

1. Выбор необходимых для построения модели входных ,

1=|,п и выходных ^ , 3=1,т параметров объекта:

(аТ11"»а1, <а|<.....,а^пах 1; *]<,.'... Ь'рх 1

.2. Определение терм-множестьа состояния объекта: Т(Х,,У.)..

V

I 3. Построение функций принадлежности входных и выходных параметров: ЦА (Xj), Цв (j/j).

4. Построение лингвистической модели объекта и формализация нечеткого "отображения.

5. Расчет (моделирование) нечетких выходных параметров объекта и выбор их числовых значений из нечеткого множество решений.

Отметим, что при практическом использовании описанного алгоритма могут возникнуть подзадачи синтеза новых термов (в н.2) и построения функций принадлежности (в п.З). Для решё;шя указанных подзадач нами предложены диалоговые алгоритмы, работающие на основе информации получаемой от экспертов и исследо-•вателей. ■

Обработок результатов экспертного опроса показала, что функции принадлежности нечетких параметров. Формализующие принятые термины, описывающие работу колонны, можно анроксимиро-вать зависимостью типа:

-1 Ир ^.(V = атрС-оРД i <Xl - оЦ) AiI) (17)

где Aj^ - нечеткие подмножество, характеризующие входные параметры - - номер интервала (кванта); Q^ - параметры,

определяющие уровень нечеткости; С? , ff? - коэффициенты для

Ai Ai

изменения области определения термов и формы графика функций принадлежности нечетких параметров; nPd = + al,'+1)/ 2.

Функции принадлежности ьыходних параметров у. определяют-

j

ся аналогично.

Лингвистическая модель объекта (формально представляет со-

боя набор вложенных логических правил вида:

If х^Х, (х2САг (.....then yfB.).....)), .M, m (IB)

где xit у^ - соответственно входные и выходные лингвист-ческие объекта, А^ , В^ - нечеткие подмножества, характеризующие ¿j.

Искомые нечеткие отображения определяются с применением операции объединения:

hi-vfii» гда <1?)

В ц.5 с помощью максиминного произведения:

цв (i/j') = maximlntu,^'(^.j/.,)]} (20)

определяется нечеткое множество решений t/!j' в виде соответствующих функций принадлежностей, при измеренных значениях входных параметров xi'

Конкретные числовые значения выходных параметров определяются по критерию максимума значений функций принадлежности -

* «1 ¡/j или по задаваемым значениям множества уровня а - j/j f

Структура нечетких уравнений регрессии, описывающих работу колонны К-1, определены как ■ и в случае построения мидели коксовых камер, и меет Е"^:

5 ~ ~ 5 5 ~ ~ ' ~ —

fj = "oj^iru ^ik^i/kd- J = (2I>

• Идентификация коэффициентов этих уравнений осуществляется на основе приведенного выше алгоритма, с помощью которого полученная от экспертов качественное описание работы колоши'' преобразовано с количественные оценки ее работы.

Ил основе анализа работы установки и а соотье'ютьня с

протеканием ' технологического процесса, разработанные модели основных агрегатов объединены в единую систему. Эта система представляет собой пакет моделей, т^е. взаимосвязанных прграмм - ТР, КК, РК, по следующей схеме (рис.2.).

Рис.2. Схема овязи пакета программ УЗК.

Принятые обозначения: ТР, РК, КК - программы моделирук да соответственно, трубчатые печи, ректификационные колонны 1 коксовые камеры;

—1—► - промежуточные выходы моделей, передаваемые ' в качестве данных для другой модели;

1 ..; | '■> - исходные данные или конечные результаты.

разработка алгоритмического обеспечения решения задач управления узк

Как видно из постановки задачи управления, выбор рациональных режимов работы УЗК сводится к решению з.--'эч многокритериальной оптимизации (МКО).. В работе предложен диалоговый алгоритм многокритериальной нечеткой оптимизации и диалоговые вспомогательные алгоритмы построения Функций принадлежности и интерполяции множества термов.

Для учета нечеткости параметров параметров УЗК в алгоритмах МКНО введем множоство уровня а: 0.5 -5 а 5 1.

- 21 -

Диалоговый алгоритм многокритериальной нечеткой оптимизации (МКНО).

Диалоговый алгоритм МКНО для решения поставленной задачи (1|-3|>„ т.е. для'ьыбора оператором режимов работы технологической установки, состоит из следующих основных пунктов:

1|. Выделяются диапазоны по надежности т.е. уровни надежности (УН) рекомендуемых управлений, получаемых на основе нечетких моделей. Например, нами выделены следующие урпвни надежности управления: ,, УН = 1, при 0.9 < а £ 1.0 - высоконадежное (точное);

УН = 2, при 0.7 < а < 0.9 - надежное-

УН = 3, при 0.5 < а < 0.7 - средненадежное;

УН = 4, при 0.0 £ а < 0.5 - низконадежное,

где а - значения множество уровня а.

