Анотація до роботи:

Горячев Г. В. Математичні моделі та методи комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – Математичне моделювання та обчислювальні методи. – Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.

Дисертація присвячена розв’язанню задачі синтезу математичних моделей процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті та комп’ютерних методів їх реалізації, придатних для оптимізації, керування і прогнозування процесу. Розроблені автокореляційні та взаємокореляційні математичні моделі процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті. Здійснено синтез множинної регресійно-авторегресійної моделі процесу екстракції, яка враховує і передісторію кожного параметру, і ступінь запізнення прояву впливу їх один на одного, і механізм формування стохастичності моделі. Розроблено метод комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру, який враховує розподіленість параметрів похилого дифузійного апарата. Отримано метод прогнозування втрат цукристих речовин у відходах дифузійного відділення цукрових заводів із застосуванням теорії нечітких множин та нечіткої логіки. Запропоновано метод імітаційного моделювання на основі теорії нечітких множин, нечіткої логіки і відомого в теорії розрахунків процесу екстракції «принципу Dt».

Методи і програмні засоби пройшли промислову апробацію і впроваджені на підприємствах ЗАТ «Подільський цукор» та ЗАТ ВТК «Немирів – цукор».

В результаті досліджень, здійснених по темі дисертаційної роботи, отримані наступні наукові та практичні результати:

У галузі теоретичних та експериментальних досліджень:

1. Встановлено, що відомі математичні моделі процесу екстракції цукру із бурякової сировини в похилому дифузійному апараті, які розроблені їх авторами на основі диференційних, трансцендентних чи алгебраїчних рівнянь, не є адекватними реальному процесу, оскільки вони: або не враховують взаємовпливу всіх основних параметрів та факторів, що викликають запізнення цього впливу в часі, або не містять механізму формування імовірнісних змін їх параметрів для врахування стохастичності процесу, або не здатні врахувати ті параметри процесу, характеристики яких не мають кількісного виміру.

2. Побудовані автокореляційні та взаємокореляційні моделі всіх основних параметрів процесу екстракції, за допомогою яких встановлено ступінь «пам’яті» кожного параметра про свою передісторію і ступінь їх впливу один на одного, а також визначено ступені запізнення прояву взаємовпливу кожного із параметрів, неврахування якого робить використання моделей не ефективним ні в задачі керування процесом, ні в задачі його оптимізації, ні в задачі прогнозу.

3. Вперше здійснено синтез множинної регресійно-авторегресійної моделі процесу екстракції, яка враховує і передісторію кожного параметру і ступінь запізнення прояву впливу їх один на одного і механізм формування стохастичності моделі. Модель синтезовано у формі придатній для розв’язання задач оптимізації процесу та керування ним.

4. Для оцінки ефективності алгоритмів оперативного керування процесом екстракції вперше запропоновано модифікацію методу імітаційного моделювання, в якій використано симбіоз нечітких множин і нечіткої логіки з відомим в теорії розрахунків процесу екстракції «принципом Dt». Метод імітаційного моделювання в цій модифікації дозволяє оцінювати хід процесу екстракції з відносною похибкою, яка не перевищує 5%, що цілком достатньо для ефективного оперативного керування процесом і не може бути досягнуто за допомогою інших відомих підходів.

5. Вперше розроблено базу знань в якості моделі та метод прогнозування значень основної вихідної координати – втрат цукру в стружці на виході з ПДА на основі теорії нечітких множин, нечіткої логіки та генетичних алгоритмів оптимізації, який дозволив врахувати не лише кількісні, а й якісні показники процесу та включити до складу моделі велику кількість коефіцієнтів настроювання бази знань для відтворення залежності прогнозованої координати від параметрів процесу. Модель дозволяє прогнозувати значення втрат цукру в жомі з похибкою, яка не перевищує 5% від їх максимального значення, що не може бути досягнуто за допомогою будь-якої іншої із відомих моделей та будь-яким іншим методом.

У галузі практичного використання:

1. Створено в середовищі програмування Microsoft Visual C++ на основі методу прогнозування втрат цукру в жомі пакет прикладних програм, який дозволяє отримувати дані прогнозу в зручному для користувача виді.

2. Створено пакет прикладних програм для імітаційного моделювання в середовищах математичних обчислень Matlab та Simulink, яку можна використовувати в якості програми-порадника безпосередньо на виробництві, або в якості тренажера для навчання операторів дифузійного відділення цукрових заводів.

3. Створені пакети програм впроваджено в виробництво на ЗАТ «Подільський цукор» та ЗАТ ВТК «Немирів – цукор».

Розроблені в дисертації математичні моделі та методи моделювання процесу екстракції цукру з бурякової стружки в ПДА після не принципової модифікації можуть використовуватись і для апаратів інших типів та сировини іншого походження.

Методика синтезу баз знань за допомогою генетичних алгоритмів з експериментальних даних може бути використана також для розробки емуляторів складних систем, позаштатних і надзвичайних ситуацій (наприклад промислових аварій і екологічних катастроф) та для навчання операторів складного автоматизованого обладнання (наприклад, електричних станцій).

Публікації автора:

1. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Кореляційні моделі процесу екстракції цукру із бурякової стружки // Вісник ВПІ. – 2001. – № 2. – С. 5–12.

2. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Взаємний кореляційний аналіз процесу екстракції цукру із бурякової стружки та вибір структури його узагальненої моделі // Вісник ВПІ. – 2001. – № 3. – С. 5–12.

3. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Ідентифікація процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті // Вісник ВПІ. – 2001. – № 4. – С. 5–13.

4. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Метод комп’ютерного моделювання процесу екстракції цукру в похилому дифузійному апараті // Вісник ВПІ. – 2002. – №1. – С. 28–33.

5. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Метод прогнозування втрат цукру в процесі екстракції // Вісник ВПІ. – 2002. – № 2. – С. 9–12.

6. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Нечітка імітаційна модель похилого дифузійного апарата // Вісник ВПІ. – 2002. – № 4. – С. 8–17.

7. Мокін Б. І., Горячев Г. В. Моделювання процесу екстракції цукру з врахуванням механізмів формування стохастичності та інерційних характеристик // Тези доповідей VI-ої Міжнародної науково-технічної конференції «Контроль і управління в складних системах». – Вінниця: Універсум – 2001. – С. 148.