WWW.NAUKA.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, издания, публикации
 


«УДК 622.2, 681 СИСТЕМНЫЙ И СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ Л.И. Григорьев Российский государственный университет нефти и ...»

УДК 622.2, 681

СИСТЕМНЫЙ И СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ

АНАЛИЗ УПРАВЛЕНИЯ

НЕПРЕРЫВНЫМИ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ

Л.И. Григорьев

Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина

Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-кт, 65

E-mail: lgrig@gubkin.ru

И.Ф. Кузьмицкий Белорусский технологический университет Белоруссия, 220006, Минск, ул. Свердлова, 13а E-mail: kuzmizki@mail.ru В.В. Санжаров Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина Россия, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 65 E-mail: vadim.sanzharov@gmail.com Ключевые слова: автоматизированные системы диспетчерского управления, нечеткая логика, нештатные ситуации, синергетика, системный анализ, теория катастроф, управление, фазовые переходы Аннотация: Настоящая статья посвящена разработке исследовательской схемы для формирования решений по управлению в нештатных (аварийных) ситуациях в технологических процессах нефтегазовой отрасли. Рассматриваются нештатные ситуации, в которых имеют место фазовые переходы. Предложенная схема является результатом междисциплинарного подхода, объединяющего лабораторную базу для исследований процессов фазовых переходов в нефтяных дисперсных системах, средства моделирования технологических процессов отрасли, модели теории катастроф нечеткую модель параметров порядка.

1. СППР в АСДУ Синтез информационных технологий и средств автоматизации привел к появлению типовых схем автоматического и автоматизированного управления непрерывными процессами, обеспечивающих в штатных ситуациях надежное функционирование технологически опасных производств. Но при этом сохраняется существенный риск возникновения нештатных (в том числе аварийных) ситуаций, в которых отклонение от номинального режима может привести к серьезным последствиям. Статистика аварий последних лет свидетельствует о тенденции, с одной стороны снижения числа аварий, а, с другой стороны, значительном возрастании ущерба от каждой аварии.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

Непрерывные технологические процессы имеют место в атомной и электроэнергетике, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в разработке и освоении нефтегазовых месторождений, транспортировке углеводородного сырья и др.

Все эти процессы (включая процессы нефтегазового производства) являются технологически опасными. В отличие от быстро текущих процессов, которые свойственны, например, атомной и электроэнергетике, темпы развития технологических процессов в объектах нефтегазовой отрасли предоставляют для реакции некоторый временной ресурс при возникновении нештатных ситуаций.

Особенностям управления непрерывными технологическими процессами удовлетворяет автоматизированное диспетчерское управление. «Автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ) – это неоднородная (человеко-машинная) система управления технологическим процессом, интегрирующая на АРМ (автоматизированном рабочем месте) диспетчера профессиональные знания диспетчера с информационно-управляющей системой (ИУС), обеспечивающей автоматический сбор, передачу и отображение информации, а также автоматизирующей все требуемые расчетные процедуры и выполнение управляющих воздействий для достижения поставленной цели в соответствии с заданными критериями» [1]. АСДУ относятся к классу гетерогенных систем; это человеко-машинные системы управления, в которых действия лица принимающего решения (ЛПР, это – диспетчер/оператор) трудно формализуемы. В [1] сформулированы основные проблемы АСДУ. В [2] рассмотрены особенности моделирования в АСДУ, показана перспективность использования когнитивного анализа, нечеткой математики для решения задач диспетчерского управления, а также актуальность постановки и решения задачи мониторинга качества в АСДУ.

Развитие процессов интеграции – основа эволюции АСДУ. Важную роль в формировании АСДУ, как магистрального направления развития АСУТП, сыграло создание и внедрение SCADA-систем, с помощью которых осуществляется интеграция информации о ходе технологического процесса и централизация управления. SCADA-системы обеспечивают решение базовой задачи АСУТП, т.

е. задачи текущего контроля (мониторинга) технологического процесса. В историческом аспекте разработку и внедрение SCADA-систем можно интерпретировать как событие на бифуркационной диаграмме развития средств автоматизации. Это событие может придать практический смысл термину эргатическая система (от греч. ergon – работа), прозвучавшему впервые примерно пятьдесят лет назад на Международной конференции по автоматическому управлению, но не получившему в те годы особого распространения.

Для объектов нефтегазового производства организация диспетчерского управления в нештатных ситуациях представляет серьезную проблему, решение которой требует комплексного подхода и интеграции знаний из различных предметных областей.

