«Автоматизация и информатизация ТЭК»

Исследование непрерывных технологических процессов с применением матрицы коэффициентов относительного усиления

УДК: 681.518
DOI: 10.33285/2782-604X-2023-12(605)-24-33

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: установка подготовки нефти, первая ступень сепарации, многосвязный объект управления, синтез систем автоматического управления, матрица коэффициентов относительного усиления, управляющие степени свободы

Аннотация:

Основные технологические процессы современной нефтегазовой промышленности относятся к непрерывным. Такие процессы представляют собой объекты со сложными взаимными связями, относящиеся к классу многосвязных объектов управления. Для эффективной эксплуатации процессов с многосвязными объектами требуются соответствующие системы управления. Обеспечить заданное качество работы таких систем возможно при своевременном проектировании их структуры. Современная литература по синтезу систем управления предлагает широкий спектр различных методов анализа многосвязных технологических процессов для получения характеристик объекта управления. Эти методы могут быть основаны как на эмпирических наблюдениях, так и на математическом аппарате различного уровня сложности. В статье для исследования непрерывного нефтегазового процесса использовался математический метод на основе расчета матрицы коэффициентов относительного усиления. Матрица позволяет определить степень взаимовлияния между переменными многосвязного процесса. На первом этапе анализировался многосвязный объект управления. Выполнен анализ результатов расчета матрицы коэффициентов относительного усиления на различных рабочих точках. На основе полученных результатов была оценена возможность экстраполяции структуры системы автоматического управления на альтернативные рабочие точки. На втором этапе с применением матрицы коэффициентов относительного усиления исследовалось влияние числа управляющих степеней свободы на отклонение значения коэффициента усиления и возможность ранжирования различных структур систем управления по данному параметру. В качестве примера рассматривается типовой непрерывный процесс подготовки нефти – первая ступень сепарации, состоящая из двух сепараторов и пяти клапанов.

Список литературы:

1. Barashkin R.L., Popadko V.E. Control System Structure Design of a Gas Pre-Separation Unit // 2022 XXV Int. Conf. on Soft Computing and Measurements (SCM), Saint Petersburg, Russian Federation, May 25–27, 2022. – IEEE, 2022. – P. 38–41. – DOI: 10.1109/SCM55405.2022.9794868
2. Konda N.M., Rangaiah G.P., Krishnaswamy P.R. A simple and effective procedure for control degrees of freedom // Chemical Engineering Science. – 2006. – Vol. 61, Issue 4. – P. 1184–1194. – DOI: 10.1016/J.CES.2005.08.026
3. Larsson T., Skogestad S. Plantwide control – A review and a new design procedure // Modeling, Identification and Control. – 2000. – Vol. 21, No. 4. – P. 209–240. – DOI: 10.4173/MIC.2000.4.2
4. Process Dynamics and Control / D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, F.J. Doyle III. – New York: John Wiley & Sons, 2016. – 512 p.
5. Hurwitz A. Ueber die Bedingungen, unter welchen eine Gleichung nur Wurzeln mit negativen reellen Theilen besitzt // Mathematische Annalen. – 1895. – Vol. 46, Issue 2. – P. 273–284. – DOI: 10.1007/BF01446812
6. Nyquist H. Regeneration theory // Bell System Technical J. – 1932. – Vol. 11, Issue 1. – P. 126–147. – DOI: 10.1002/j.1538-7305.1932.tb02344.x
7. Ляпунов А.М. Общая задача об устойчивости движения. – Харьков: Типография Зильберберга, 1892. – XI, 251 с.
8. Skogestad S. Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning // J. of Process Control. – 2003. – Vol. 13, Issue 4. – P. 291–309. – DOI: 10.1016/S0959-1524(02)00062-8
9. Palazoglu A., Arkun Y. A multiobjective approach to design chemical plants with robust dynamic operability characteristics // Computers & Chemical Engineering. – 1986. – Vol. 10, Issue 6. – P. 567–575. – DOI: 10.1016/0098-1354(86)85036-0
10. Bristol E. On a new measure of interaction for multivariable process control // IEEE Transactions on Automatic Control. – 1966. – Vol. 11, Issue 1. – P. 133–134. – DOI: 10.1109/TAC.1966.1098266
11. Ricardez-Sandoval L.A., Budman H.M., Douglas P.L. Integration of design and control for chemical processes: A review of the literature and some recent results // Annual Reviews in Control. – 2009. – Vol. 33, Issue 2. – P. 158–171. – DOI: 10.1016/j.arcontrol.2009.06.001
12. Gong Jianping. New Feasibility Study of Bristol's Relative Gain Array in Interaction Analysis of Multivariable Process Control Systems // IFAC Proceedings Volumes. – 1984. – Vol. 17, Issue 2. – P. 1831–1836. – DOI: 10.1016/S1474-6670(17)61241-2
13. Witcher M.F. Interacting control systems: steady state and dynamic measurement of interaction // ISA Transactions. – 1977. – Vol. 16. – P. 35–41.
14. Tung L.S., Edgar T.F. Analysis of control‐output interactions in dynamic systems // AIChE J. – 1981. – Vol. 27, Issue 4. – P. 690–693. – DOI: 10.1002/AIC.690270423
15. RNGA based control system configuration for multivariable processes / Mao-Jun He, Wen-Jian Cai, Wei Ni, Li-Hua Xie // J. of Process Control. – 2009. – Vol. 19, Issue 6. – P. 1036–1042. – DOI: 10.1016/J.JPROCONT.2009.01.004
16. Qiang Xiong, Wen-Jian Cai, Mao-Jun He. A practical loop pairing criterion for multivariable processes // J. of Process Control. – 2005. – Vol. 15, Issue 7. – P. 741–747. – DOI: 10.1016/J.JPROCONT.2005.03.008
17. A Decentralized Control Structure for a CO2 Compression, Capture and Purification Process: An Uncertain Relative Gain Array Approach / A. Chansomwong, K.E. Zanganeh, A. Shafeen [et al.] // IFAC Proceedings Volumes. – 2011. – Vol. 44, Issue 1. – P. 8558–8563. – DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00663
18. Controllability and Resiliency Analysis in Heat Exchanger Networks / C.B. Miranda, C.B.B. Costa, C.M.G. Andrade, M.A.S.S. Ravagnani // Chemical Engineering Transactions. – 2017. – Vol. 61. – P. 1609–1614. – DOI: 10.3303/CET1761266
19. Tsekhmestruk I.B., Barashkin R.L., Popadko V.E. Relative Gain Array Application for Typical Chemical Process // 2022 IEEE Int. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Yekaterinburg, Russian Federation, Nov. 11–13. – 2022. – P. 1770–1773. – DOI: 10.1109/SIBIRCON56155.2022.10017013
20. Tsekhmestruk I.B., Barashkin R.L., Popadko V.E. An Application of a Relative Gain Array and Singular Value Decomposition for the Synthesis of Control Systems for Multivariable Processes // 2023 XXVI Int. Conf. on Soft Computing and Measurements (SCM), Saint Petersburg, Russian Federation, May 24–26. – 2023. – P. 49–52. – DOI: 10.1109/SCM58628.2023.10159045