2. ЛИР назначает желательные (эталонные) значения локаль-,

ных критериев - /*, q = 1,к;

3. Алгоритм рассчитывает минимаксные (гарантщювпнные) варианты решения задачи'при различных УН управления,

темпах I 7ч<*.а<1) - /¡¡|

ач ® * 0.5 < а ^ 1.

4. ЛПР сообщаются результаты минимизации и уровни надежности управления.

5. Если ЛПР выбирает приемлемый вариант решения рядачи о учетом уровня надежности управления, то перейти к п.7. иначе,< (если ЛПР не удовлетворяют текущие решения) перейти к п.ь.

6. ЛПТ' изменяет свои требования, т.е. корректирует /*, вернуться к п.З.

- 22 -

,7. Поиск прекратить. Вывод значений /*(.т?ач), УН и рекомендуемого вектора управления - х*= (;г*,... ,х*).

Алгоритм диалоговой процедуры построения функций принадлежностей.

Этот алгоритм предназначен для решения подза-^ч построения функций принадлежности • возникающих при синтезе нечетких Моделей. Алгоритм реализован в виде диалоговой процедуры и со. стоит из следующих основных шагов:

1. Задание ЛПР количества и наименований параметров, используемых для нечеткого описания состояния объекта:

е 1=1,п (входные) и у^ е У у 3=1 ,п (выходные).

2. Определение отрезков, в которых изменяются входные и выходные параметры: х1 = (а?1", а™5"), у] = [Ь™1п, 1.

3. Задание множества термов для описания .

4. Определение ЛИР носителя нечетких множеств для каждого из термов.

5. Проведение ЛПР оценки степеней принадлежности значе-• ний параметров и нормировка полученных оценок:

М^) __

= —-—--. г = 1,г

1,1 шах М[(х1)

где ц^Чг^) - нормированная оценка степени принадлежности 1-го параметра, р-го кванта в точке и г - количество точек, в которых производятся оценка степеней принадлежит™; М^(лг^) - оценки степеней принадлежности, выставляемые экспертом.

6. Аггроксимэпия полученной оценки аналитической пависи-моотыо (на основе графической зависимости )(х^)).

- 23 -

7. 1Ёцентификация параметров функции принадлежности.

Алгоритм интерполяции множество термов в нечеткой среде.

При практическом использовании аппарата теории нечетки . множеств для моделирования и управления сложными объектам!, часто возникают подзадачи синтеза новых термов - определенно значений их функций принадлежности, более адекватно описывающих состояния объекта. Эту задачу можно сфомулирсвать как задачу интерполяции множества термов по небольшому количеству исходных термов, полученных' от экспертов. Предложенный нами „j, "оритм решения этой подзадачи основан на использования опе рации над нечеткими множествами.

Пусть L - лингвистическая переменная L « U, U - универ -сальное множество; T(L) = (T(l1).T(l2).....^ £ Ь.

i = 1 ,r¡ терм-множество переменной L.

Задача: для v Т(^) и T(l.), Ii,I¡J = L, i J « --Я, 1*¿. I! -множество индексов, найти промежуточное (новое) значение mu). iíj « L, iT(i\), тар). Алгоритм решения.

t. Построение исходного множества термов <¿ Т[ТЛ,

i = 1 ,п (п < 5).

2. Выделение термов Г(11) * Г(Ь), Ï"(1J) а Т( L), i.J N, меагду которыми надо найти промежуточные значения лингыютичес-кой переменной Ъ - Т(1- т.е. построение функций иргнаддож -

J J

1ЮСТИ ДЛЯ l^jUjj) или

3. Выбор мотофикатпрой (по таблице), которые па гя 'ionû • заданных ЛПР основных термов, позволяют описать скй^гмшя синтезируемого TfjpM'j TiZ. .), (ru!)).

,4. Проведение операций гад нечеткими множествами, соответствующих выбранным модификаторам или их комбинациям, в результате которых определяются функции принадлежности синтезируемого терма:

= * М1^ или М1** = *

где ® - операция над нечеткими множествами. }

структура диалоговой системы управления.

Структуру разработанной диалоговой системы управления с помощью-основных блоков, представим в следующем виде (рис.? ):

. Рис.3. Структура диалоговой системы управления узк.

Блок пакета моделей узк содержит модели отдельных агрегатов, объединенких в единую систему, позволяющую моделировать режимы работы установки.

