Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Винницкий национальный технический университет

Винницкий национальный технический университет

Паночишин Юрий Николаевич

УДК 681.5: [697.33 + 697.34]

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ потокораспределение
В сети теплоснабжения

01.05.02 Математическое моделирование
и вычислительные методы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Винница 2004

Актуальность темы исследования.

Работа выполнена в Винницком национальном техническом университете Министерства образования и науки Украины.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Дубовой Владимир Михайлович,

Винницкий национальный технический университет

заведующий кафедрой комп ютерних систем управления

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лежнюк Петр Дем янович

Винницкий национальный технический университет

заведующий кафедрой электрических станций и систем

доктор технических наук, профессор

Ладанюк Анатолий Петрович

Национальный университет пищевых технологий, г.. Киев

заведующий кафедрой автоматизации

и комп компьютерно-интегрированных технологий

Ведущая организация: Национальный университет "Львовская политехника"

кафедра автоматики и телемеханики

Министерство образования и науки Украины,. Львов

Защита состоится "28" января 2005 в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 05.052.01 в Винницком национальном техническом университете по адресу: 21021, г.. & Nbsp; Винница, ул. Хмельницкое шоссе, 95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Винницкого национального технического университета по адресу: 21021, г.. & Nbsp; Винница, ул. Хмельницкое шоссе, 95.

Автореферат разослан "17" декабря 2004

Ученый секретарь

диссертационного совета С.М. Захарченко

Общая характеристика работы

Актуальность темы. теплопостачання подавляющего большинства жилых домов и промышленных об объектов в городах нашей страны обеспечивается сетями теплоснабжения (МТ). Основной целью функционирования МТ является обеспечение потребителей теплом в точном соответствии с их текущими тепловыми нагрузками. При этом указанная цель должна достигаться с максимально возможной эффективностью, осуществляется путем комплексного разв Обязательства большого количества режимно-технологических задач во всех звеньях технологического процесса теплоснабжения, начиная от производства тепла и заканчивая потреблением.

В МТ с разветвленной сетью трубопроводов и большим количеством потребителей большое значение для эффективной работы МТ имеет задача управления потокорозподилом с целью оптимального распределения тепла между потребителями. Сегодня развязку Обязательства такой задачи во всех МТ независимо от их размера и количества подключенных потребителей осуществляется методом наладки, основная идея которого заключается в обеспечении у каждого потребителя постоянного расхода теплоносителя путем установления у него постоянного гидравлического сопротивления. Практическая реализация такого метода предполагает точное знание характеристик всех трубопроводов, их неизменность в процессе эксплуатации, постоянство тепловых нагрузок потребителей.

Однако на практике обеспечить такие условия очень трудно вследствие подключения новых потребителей, аварийного отключения отдельных участков трубопроводной сети, изменения гидравлических характеристик трубопроводов и теплоспоживальних установок в процессе эксплуатации, а также необоснованных вмешательств обслуживающего персонала и жителей домов в работу технологического оборудования. Об объективно сложная задача управления потокорозподилом осложняется также непрерывным изменением тепловых нагрузок потребителей вследствие изменения метеорологических условий, работы установок горячего водоснабжения и вентиляции. Отражение накладывают также значительные потери тепла в МТ-за низкого качества теплоизоляции.

В результате, в МТ устанавливается неудовлетворительное, с точки зрения конечных потребителей, гидравлический и тепловой режим, из-за чего одни потребители испытывают острый дефицит тепла, а другие страдают от перегрева.

Существенное улучшение ситуации может быть обеспечено за счет создания систем управления потокорозподилом, тем более, что в других трубопроводных сетях водо- и газоснабжения подобные системы созданы и успешно функционируют. Проекты создания систем управления потокорозподилом в свое время разрабатывались в некоторых городах нашей страны и для МТ, но они не были доведены до этапа технической реализации.

Основанием для разработки темы недостаточно высокий уровень научных разработок в области управления потокорозподилом в МТ, в результате чего не может быть обеспечена высокая эффективность функционирования МТ. Необходимость проведения исследования по теме диссертационной работы обосновывается ее экономической и социальной значимости и низким уровнем автоматизации процессов потокораспределения в МТ.