Существуют различные способы, позволяющие избегать нежелательные последствия: системы противоаварийной защиты, средства оперативной диагностики, динамические экспертные системы и др. Некоторые из этих способов описаны в [3, 4]. Выбор средств защиты во многом определяется временными характеристиками исследуемого процесса, т.е. требованиями реального времени. В нефтегазовом производстве наиболее сложные нештатные ситуации связаны с поведением углеводородного сырья, т.е. нефти, газа и конденсата в различных соотношениях. Они возникают в технологических процессах нефтехимии и нефтепереработке, в бурении скважин, при транспортировке нефти и газа, при освоении и разработке месторождений углеводородного сырья.

В системах автоматизированного управления, когда достаточно высок уровень неопределенности, создают системы поддержки принятия решений (СППР). Чаще всего СППР используются при решении многокритериальных задач управления. Для АСДУ в дополнении к указанным решениям предлагается создание СППР для управления в неXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

стандартных ситуациях. Для создания такого рода СППР необходимо проведение фундаментальных физико-химических исследований поведения углеводородного сырья в различных производственных технологиях для выявления условий, при которых имеют место фазовые переходы, в результате которых нарушается управляемость процессов.

Определение условий формирования нежелательных фазовых переходов, а в дальнейшем прогнозирование развития этих процессов создают теоретическую основу для противодействия.

Особенности поставленной задачи требуют интеграции системного и синергетического анализа, т.е. проведение исследований на основе совмещения принципа системности и принципа развития.

2. Синергетика нефтяных дисперсных систем 2..1. Экспериментальное исследование типовых нештатных ситуаций 2.1.1. Нефтяные дисперсные системы. В науке о нефти, как и в любой другой науке, по мере накопления знаний меняются концепции. Традиционно нефть и нефтяные системы рассматривались как жидкости, близкие по своим свойствам к идеальным, с определенными макроскопическими физико-химическими характеристиками. Развитие в 70-е годы прошлого столетия академиком П.А. Ребиндером науки о коллоидах привело к переходу от концепции строения нефтяных систем как молекулярных растворов к новой концепции, основанной на коллоидно-химическом представлении о нефти. Согласно определению коллоидные системы или коллоиды (др.-греч. – клей + – вид; «клеевидные») – дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами – взвесями, в которых дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы распределены в дисперсионной среде, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию.

Основателем учения о нефтяных дисперсных системах (НДС) считают профессора З.И. Сюняева, которым была активно развита идея регулирования свойств НДС внешними воздействиями различной природы. Закономерности поведения и физикохимические свойства нефтяной системы в молекулярном или дисперсном состоянии могут существенно различаться, что является причиной нелинейного отклика при изменении характера и величины внешнего воздействия.

При этом происходят фазовые переходы, а свойства систем качественно меняются.

В исследования в этой области, которые активно ведутся как в России, так и за рубежом, было показано, что нефтяные системы структурированы на наноуровне, что создает основу для разработки новых технологий в нефтегазовом производстве [5].

Возможность регулирования параметров микроструктуры при добыче, транспортировке, переработке нефти и нефтепродуктов становятся основой новых технологий. С другой стороны, возможности агрегатного изменения углеводородного сырья в условиях функционирования промышленных технологий является причиной возникновения нештатных и аварийных ситуаций.

Переход к концепции о представлении нефти как дисперсной системы аналогичен переходу к «нелинейному мышлению», о котором писал академик Л.И.Мандельштам в 1935 г. в предисловии к книге А.А. Андронова, А.А. Витта, С.Э. Хайкина «Теория колебаний». Академик Л.И.Мандельштам отмечает, что «стремление не слишком удаляться от привычной линейной терминологии и столь же привычных математических методов» при решении новых и явно нелинейных проблем «большей частью вообще ничему не научает, а иногда и прямо вредно».

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

Нелинейному мышлению свойственны пороговые значения, наличие обратных связей (чаще всего внутренних), насыщение. С позиций нелинейного мышления все реальные системы являются по сути нелинейными; а линейными они могут рассматриваться при принятии большого числа допущений. Одним из первых примеров нелинейной теории в постнеклассической науке считается теория колебаний, успешно развитая Л.И.Мандельштамом и его школой. Постнеклассическая наука отражает современный этап становления науки, на котором важнейшую роль играет междисциплинарность.

Но по настоящему парадигмой нелинейного мышления в современной постнеклассической науке становится синергетика, изучающая эволюционные процессы функционирования нелинейных систем на длинном времени. Ее становление связано в первую очередь с именами И. Пригожина, Г. Хакена, Г. Николиса и др. [6-8]. Активное развитие синергетического анализа в исследованиях нелинейных явлений нефтегазового производства было дано в работах А.Х. Мирзаджанзаде и его учеников [9].

