СИНТЕЗ НЕЛИНЕЙНОГО АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ХИМИЧЕСКИМ РЕАКТОРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОДХОДА
Аннотация
В работе решена задача аналитического синтеза синергетической системы управления химическим реактором для реализации сложной последовательно-параллельной экзотермической реакции. Синтез законов управления осуществляется с использованием метода аналитического конструирования агрегированных регуляторов. Химический реактор является одним из основных аппаратов в химической промышленности. Несмотря на значительное количество работ, связанных с автоматизацией и управлением химическими реакторами, проблема синтеза систем управления, обеспечивающих поддержание оптимальных режимов их работы, остается до конца не решенной. Это объясняется основной особенностью химических реакторов как объектов управления: многомерностью, нелинейностью и многосвязностью. Выходом из данной ситуации является развитие физической теории управления и в частности синергетической теории управления. Использование идей синергетики в задачах управления предполагает разработку и реализацию способа направленной целевой самоорганизации диссипативных нелинейных систем “объект–регулятор”. При этом цель движения системы формулируется в виде желаемого инвариантного многообразия в фазовом пространстве объекта, выполняющего роль целевого аттрактора. В работе рассмотрен химический реактор емкостного типа, снабженный механической мешалкой и теплообменной рубашкой. Аппарат функционирует в политропическом режиме. В реакторе реализуется многостадийная последовательно-параллельная экзотермическая реакция. Целью функционирования химического реактора является получение целевого продукта заданной концентрации. Задача системы управления реактором заключается в стабилизации концентрации целевого компонента и температуры реакционной смеси в аппарате на заданных значениях в условиях действия возмущений на объект. Используя метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов на основе параллельно–последовательной совокупности инвариантных многообразий, синтезирован нелинейный алгоритм управления, решающий задачу стабилизации концентрации целевого компонента и температуры смеси. Компьютерное моделирование замкнутой системы “объект–регулятор” подтвердило такие свойства синтезированной системы управления, как инвариантность к возмущениям, ковариантность с задающими воздействиями и асимптотическая устойчивость. Данные обстоятельства делают синергетическую теорию управления весьма перспективной применительно к таким сложным, многосвязным и нелинейным объектам химической технологии, как химические реакторы.
Для цитирования:
Лабутин А.Н., Невиницын В.Ю. Синтез нелинейного алгоритма управления химическим реактором с использованием синергетического подхода. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2017. Т. 60. Вып. 2. С. 38-44.
Литература
Kafarov V.V. Cybernetic methods in chemistry and chemical engineering. M.: Khimiya. 1985. 448 p. (in Russian).
Ostrovskiy G.M., Volin, Yu.M. Chemical reactor optimization methods. M.: Khimiya. 1976. 248 p. (in Russian).
Labutin A.N. Optimization of flexible multiproduct in continuous reactor systems. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 1999. V. 42. N 1. P. 117-122 (in Russian).
Labutin A.N., Isaenkov A.E., Volkova G.V. Optimal synthesis of flexible reactor systems. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2010. V. 53. N 12. P. 125-127 (in Russian).
Dvoretskiy D.S., Dvoretskii S.I., Ostrovskii G.M. Integrated design of power- and resource-saving chemical processes and pro-cess control systems: strategy, methods, and application. Theor. Found. Chem. Eng. 2008. V. 42. N 1. P. 29-39 (in Russian). DOI: 10.1134/S0040579508010041.
Computer-Aided manufacturing in the chemical industry. Ed. by Dudnikov E.G. M.: Khimiya. 1987. 368 p. (in Russian).
Bespalov A.V., Kharitonov N.I. Control systems for chemical technology processes. M.: Akademkniga. 2007. 696 p. (in Russian).
Sukharev A.V., Labutin A.N., Golovushkin B.A., Erofeeva, E.V. Chemical reactor control issues. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 11. P. 119-122 (in Russian).
Lopez-Perez P.A., Neria-Gonzalez M.I., Aguilar-Lopez R. Non-linear controller design with application to a continuous biore-actor. Theor. Found. Chem. Eng. 2013. V. 47. N 5. P. 585-592. DOI: 10.1134/S0040579513050199.
Kol’tsova E.M., Gordeev L.S. Synergistic methods in chemistry and chemical engineering. M.: Khimiya. 1999. 256 p. (in Russian).
Synergetics and Problems of Control Theory. Ed by A.A. Kolesnikov. M.: Fizmatlit. 2004. 502 p. (in Russian).
Kolesnikov A.A. Synergistic theory of control. M.: Energoatomizdat. 1994. 344 p. (in Russian).
Labutin A.N., Nevinitsyn V.Yu., Volkova G.V. Synthesis and modeling of a multidimensional control system of a chemical re-actors cascade. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Ser. Ekon. Finansy Upravl. Proizvodstvom. 2012. N 2. P. 150-157 (in Russian).
Labutin A.N., Kukushkin A.V. Synergistic approach to reactor temperature control. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Ser. Ekon., Fi-nansy Upravl. Proizvodstvom. 2011. N 3. P. 81-86 (in Russian).
Labutin A.N., Nevinitsyn V.Yu. Synergistic synthesis of concentration regulator for the target product in a cascade of chemical reactors. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Ser. Ekon. Finansy Upravl. Proizvodstvom. 2011. N 3. P. 86-92 (in Russian).
Labutin A.N., Nevinitsyn V.Yu. Synergistic synthesis of a chemical reactor control system. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 11. P. 104-107 (in Russian).