Система ПР - представляет собой алгоритмы многокритериальной оптимизации, которые осуществляет поиск национальных режимов работы комплекса агрегатов (на основе пакета моделей).

Интерфейс обеспечивает оператору интерактивный режим работы установки при решении задачи ПР, а также при реализации ряды друглх функции системы.

В базе дчнных системы хранятся дчнше режимных листов, таблицы норм расходов ре.сурсоп, ьыраЛочки продуктов, данные характеризующие тпхнико • экономических шкпнятелей и т.д.

- 25 -

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ

Программная реализация разработанных математических моделей основных агрегатов УЕК и алгоритмов решения задач ITF осуществлена на персональной ЭВМ типа IBM PC. Разработанный комплекс программ дополнен интерфейсом пользователя, обеспечивающим оператору, не имеющему специальной подготовки в области моделирования и теории ПР, удобную и эффективную работу в режиме диалога. Эти программы включены в пакет, являющий базой программно - алгоритмического обеспечения диалоговой системы управления УЗК и внедрены на Гурьевском HIP.

Экономический эффект от внедрения комплекса программ подтверждены соответствующими актами и расчетами и составляет 450 тыс. рублей в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. (^формулирована задача управления комплексом технологических агрегатов как задача многокритериальной оптимизации и предложена методика построения 'математических моделей комплекса взаимосвязанных пглегатов в условиях недостаточности и нечеткости исходной информации.

2. Разработан алгоритм построения нечетких моделей сложных агрегатов, включающий построение функций принадлежности и интерполяции термов. , Алгоритм основан на использовании дополнительной экспертной и»1прмации.

3. Предложен диалоговый алгоритм решения задет многокритериальной нечеткой оптимизации, внраба-тыванций рекомендации обеспечивающие наилучшее приблизишь к желаемым 8НЭЧ'?имм л<ь-

калышх критериев. *

I 4. На основе предложенной методики разработан пакет моделей установки замедленного коксования и создана система принятия решений, состоящая из алгоритмов многокритериальной оптимизации для выбора режимов работы установки. Структура разработанной диалоговой системы управления установкой кроме пакета моделей и системы принятия решений, включает базу данных и интерфейс пользователя.

5. Разработанные алгоритмы и программное обеспечение системы внедрены на установке замедлекного коксования Гурьевского нефтеперерабатывающего завода. Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили высокую эффективность их работы. Экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 450 тыс. рублей в год (в ценах 1991г.).

I

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Оразбаев Б.Б. Моделирование технологических процессов с использованием теории нечетких множеств.- // Труды XY конфа-ренции молодых ученых и специалистов Московского физико технического института, 2G марта - 7 апреля, МФТИ - 1950, Часть 1, стр. 44-49. деп. , ВИНИТИ, 1Г6174 - В90.

2. Оразбаев Б.Б. Применение теории нечетких множеств для моделирования технологических процессов.// Тезисы докл. 44-й науч. конф. студ. и молодых ученых МИСиС. М.: 1990, стр.29-30.

3. Сразбаев П.Б. Системное моделирование и диалоговая система управления установкой замедленного коксования. //Тезисы докладов 45-й научн.конф. студентов и молодых ученых МИСиС.

М.:, 1991 f стр. 29-30.

4. Оразбаев Б.Б. Математическое моделирование трубчатых печей установки замедленного коксования в диалоговом режим«?. //Тезисы докладу 45-й науч.конф. студентов и^ молодых учетах . МИСиС. М.: 1991, стр. 31-32.

5. Рыков А.С., Оразбаев Б.В., Кузнецов А.Г. Математическое моделирование процесса получения кокса на установках замедленного кс сования. - Известия ВУЗов, Черная металлургия, (Г8, 1991, стр. 66-69.

6. A.S. Rykov, В.В. Orasbaev. A-.G. Kuznetsov. A Fuzzy Mouel of the Column In the Decision Making System for the control of Rectification Process // 'Magazine of the . omanlan Soslety for Fur-y Systema, Vol.2, No 1,1991, p.5.

7. A.S. RyKov, B.B. Orazbaev and A.G. Kuznetsov. Fuzzy sets application for modelling and control of rectification technology. Preprints IFAC, International Symposium-'ADCHEM'91, Toulouse, France, 1991, p.95-99.

8. Rykov, B.B. Orasbaev. Application of Fuzzy Seta Theory for Dialogue Modeling of Petroleum Coking Process. International AMSE Conference: SIGNAL & SYSTEMS. WARSAW (Pol.)

July 15 - 17, 1991. . _

&

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ Ленинский пр. 4. Заказ ш Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Типография 303 МИСиС, ул. Орджоник.цтзе, 8/9.