Косвенная оценка переменных состояния реакционно-регенерационных систем на основе компьютерной симуляции

Журнал «Измерительная техника», №8, 72 стр.
Август 2021

Косвенная оценка переменных состояния реакционно-регенерационных систем на основе компьютерной симуляции

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-8-41-50
Авторы: Гасан Али оглы Нагиев, Нюбар Алимурад гызы Гулиева
Ключевые слова: косвенное измерение, множественность стационарных состояний, трёхмерный фазовый портрет, реакционно-регенерационная система
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Описана реакционно-регенерационная система, которая является аппаратной частью промышленных производств и характеризуется исключительной особенностью – выраженной нелинейностью в виде множественности стационарных решений модельных дифференциальных уравнений. Такая особенность вынуждает прибегнуть к инженерным решениям, альтернативным прямым измерениям. Рассмотрена проблема косвенной оценки компонент вектора состояния реакционно-регенерационной системы. Показана некорректность косвенной оценки состояния подобного рода объектов на основе теории фильтров Калмана. Некорректность обусловлена неоднозначностью отображения пространства состояний в пространство касательных к траекториям векторов. Предложен подход, основанный на синхронной симуляции в динамике и заключающийся в сравнении двух эволюций «объект – модель» с минимизацией рассогласования. Приведена методика, базирующаяся на включении в функцию рассогласования вторых производных переменных состояния. Рассмотрена методология чувствительности систем косвенного оценивания, основанных на максимизации подобия сравниваемых эволюций «объект – модель» в режиме строгой синхронизации по внешним возмущениям и рычагам управления. Показано, что точность косвенного оценивания физически неизмеряемых координат в большей степени определяется математическими аспектами минимизации функции рассогласования, которая из-за множественности решений модельных уравнений имеет сложную структуру поверхности отклика.

Список литературы

1. Elnashaie S. S., El-Hennawi I. M., Chem. Eng. Sci., 1979, vol. 34, no. 9, pp. 1113–1118.

2. Wgialla R. M., Helal A. M., Elnasaie S. S., Math. and Comput. Model., 1991, vol. 15, no. 1, pp. 17–22.

3. Буровой И. А., Мамедов А. А. Построение структуры модели для идентификации одного класса гетерогенных каталитических процессов // Автоматика и телемеханика. 1970. Т. 31. № 7. C. 100–105.

4. Бесков В. С., Нагиев А. Г., Юсифов Р. Ю. Оптимизация ХТС с учетом множественности и устойчивости стационарных состояний // Тезисы докладов Научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов». М.: ЦНИИТЭНЕФТЕХИМ, 1984. С. 106–107.

5. Nagiev A. G., Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2000, vol. 34, no. 3, pp. 274–280. https://doi.org/10.1007/BF02755975

6. Xilei Wang, Ning Li, Shaoyuan Li, 36th Chinese Control Conference (CCC), Dalian, 2017, pp. 4034–4039. https://doi.org/10.23919/ChiCC.2017.8027989

7. Крылов В. А., Ходяшев Н. Б., Подвинцев И. Б., Болотова Е. С., Чиркова Н. А. Влияние характера коксовых отложений на показатели работы платино-рениевого катализатора риформинга // Нефтепереработка и нефтехимия. 2013. № 5. С. 14–18.

8. Nagiev A. G., Khalilov S. A., Agaev U. K., Guseinova A. S., Automation and Remote Control, 2015, vol. 76 (12), рр. 2233–2240. https://doi.org/10.1134/S0005117915120127

9. Mouzinho L. F., Fonseca Neto J. V. et al., Practical aspects for design of indirect measurement in dynamic systems, Proceeding XVIII IMEKO World Congress, Metrology for a Sustainable Development, September, 17–22, 2006, Rio de Janeiro, Brazil, pp. 46–52.

10. Jonas Linder and Martin Enqvist, International Journal of Control, 2017, vol. 90, no. 4, pp. 729–745. https://doi.org/10.1080/00207179.2016.1222557

11. Liya Huang, Zhong Wu, Kan Wang, Sensors, 2018, vol. 18 (6), p. 1873. https://doi.org/10.3390/s18061873

12. Gauthier T., Bayle J., Leroy P., FCC: Fluidization Phenomena and Technologies, Oil & Gas Science and Technology – Rev. IFP, 2000, vol. 55, no. 2, pp. 187–207.

13. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. Детерминированное наблюдение и стохастическая фильтрация: Пер. с нем. В. Б. Колмановского. М.: Наука, 1982. 199 с.

14. Nagiev A. G., Nagiev G. A., Gulieva N. A., Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2019, vol. 53 (1), pp. 29–42. https://doi.org/10.1134/S0040579519010111

15. Сю Д., Мейер А. У. Современная теория автоматического управления и её применение: Пер. с англ. В. С. Бочкова и др. / Под ред. д-ра техн. наук, проф. Ю. И. Топчеева. М.: Машиностроение, 1972. 544 с.

16. Мирошник И. В. Теория автоматического управления. Линейные системы. СПб.: Питер, 2005. 335 с.

17. Поляк Б. Т., Хлебников М. В., Рапопорт Л. Б. Математическая теория автоматического управления. М.: URSS, 2019, 500 с.

18. Жуков В. К. Теория погрешностей технических измерений. Томск: Томский политехнический университет, 2007. 180 с.

19. Земельман М. А. Метрологические основы технических измерений. М.: Изд-во стандартов, 1991. 288 с.

20. Панфилов В. A. Электрические измерения. М.: Академия, 2013. 288 с.

21. Фихтенгольц Г. М. Основы математического анализа. В 2-х томах. Т. 1. М.: Наука, 1964. 440 с.

22. Миронов Э. Г., Бессонов Н. П. Метрология и технические измерения. М.: Кнорус, 2015, 422 с.

23. Федоренко Р. П. Введение в вычислительную физику. М.: Изд-во МФТИ, 1994, 528 с.

Indirect estimation of state variables of industrial reaction-regeneration systems based on computer simulation

DOI: https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-8-41-50
Аuthors: Hasan A. Nagiyev, Nyubar A.Guliyeva
Keywords: indirect measurement, multiplicity of stationary states, three-dimensional phase portrait, reaction-regeneration system

Annotation

A reaction-regeneration system is described, which is a hardware part of industrial production and is characterized by an exceptional feature – pronounced nonlinearity in the form of a plurality of stationary solutions of model differential equations. This feature forces one to resort to engineering solutions that are alternative to direct measurements. The problem of indirect estimation of the components of the state vector of the reaction-regeneration system is considered. The incorrectness of the indirect assessment of the state of such objects on the basis of the theory of Kalman filters is shown. The incorrectness is due to the ambiguity of the mapping of the state space into the space of vectors tangent to the trajectories. An approach based on synchronous simulation in dynamics is proposed, which consists in comparing two evolutions “object – model” with minimization of the mismatch. A technique based on the inclusion of the second derivatives of the state variables into the mismatch function is presented. The methodology of the sensitivity of indirect estimation systems based on maximizing the similarity of the compared evolutions “object – model” in the regime of strict synchronization with respect to external disturbances and control levers is considered. It is shown that the accuracy of the indirect estimation of physically unmeasurable coordinates is largely determined by the mathematical aspects of minimizing the mismatch function, which, due to the multiplicity of solutions to model equations, has a complex structure of the response surface.



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46