Способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы

Способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы

Реферат

Изобретение относится к средствам контроля и идентификации пространственно распределенных объектов с явно выраженными пространственной распределенностью и временной нестационарностью свойств и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Известен способ автоматического регулирования поверхностного поля температур в аппарате с обогревающей рубашкой (патент РФ № 2246126, МПК 7 G 05 D 23/19, приоритет от 10.07.2002), согласно которому источники тепла располагают равномерно в обогревающей рубашке. Термодатчики располагают над соответствующими источниками тепла. Сигналы с датчиков суммируют и подают на регулятор температуры.

Данный способ не пригоден для идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы.

Наиболее близким по технической сущности является способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы и многоканального управления его полем температуры (патент РФ №2110085, МПК 7 G 05 D 23/19, приоритет от 27.04.1998), включающий применение цифровой программной обработки информации, получаемой от температурных датчиков, имеющихся на объекте, измеряют управляющие воздействия на объект, причем тепловые параметры объекта определяют в предварительном эксперименте, моделирующем условия эксплуатации, в качестве параметров состояния объекта используют линейные комбинации показаний температурных датчиков, а значения коэффициентов в этих комбинациях определяют по снимаемым с объекта кривым разогрева.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что он предназначен для идентификации тепловых параметров одного, конкретного распределенного объекта заданной формы. Его использование для ряда подобных объектов является затруднительным. Кроме того, число используемых датчиков температуры является чрезмерно большим. Это становится особенно актуально для расходуемых датчиков, что имеет место при агрессивных, высокотемпературных объектах.

Задачей изобретения является повышение точности оценки эффектов влияния управляющих воздействий на выходные величины объекта и повышение технологичности процесса идентификации тепловых объектов с явно выраженной распределенностью свойств, действие которых циклично, например металлургических агрегатов. В задачу входит точная идентификация объекта в течение всего времени его функционирования и уменьшение длительности эксперимента и числа замеров на объекте в каждом цикле его функционирования.

Для решения поставленной задачи в способе идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы с применением цифровой программной обработки информации, получаемой от температурных датчиков, имеющихся на объекте, измеряют управляющие воздействия на объект, в качестве параметров состояния объекта используют комбинации сигналов с температурных датчиков, в предлагаемом способе для объекта с циклическим функционированием замеры температуры проводят в каждом цикле в точках, равномерно распределенных по объему объекта и от цикла к циклу, измеряют действующие на объект контролируемые возмущения, а модель распределенного объекта настаивают отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций по управляющим воздействиям и контролируемому возмущению.

Данный способ проиллюстрирован на чертеже. На нем представлены центральные вертикальные разрезы: а) модели объекта для одного из классов организационно-технологической ситуации, имеющей место на объекте, б) объекта, например ковша со сталью в одном из циклов его функционирования (для одной плавки).

На чертеже обозначены: 1 - граница области решений, 2 - точки, для которых моделируется температура объекта, 3 - объект, например ковш со сталью, 4 - точки замеров температуры для одного цикла функционирования объекта, например, конкретного n-го ковша со сталью.

Способ реализуется следующим образом. На объекте в течение каждого цикла его функционирования проводят измерения исследуемых полей в ограниченном числе точек, равномерно распределенных по объему объекта внутри цикла и от цикла к циклу. Измеряют управляющие воздействия на объект и действующие на него контролируемые возмущения. Далее на основании информативных признаков выделяют классы организационно-технологических ситуаций (ОТС). В качестве информативных признаков используют результаты измерений управляющих воздействий и контролируемых возмущений. Температурное поле моделируют в каждом классе ОТС. Вычисляют полные дисперсии результатов измерений и дисперсии неадекватности (дисперсии ошибок моделирования) - отдельно для каждого класса ОТС. Дисперсии проверяют на однородность по типовой методике (с помощью F-критерия Фишера), разработанной для точечных объектов. Классы ОТС группируют так, чтобы в каждой группе классов ОТС полные дисперсии и дисперсии неадекватности были однородны. Однородные дисперсии классов усредняют. Адекватность модели объекту проверяют отдельно для каждой группы классов ОТС также по типовой методике с использованием F-критерия Фишера, разработанной для точечных объектов.

Если гипотеза об адекватности модели подтверждается для всех групп классов ОТС, то делают вывод о полной адекватности модели объекту.

Если гипотеза об адекватности модели подтверждается для некоторых, но не для всех групп классов ОТС, то делают вывод об ограниченной адекватности модели объекту - только для тех групп классов ОТС, для которых адекватность подтверждена, и неадекватности для остальных групп классов ОТС.

Если гипотеза об адекватности не подтверждается ни для одной группы классов ОТС, то делают вывод о неадекватности модели объекту для всех групп классов ОТС. В этом случае выводов о виде неадекватности - структурной или параметрической - не делают, и исследования продолжают.

Если исследуются несколько полей, например поле температур, поле скоростей и поле концентраций, то адекватность оценивают отдельно для каждого поля, а векторные поля сводят к комбинациям скалярных полей отдельных проекций исходных векторов на координатные оси. Модель признается адекватной объекту в целом в пределах группы классов ОТС в том случае, если в этой группе она адекватна одновременно для всех исследуемых полей.

Способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы, включающий проведение замеров температуры для объекта с циклическим функционированием в каждом цикле в точках, равномерно распределенных по объему объекта и от цикла к циклу, деление всей генеральной совокупности данных на классы организационно-технологических ситуаций, отсеивание ошибок измерения, обусловленных сомнительными результатами измерений, моделирование исследуемого поля в каждом классе организационно-технологических ситуаций, деление всей совокупности результатов измерений в каждом классе организационно-технологических ситуаций на две части: обучающие выборки и контрольные выборки, нахождение по всем выборкам ошибок моделирования, настройку модели по обучающим выборкам отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций, вычисление полных дисперсий результатов измерений и дисперсий неадекватности по контрольным выборкам отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций, проверку указанных дисперсий на однородность, группировку классов организационно-технологических ситуаций таким образом, чтобы в каждой группе и полные дисперсии, и дисперсии неадекватности были однородны, причем к числу идентификационных признаков организационно-технологической ситуации и классификации экспериментальных и модельных данных относят управляющие и контролируемые возмущающие воздействия, а также краевые условия, а проверку адекватности модели производят отдельно для каждой группы классов организационно-технологических ситуаций по типовой процедуре с использованием F-критерия Фишера, разработанной для точечных объектов.