Системный анализ и синтез предиктивной системы управления процессом термоокислительной деструкции полимера в реакторе периодического действия
Ключевые слова:
автоматизированная система управления, системный анализ, структурный синтез, математическое моделирование
Аннотация
В статье проведен анализ современного состояния вопросов синтеза автоматизированных систем управления технологическими процессами деструкции полимеров. В результате применения системного подхода к синтезу управляющей системы сформулированы общая и частная задачи управления. Для их решения установлены системные связи между: входными и выходными параметрами объекта управления, математического описания процесса и значениями режимных показателей процесса. Представлены основные этапы и результаты синтеза автоматизированной системы, реализующей метод упреждающего управления температурным режимом работы реактора термоокислительной деструкции полимерного материала в растворе посредством понижения давления в реакционной зоне. Для реализации предложенного способа управления разработаны модель и алгоритм расчета величины управляющего воздействия, а также синтезированы математическое обеспечение и структура автоматизированной системы, функционирующей по принципу программного управления. На основе результатов построения предсказательного горизонта изменения физико-химических параметров осуществлен расчет величины управляющего воздействия. При реализации предложенной концепции управления выявлена высокая чувствительность показателей качества деструктированного полимера к незначительным колебаниям температуры реакционной смеси. На основе результатов проведенных исследований сформулированы основные технические требования к автоматизированной системе и предложен способ коррекции величины управляющего сигнала.
Скачивания
Данные скачивания пока не доступны.
Литература
1. Gusev Yu. K. Synthesis of low molecular weight rubbers with functional groups by the method of thermooxidative destruction. Mat. XVIIMNPK “Rubber industry. Raw materials. Materials Technologies”. Moscow, 2012. P. 45–46.
2. Obtaining low molecular weight function-alizable polymers by thermal oxidative degradation of stereoregular polybutadiene / Shekhavtsova T. N., Shatalov G. V., Shestakov A. S., Papkov V. N., Panevin A. S. Condensed matter and in terphase boundaries. 2016. T. 18. No. 3. P. 414–421.
3. Zadorina E. N. Prognostic opportunities for studying the relaxation nature of polymers thermal destruction. Bulletin of the Moscow Aviation Institute. 2015. No. 3(22). P. 116–121.
4. Ruben Mil [and etc.] Emulsion polymerization process control. VI international conference on electrome chanics and system engendering. Mexico. 2011. P. 1–4.
5. Masoud Abbaszadeh, Reza Solgi. Constrained Nonlinear Model Predictive Control of a Polymerization Process via Evolutionary Optimization. Journal of Intelligent Learning Systems and Applications. 2014. V. 6. P. 35–44. DOI
6. Solgi R., Vosough R. and Rafizadeh M. Adaptive Fuzzy Control of MMA Batch Polymerization Reactor Based on Fuzzy Trajectory Definition. Proceeding of the 2004 American Control Conference, Boston, June 30 – July 2, 2004. P. 1097–1102. DOI
7. Shafiee G., Jahed-Motlagh M. R. and Jalali A. A. Nonlinear Predictive Control of a Polymerization Reactor Based on Piecewise Linear Wiener Model. Chemical Engineering Journal. 2008. V. 143, No. 1–3. P. 282–292. DOI
8. Masoud Soroush, Costas Kravaris. Nonlinear Control Reactor: an of a Batch Polymerization Experimental Study. AIChE Journal. V. 38, No. 9, 1992. P. 1429–1447. DOI
9. Basement S. L. Multi-alternative systems with a variable structure of automatic control of continuous polymerization processes. Control Systems and Information Technologies. 2011. T. 46. No. 4.1. FROM. P. 175–178.
10. Zeynalov R. I., Kerbaliev R. A., Seidov N. M. Using the principle of speed control to optimize the synthesis of the oligomerization catalyst and olefins polymerization. Chemistry and technology of fuels and oils. 2011. 4 (566). P. 40–44.
11. Safin M. A. Development of a system for the automatic control of a reactor for the synthesis of suspension polymerization of styrene, taking into account the kinetics of the process: dis. ... cand. those. sciences. Moscow, 2014. P. 78–80.