Св Связь работы с научными программами, планами, темами. Основное содержание работы составляют результаты научных разработок и экспериментальных исследований, которые проводились в течение 2000-2004 годов на кафедре комп ютерних систем управления Винницкого национального технического университета. В течение 2000 и 2001 годов научные разработки проводились в рамках написания магистерской диссертации, которая была защищена осенью 2001 в течение 2001-2004 годов научная работа проводилась в соответствии с научно-исследовательской госбюджетной темы "Разработка теории и алгоритмических средств моделирования и исследования систем в условиях неопределенности" №46-Д-254 (номер государственной регистрации 0102U002258).

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности систем управления потокорозподилом в МТ.

Для достижения указанной цели в работе развязку связываются следующие основные задачи:

анализ современного состояния моделирования систем управления МТ;

разработка математической модели системыуправления потокорозподилом в МТ;

разработка метода математического моделирования в задачах оценки состояния потокораспределения в МТ;

разработка математической модели оптимизации потокораспределения в МТ;

разработка алгоритмов определения оптимального количества и состава измерительных приборов в системах управления потокорозподилом в МТ;

разработка алгоритма оптимизации потокораспределения в МТ;

исследования адекватности разработанных математических моделей и вычислительной эффективности предложенных алгоритмов;

разработка методики проектирования и оптимизации систем управления потокорозподилом в МТ;

разработка программного обеспечения для моделирования и оптимизации управления потокорозподилом в МТ.

Об Объект исследования процесс потокораспределения в МТ.

Предмет исследования математические модели определения состояния и управления потокорозподилом в МТ.

В диссертационной работе использованы следующие методы исследования:

положения и методы теории графов, матричной алгебры, теории оценивания, теории управления сложными системами для разработки математической модели системы управления потокорозподилом в МТ;

методы теории оценивания и теории вероятностей для разработки метода математического моделирования в задачах оценки состояния потокораспределения в МТ;

вычислительные методы и методы математического программирования для разработки математической модели оптимизации потокораспределения в МТ;

методология имитационного моделирования на ЭВМ для исследования адекватности разработанных математических моделей и вычислительной эффективности предложенных алгоритмов.

Научная новизна полученных результатов. В ходе развязку Обязательства поставленных задач были получены новые научные результаты:

1 Разработана математическая модель системы управления потокорозподилом в МТ, которая, в отличие от существующих моделей,обобщает математические модели сбора и передачи информации, обработки информации, выработка управляющего воздействия, реализации управляющего воздействия.

2. Предложен новый метод математического моделирования в задачах оценки состояния потокораспределения в МТ, который базируется на общих принципах оценивания по методу наименьших квадратов и использует авторегрессионную модель прогноза параметров потокораспределения. В отличие от существующих метод позволяет учесть неодновременности измерений параметров и экспертные оценки параметров, не подлежащих измерению.

3. Разработана математическая модель оптимизации потокораспределения в МТ, которая, в отличие от известных математических моделей, позволяет учесть потери тепла в трубопроводах МТ и потери, д связанные с неоптимальным распределением тепла между потребителями.

Практическое значение полученных результатов диссертационной работы заключается в следующем:

1 Разработаны алгоритмы определения оптимального количества и состава измерительных приборов в системах управления потокорозподилом в МТ.

2. Разработан алгоритм оптимизации потокораспределения в МТ, который базируется на методах поисковой оптимизации и использует итерационную процедуру расчета потокораспределения.

3. Разработана методика проектирования и оптимизации систем управления потокорозподилом в МТ.

4. Разработано программное обеспечение для моделирования и оптимизации управления потокорозподилом в МТ.

Результаты диссертационных исследований внедрены на ЗАО "Утерм" (г.. & Nbsp; Винница) и в учебный процесс кафедры комп ютерних систем управления Винницкого национального технического университета. Внедрение результатов диссертационных исследований подтверждены соответствующими актами.

Личный вклад соискателя. Все результаты, которые составляют основное содержание диссертации, полученные соискателем самостоятельно. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит разработка математической модели потокораспределения в МТ [2], разработка методаматематического моделирования в задачах оценки состояния потокораспределения в МТ [4], подход к определению оптимального количества измерительных приборов [10], алгоритмы и программные модули для моделирования и оптимизации управления потокорозподилом в МТ [5].