Для развития идей нелинейного мышления и, конкретно, синергетического анализа в управлении объектами нефтегазового производства, на кафедре АСУ РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина в 2011 была начата подготовка магистров по программе «Синергетика и управление».

Синергетический анализ поведения нефтяных дисперсных систем дает возможность предсказать проявление негативных явлений, связанных с фазовыми переходами в технологических процессах нефтепереработки, разработки месторождений углеводородов, бурении скважин и других процессах нефтегазового производства.

Для понимания процессов фазовых переходов и формирования новых структур необходимы физико-химические исследования нефтяных дисперсных систем (НДС). На основе существующих стандартизированных методик была создана база лабораторных исследований (рис. 1) основных процессов фазовых превращений в НДС [10].

В рассмотренных далее процессах основное внимание уделяется началу формирования нештатных ситуаций, что важно для прогнозирования дальнейшего развития нежелательных процессов и принятия соответствующих решений по управлению.

–  –  –

Рис. 1. Схема лабораторных исследований фазовых переходов в НДС.

2.1.2. Отложения парафинов. Отложения высокомолекулярных парафинов и асфальтенов во время добычи, транспортировки и обработки нефтяных флюидов, особенно в холодных климатических условиях, могут вызывать проблемы, связанные с уменьшением полезного сечения насосно-компрессорных труб, нефтепроводов, и, как следствие, значительные осложнения при перекачке нефти, увеличение расхода электроэнергии, повышение износа оборудования. Поэтому являются актуальными исследования формирования асфальто-смолисто-парафиновых отложений (АСПО) в зависиXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

мости от условий их образования с целью разработки эффективных способов предотвращения нефтяных отложений и удаления, образовавшихся осадков.

Начало выпадения парафинов может определяться различными способами, такими как дифференциальная сканирующая калориметрия, микроскопия в поляризованном свете, инфракрасная спектроскопия, парафиновый контур.

Параметром, характеризующим процесс формирования парафиновых отложений, является температура появления парафинов (WAT – wax appearance temperature).

Созданная база исследований предполагает использование парафинового контура.

Данный метод является менее точным чем, например, дифференциальная сканирующая калориметрия или микроскопия в поляризованном свете, но позволяет изучать формирование парафиновых отложений в процессе прокачки образца через модельный трубопровод.

Объектами исследования являются парафинистые сырые нефти и/или модельная нефть, состоящая из отдельно растворенного макрокристаллического или микрокристаллического твердого парафина в додекане.

2.1.3. Отложения солей. Когда через трубопровод прокачиваются содержащие воду жидкости, морская вода или пластовая вода, которые подвергаются воздействию противодавления, то, особенно при смешении соленой и пластовой воды, может образовываться накипь – сульфат бария и прочие солевые отложения. Эти тяжелорастворимые вещества откладываются во внутренних стенках трубопровода, что приводит к снижению его эффективного диаметра. Также солевые отложения могут привести к закупорке пор коллектора.

Определение начала выпадения солей является важной задачей на этапах добычи и транспортировки нефти.

Цель эксперимента – исследование условий и определение точки начала выпадения солей из пластовых вод.

Соответствующие эксперименты предполагают использование измерителя дифференциальных давлений. Смешивают два раствора (катионный и анионный) и прокачивают через модельный трубопровод. Превышение порога растворимости хотя бы одного из соляных осадков приводит к росту кристаллов на стенке модельного трубопровода (капилляра). В связи с этим диаметр капилляра уменьшается. Условиями проведения эксперимента задается ламинарный поток жидкости, для которого изменение давления обратно пропорционально четвертой степени радиуса капилляра. Таким образом, даже самое малое изменение радиуса капилляра приводит к значительным изменениям давления, которые фиксируются прибором.

2.1.4. Образование газовых гидратов. Газовые гидраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных условиях температуры и давления, за счет включения молекул газа в решетку из молекул воды.

Гидраты могут образовываться при добыче и транспортировке газа в стволах скважин и газопроводах. Газогидратные отложения на стенках труб резко уменьшают их пропускную способность. С точки зрения экономической эффективности и безопасности лучшим путем является предотвращение появления отложений, а не удаление уже возникших.

Для борьбы с образованием гидратов используют: различные ингибиторы; антиагломератные вещества; поддержание температуры потока газа выше температуры гидратообразования с помощью систем обогрева и теплоизоляции трубопроводов; осушку газа перед транспортировкой.