12. Shekhavtsova T. N. [et al.] Obtaining low molecular weight functionalized polymers by thermal oxidative stereo regular polybutadiene degradation. Condensed matter and interphase boundaries. 2016. No. 3 (18). P. 414–421.
13. Shekhavtsova T. N. [et al.] Thermooxidative degradation as a method of obtaining low molecular weight polydiene polymers. Rubber and rubber. 2018. No. 6 (77). P. 358–361.
14. Zagainov V. S. [et al]. Pat. 2600637 Russian Federation, Method for processing waste containing thermosetting polymers; patent holder Joint- Stock Company “Eastern Scientific Research Coal Chemical Institute” (JSC “VUKHIN”), Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Organic Synthesis named after AND I. Postovsky Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IOS UB RAS). No. 2015110013/05; application 03/20/2015; publ. 10/27/2016. P. 9.
15. Mao Hai-Kuan [and others] Pat. 2207350 Russian Federation. Biodegradable polymers whose chains are elongated with phosphates, compositions, products, methods for their preparation and use; Applicant and patentee GILFORD PHARMACY INC. (US), JONES HOPKINS UNIVERSITY SCUL OF MEDISIN (US). No. 99123428/04; application 04/02/1998; publ. 06/27/2003. P. 65.
16. Khaustov I. A. Polymers process destruction control in a solution based on fractional loading of the initiator. VGUIT. 2014. No. 4 (62). P. 86–91.
17. Mukhamedieva L. N. [and etc.]. Pat.2554623 Russian Federation. A method for assessing and predicting the aging (destruction) of polymer materials by the dynamics of the total gas evolution and toxicity of volatile organic compounds (VOCs) migrating from the polymer during aging, detected by chromatomass spectroscopy; patent holder Federal State Budgetary Institution of Science State Institute of Biomedical Problems. No. 2013148587/05; application 10/31/2013; publ. 06/27/2015. P. 10.
18. Tikhomirov S. G. [et al.] Control and prediction of quality parameters of polymers in the process of their destruction in solution. Theoretical Foundations of Chemical Technology. 2018. T. 52. No. 4. P. 466–472. DOI
19. Tikhomirov S. G. [et al.] Mathematical modeling of the polybutadien ethermooxidative degradation process in solution. Chemical and oil and gas engineering. 2018. No. 8. P. 10–13.
20. Bityukov V. K. [et al.] System analysis of the polymers thermal oxidative degradation process in solution as a control object. Bulletin of VGUIT. Series: information technology, modeling and management. 2014. No. 3 (61). P. 61–66.
2. Obtaining low molecular weight function-alizable polymers by thermal oxidative degradation of stereoregular polybutadiene / Shekhavtsova T. N., Shatalov G. V., Shestakov A. S., Papkov V. N., Panevin A. S. Condensed matter and in terphase boundaries. 2016. T. 18. No. 3. P. 414–421.
3. Zadorina E. N. Prognostic opportunities for studying the relaxation nature of polymers thermal destruction. Bulletin of the Moscow Aviation Institute. 2015. No. 3(22). P. 116–121.
4. Ruben Mil [and etc.] Emulsion polymerization process control. VI international conference on electrome chanics and system engendering. Mexico. 2011. P. 1–4.
5. Masoud Abbaszadeh, Reza Solgi. Constrained Nonlinear Model Predictive Control of a Polymerization Process via Evolutionary Optimization. Journal of Intelligent Learning Systems and Applications. 2014. V. 6. P. 35–44. DOI
6. Solgi R., Vosough R. and Rafizadeh M. Adaptive Fuzzy Control of MMA Batch Polymerization Reactor Based on Fuzzy Trajectory Definition. Proceeding of the 2004 American Control Conference, Boston, June 30 – July 2, 2004. P. 1097–1102. DOI
7. Shafiee G., Jahed-Motlagh M. R. and Jalali A. A. Nonlinear Predictive Control of a Polymerization Reactor Based on Piecewise Linear Wiener Model. Chemical Engineering Journal. 2008. V. 143, No. 1–3. P. 282–292. DOI
8. Masoud Soroush, Costas Kravaris. Nonlinear Control Reactor: an of a Batch Polymerization Experimental Study. AIChE Journal. V. 38, No. 9, 1992. P. 1429–1447. DOI
9. Basement S. L. Multi-alternative systems with a variable structure of automatic control of continuous polymerization processes. Control Systems and Information Technologies. 2011. T. 46. No. 4.1. FROM. P. 175–178.