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 11 научно-технических конференциях: на Международной научно-технической конференции "Оптико-электронные информационно-энергетические технологии" (г.. & Nbsp; Винница, 2001 г.) на I Международной научно-технической конференции аспирантов и студентов "Автоматизация технологических об объектов и процессов. Поиск молодых "(г.. & Nbsp; Донецк, 2001 г.) на Международной конференции по моделированию MS 2001 (г.. Львов, 2001 г.) на VI и VII Международных научно-технических конференциях "Контроль и управление в сложных системах" (г.. Винница, 2001 г. и 2003г.); на третьей международной конференции "Интернет. Образование. Наука "(г.. & Nbsp; Винница, 2002 г.) на одиннадцатой международной конференции по автоматическому управлению "Автоматика 2004 "(г.. Киев, 2004 г.) на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и студентов ВНТУ (г.. Винница, 2001-2004 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи напечатаны в профессиональных изданиях, утвержденных ВАК Украины, 2 работы опубликованы в сборниках материалов конференций, а также напечатано 3 тезисы докладов и получено 1 свидетельство о регистрации авторского права на произведение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, приложений. Полный объем диссертации составляет 209 страниц, из которых основная часть составляет 128 страниц. Диссертация содержит 40 рисунков, 2 таблицы, 10 приложений, список использованных источников из 129 наименований.

Основное содержание работы

Во введении к диссертационной роботи обоснована актуальность темы, указано н Связь работы с научными программами, планами, темами, сформулированы цель и задачи исследований. Также приведены характеристики об объекта и предмета исследований, изложены основные научные и практические результаты, приведены сведения о внедрении результатов работы, их апробации и публикации.

В первом разделе на основе анализа литературных источников и последних публикаций по направлению диссертационных исследований вводятся основные исходные положения, обосновывается выбор предмета исследований и формулируются задачи исследований.

В исходных положений относятся следующие. Технологическая структура любой МТ формируется из трех основных составляющих: источники теплоснабжения, основным назначением которого является производство тепла; большого количества потребителей тепла, которые тратят тепло соответствии со своими потребностями; трубопроводов, предназначенных для транспортировки тепла и распределения его между потребителями. Рассмотрены назначение, оборудование и технологические задачи основных составляющих МТ, которые характеризуют их как технологический о объект управления.

Проведенный анализ современных МТ показал, что для них свойственны признаки сложных систем: большая размерность, которая эт связана со значительным территориальным разветвленности и большим количеством элементов, формирующих структуру МТ; наличие внешних и внутренних возмущений стохастического характера; сложность получения точной математической модели потокораспределения; нестационарность реальных МТ; невозможность воспроизведения экспериментов, которая проявляется в разной реакции МТ на один и тот же управляющих воздействий в разные моменты времени.

Наличие четко выраженных структурных элементов, а также сложность МТ стали основной причиной того, что системы управления такими об объектами строят на основе трех систем (рис. 1): системы управления производством тепла, системы управления потокорозподилом и системы управления потреблением тепла. При этом самым слабым звеном, как утверждается в последних публикациях, являются системы управления потокорозподилом: в большинстве МТ они отсутствуют вообще или же их работа неэффективна, что негативно сказывается на качестве обеспечения потребителей теплом. Такое положение можно объяснить недостаточно высоким уровнем научных разработок в области управления потокорозподилом в МТ, в результате чего не может быть обеспечена высокая эффективность функционирования МТ.

Рис. & Nbsp;. & Nbsp; Взаимодействие сети теплоснабжения с системой управления
и внешней средой

Анализ известных методов управления потокорозподилом и математических моделей систем управления потокорозподилом в МТ показал их частичный характер и отсутствие общих подходов к моделированию всех составляющих таких систем, включающие сеть теплоснабжения, измерительные приборы и управляющие органы, алгоритмы обработки информации и формирования управляющих воздействий .

Изложенное выше и определило содержание научных исследований, указанный в задачах исследований.

