Інтелектуальне керування технологічним комплексом цукрового заводу на засадах нелінійної динаміки

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню результативності роботи виробничого комплексу цукрового заводу за рахунок комбінації двох підходів. Перший передбачає пошук і фіксацію тих ділянок технологічного процесу, які є найбільш перспективними з точки зору поточної ситуації, що дає змогу застосовувати керування на основі сценаріїв та впровадження синергетичного регулятора. Другий базується на швидкій аналітичній обробці великих масивів даних із використанням інтелектуальних алгоритмів, що дозволяє формувати та впроваджувати стратегії управління, спрямовані на мінімізацію споживання ресурсів. У роботі проведено аналіз технологічного комплексу цукрового заводу як складної нелінійної системи, що охоплює взаємопов’язані підсистеми зберігання сировини з активною вентиляцією, гідравлічного транспортування, миття, подрібнення, дифузійного екстрагування, карбонізації, випарювання, кристалізації, фугування, сушіння та пакування цукру. Визначено ключові технологічні параметри, що безпосередньо впливають на ефективність переробки цукрових буряків та якість кінцевої продукції. Обґрунтовано необхідність застосування підходів до керування складними нелінійними системами, зокрема синергетичного, сценарного аналізу, методів нелінійної динаміки, врахування детермінованого хаосу та чутливості до початкових умов. Вперше на основі комплексного аналізу поведінки технологічного комплексу цукрового заводу, який базується на використанні методів нелінійної динаміки, встановлені явища самоорганізації в поведінці об’єкта керування, що дозволили виявити ситуаційно значущі зони, в яких забезпечується оптимальне функціонування в умовах стохастичної та хаотичної невизначеності. Вперше здійснений синтез інтелектуальних синергетичних систем керування, який полягає в оперативному прогнозуванні та оцінці виникнення в поведінці складних об’єктів керування завдяки їх самоорганізації багатообразів-атракторів, подальшої ідентифікації в зоні атракторів нелінійних математичних моделей, на основі яких здійснюється пошук та організація ресурсоощадних керувальних дій і їх реалізація у вигляді нечітких правил, отриманих шляхом лінгвістичної апроксимації, завдяки чому забезпечуються оптимальні режими функціонування об’єкта. Удосконалені алгоритми керування технологічним комплексом цукрового заводу в умовах невизначеності, які дозволили поліпшити якість продукції, підвищити продуктивність виробництва та забезпечити економію ресурсів. Отримали подальший розвиток методи та алгоритми прогнозування розвитку об’єктів керування на основі комплексного інтелектуального аналізу за принципами нелінійної динаміки. Одержали подальший розвиток математичні моделі технологічного комплексу цукрового заводу відповідно до особливостей врахування явищ самоорганізації та проявів атрактивної поведінки об’єкта. Удосконалена структура автоматизованої системи керування технологічним комплексом цукрового заводу за рахунок введення синергетичного керування, інтелектуальних технологій на базі сучасних інформаційно-управляючих платформ.The thesis is dedicated to improving the performance of a sugar factory’s production complex. This is achieved through a combination of two approaches. The first involves identifying and pinpointing those sections of the technological process that are most promising in light of the current situation, enabling the application of scenario-based control and the implementation of a synergistic regulator. The second is based on the rapid analytical processing of large data sets using intelligent algorithms, which allows for the formulation and implementation of control strategies aimed at minimising resource consumption. The study analyses the technological complex of a sugar factory as a complex non-linear system comprising interrelated subsystems for the storage of raw materials with active ventilation, hydraulic transport, washing, grinding, diffusion extraction, carbonisation, evaporation, crystallisation, de-moisturisation, drying and packaging of sugar. Key technological parameters that directly influence the efficiency of sugar beet processing and the quality of the final product have been identified. The necessity of applying approaches to the control of complex non-linear systems has been substantiated, in particular synergistic and scenario analysis, methods of non-linear dynamics, and consideration of deterministic chaos and sensitivity to initial conditions. For the first time, based on a comprehensive analysis of the behaviour of a sugar factory’s technological complex using methods of nonlinear dynamics, phenomena of self-organisation in the behaviour of the controlled system have been identified, enabling the identification of situation-significant zones in which optimal functioning is ensured under conditions of stochastic and chaotic uncertainty. For the first time, a synthesis of intelligent synergistic control systems has been carried out, which consists of the operational forecasting and assessment of the emergence, in the behaviour of complex control objects, of attractor manifolds due to their self-organisation, followed by the identification within the attractor region of non-linear mathematical models, on the basis of which the search for and organisation of resource-efficient control actions are carried out, and their implementation in the form of fuzzy rules obtained through linguistic approximation, thereby ensuring optimal operating modes for the object. Improved algorithms for controlling the technological complex of a sugar factory under conditions of uncertainty have made it possible to improve product quality, increase production efficiency and ensure resource savings. Methods and algorithms for forecasting the development of controlled systems based on comprehensive intelligent analysis according to the principles of nonlinear dynamics have been further developed. Mathematical models of the sugar factory’s technological complex have been further developed in accordance with the specific features of accounting for self-organisation phenomena and manifestations of the system’s attractive behaviour. The structure of the automated control system for the technological complex of a sugar factory has been improved through the introduction of synergetic control and intelligent technologies based on modern information and control platforms.