10. Zeynalov R. I., Kerbaliev R. A., Seidov N. M. Using the principle of speed control to optimize the synthesis of the oligomerization catalyst and olefins polymerization. Chemistry and technology of fuels and oils. 2011. 4 (566). P. 40–44.
11. Safin M. A. Development of a system for the automatic control of a reactor for the synthesis of suspension polymerization of styrene, taking into account the kinetics of the process: dis. ... cand. those. sciences. Moscow, 2014. P. 78–80.
12. Shekhavtsova T. N. [et al.] Obtaining low molecular weight functionalized polymers by thermal oxidative stereo regular polybutadiene degradation. Condensed matter and interphase boundaries. 2016. No. 3 (18). P. 414–421.
13. Shekhavtsova T. N. [et al.] Thermooxidative degradation as a method of obtaining low molecular weight polydiene polymers. Rubber and rubber. 2018. No. 6 (77). P. 358–361.
14. Zagainov V. S. [et al]. Pat. 2600637 Russian Federation, Method for processing waste containing thermosetting polymers; patent holder Joint- Stock Company “Eastern Scientific Research Coal Chemical Institute” (JSC “VUKHIN”), Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Organic Synthesis named after AND I. Postovsky Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (IOS UB RAS). No. 2015110013/05; application 03/20/2015; publ. 10/27/2016. P. 9.
15. Mao Hai-Kuan [and others] Pat. 2207350 Russian Federation. Biodegradable polymers whose chains are elongated with phosphates, compositions, products, methods for their preparation and use; Applicant and patentee GILFORD PHARMACY INC. (US), JONES HOPKINS UNIVERSITY SCUL OF MEDISIN (US). No. 99123428/04; application 04/02/1998; publ. 06/27/2003. P. 65.
16. Khaustov I. A. Polymers process destruction control in a solution based on fractional loading of the initiator. VGUIT. 2014. No. 4 (62). P. 86–91.
17. Mukhamedieva L. N. [and etc.]. Pat.2554623 Russian Federation. A method for assessing and predicting the aging (destruction) of polymer materials by the dynamics of the total gas evolution and toxicity of volatile organic compounds (VOCs) migrating from the polymer during aging, detected by chromatomass spectroscopy; patent holder Federal State Budgetary Institution of Science State Institute of Biomedical Problems. No. 2013148587/05; application 10/31/2013; publ. 06/27/2015. P. 10.
18. Tikhomirov S. G. [et al.] Control and prediction of quality parameters of polymers in the process of their destruction in solution. Theoretical Foundations of Chemical Technology. 2018. T. 52. No. 4. P. 466–472. DOI
19. Tikhomirov S. G. [et al.] Mathematical modeling of the polybutadien ethermooxidative degradation process in solution. Chemical and oil and gas engineering. 2018. No. 8. P. 10–13.
20. Bityukov V. K. [et al.] System analysis of the polymers thermal oxidative degradation process in solution as a control object. Bulletin of VGUIT. Series: information technology, modeling and management. 2014. No. 3 (61). P. 61–66.
Опубликован
2020-03-24
Как цитировать
Попов, А. П., Тихомиров, С. Г., Хаустов, И. А., Хвостов, А. А., & Тихомиров, Г. С. (2020). Системный анализ и синтез предиктивной системы управления процессом термоокислительной деструкции полимера в реакторе периодического действия. Вестник ВГУ. Серия: Системный анализ и информационные технологии, (1), 36-50. https://doi.org/10.17308/sait.2020.1/2582
Выпуск
Раздел
Математические методы системного анализа и управления
- Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.
- Авторы имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