Вторая глава посвящена разработке математической модели системы управления потокорозподилом в МТ и метода математического моделирования в задачах оценки состояния потокораспределения в МТ.

В соответствии с целью диссертационной работы сформулированы понятия эффективности и предложен критерий оценки эффективности систем управления потокорозподилом в МТ, а также формализовано задачу повышения эффективности систем управления потокорозподилом в МТ. В качестве критерия оценки эффективности систем управления потокорозподилом в МТ принято сумму двух составляющих: затрат на создание и эксплуатацию системы управления и расходов, связанных с неэффективным управлением потокорозподилом в МТ. К расходам включены капитальные затраты на создание системы управления, отнесенные к одному году запланированного срока работы системы управления, и ежегодные затраты на эксплуатацию системы управления (текущие расходы). В свою очередь, к расходам отнесены прямые экономические издержки из-за потерь тепла в трубопроводах и косвенные экономические расходы, связанные с неоптмальным распределением тепла между потребителями, где под оптимальным понимается такое распределение тепла, при котором каждый потребитель получает то количество тепла, которое отвечает его текущем тепловой нагрузке.

С учетом введенных обозначений критерий оценки эффективности систем управления потокорозподилом в МТ представлено в виде:

(1)

где и количество типов в соответствии измерительных приборов и управляющих органов; и общее количество соответственно измерительных приборов го типа и управляющих органов го типа; и суммарная стоимость приобретения и установки в соответствии измерительного прибора го типа и управляющего органа го типа (включая стоимость приобретения и прокладка линий н связи от измерительного прибора (управляющего органа) к узлу передачи данных); и стоимость ремонта и обслуживания в соответствии измерительного прибора го типа и управляющего органа го типа в течение одного года (усредненная величина); и плата за пользование каналом н связи в соответствии с -ным измерительным прибором го типа и с -ным управляющим органом го типа; и среднее время, в течение которого занят канал н связи соответственно для го измерительного прибора го типа и для го управляющего органа го типа; и общее количество сеансов н связи в год в соответствии с -ным измерительным прибором го типа и -ным управляющим органом го типа; общее количество трубопроводов МТ; стоимость единицы тепла; количество тепла, которое теряется в -м трубопроводе; общее количество потребителей тепла в МТ; экономические потери, которые отмечает теплоснабжающая организация за несоответствия текущих и необходимых объемов тепла у потребителей; и соответственно необходимо и текущее количество тепла (текущее тепловая нагрузка) для i-го потребителя; время.

Кроме критерия (1), в задачи повышения эффективности системы управления потокорозподилом в МТ включено ограничения, накладываються на область допустимых решений задачи. Эти ограничения разделены на три группы:

1) ограничения в виде соотношений между основными параметрами математической модели системы управления потокорозподилом в МТ:

(2)

где вектор параметров системы управления потокорозподилом в МТ размерностью; & Nbsp; вектор параметров МТ размерностью; & Nbsp; вектор измеряемых параметров МТ размерностью (); вектор управляемых параметров МТ

Загрузка...

Страницы: 1 2 3






Ещё Рефераты по вашей теме

Квантово-полевое описание многочастичных СИСТЕМ С нарушенной симметрией НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ самосогласованную ПОЛЯ - Автореферат
Средств химической защиты КУЛЬТУРБИОГЕОЦЕНОЗИВ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР (действие, ОПТИМИЗАЦИЯ, УСТОЙЧИВОСТЬ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ) - Автореферат
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ РЕГИОНОВ УКРАИНЫ ДЛЯ НУЖД ТУРИЗМА (на примере Харьковской области) - Автореферат
Ценностной системы и мотивационной НАПРАВЛЕННОСТЬ ЛИЦ С эндогенной депрессии - Автореферат
ЭФФЕКТИВНОСТЬ дифференцированной патогенетической-ориентированных методик лечения В КЛИНИКЕ травмы глаза - Автореферат
Криминологическая характеристика и предупреждение преступлений в сфере незаконного наркооборота - Автореферат
ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО КАК ПРЕДМЕТ социопсихологических ИССЛЕДОВАНИЯ (деятельностно-поведенческий аспект) - Автореферат