Исследование проводится в газогидратном автоклаве. В процессе эксперимента измеряются давление и температура в камере. Также измеряется крутящий момента мешалки, исходя из изменений значений которого можно сделать вывод об изменении

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

вязкости образца. Кроме того возможна фото- и видеосъемка процессов в камере для непосредственной визуальной регистрации процессов гидратообразования. Начало образования гидратов по данным измерения определяется как изменение (падение) давления в камере.

2.1.5 Отложения асфальтенов. Асфальтены являются самым тяжелым и самым полярным компонентом нефти. Они растворимы в ароматических растворителях, таких как толуол, но нерастворимы в нормальных алканах. Предполагается, что в нефти асфальтены существуют как твердые коллоидные частицы или молекулы, которые стабилизированы смолами и другими полярными молекулами.

Сложное поведение асфальтенов в тяжелой нефти объясняется присутствием других соединений – парафинов, нафтенов, ароматических углеводородов и смол, которые влияют на растворимость асфальтенов. Экспериментальным путем было показано, что стабильность нефтей значительно зависит от содержания асфальтенов и вязкости.

Образование асфальтеновых отложений в связи с изменениями состава, давления и температуры представляет собой проблему на всех этапах добычи и разработки месторождения. Осаждение асфальтенов может вызвать кольматацию пор в пласте и/или изменить смачиваемость пород, что вызывает снижение проницаемости. Асфальтены также могут формировать отложения в оборудовании в процессах переработки нефти, что вызывает преждевременный износ и падение производственных мощностей. Все это приводит к значительным затратам.

В связи с большой экономической важностью этих проблем, было проведено множество исследований, чтобы изучить условия, при которых происходит образование асфальтеновых отложений.

Информация о том, когда начинается процесс выпадения асфальтенов и в каком количестве формируются осаждения при добыче, транспортировке и переработке нефти, является важной.

Процесс выпадения асфальтенов характеризуется точкой onset (начала выпадения асфальтенов), одним из методов определения которой является титрование алканами модельного раствора асфальтенов.

Физически определение точки onset производится на основе измерения оптической плотности. В процессе титрования сначала происходит снижение оптической плотности, в связи с разбавлением раствора прозрачным растворителем. Затем при некотором значении количества (зависимом от температуры) добавленного осадителя, оптическая плотность начинает возрастать в связи с началом процесса кристаллизации. Современное приборное обеспечение позволяет проводить процесс титрования автоматически.

2.1.6. Исследовательская схема. Физико-химический анализ нефтяных дисперсных систем это отправная точка в разработке СППР в нештатных ситуациях. Предлагается исследовательская схема формирования правил и рекомендаций для управления в нештатных ситуациях, которая включает следующие этапы: анализ поведения сложных молекулярных систем, применение фрактального подхода для исследования условий формирования новых структур, использование типовых для синергетики нелинейных моделей для описания динамического развития на «длинном времени» и др. (рис. 2).

–  –  –

Рис. 2. Исследовательская схема для формирования рекомендаций по управлению.

2.2. Компьютерное моделирование поведения нефтяных дисперсных систем 2.2.1. Средства компьютерного моделирования. Исследование физикохимических явлений различной природы (в том числе и фазовых переходов) на сегодняшний день, помимо экспериментальных методов, подразумевает использование средств компьютерного моделирования. На атомном и молекулярном уровне применяют различные модификации методов квантовой химии, молекулярной механики и динамики, в том числе и в комбинации с методом Монте-Карло. По сути, оформилась отдельная область исследований, занимающаяся разработкой и применением подобных методов и моделей — вычислительная химия. [11] На более высоком уровне исследований компьютерное моделирование также активно используется. Сюда можно, например, отнести различные модели в виде уравнений состояния для исследования жидкостей и газов, модели многофазного течения в трубопроводах и др.

Средства компьютерного моделирования как на молекулярном, так и на более высоком уровне, широко распространены в нефтегазовой отрасли и используются для решения различных задач. Применение как специализированных, так и интегрирующих в себе различные модели, программных продуктов стало практически неотъемлемой частью как научных исследований, так и производственной деятельности нефтегазовых компаний.

К программному обеспечению для моделирования технологических процессов нефтегазовой отрасли относятся и такие продукты как VMGSim [13], Honeywell UniSim [12].

2.2.2. VMGSim. Универсальная среда моделирования и расчета технологических схем в статике и динамике, включающая в себя полнофункциональный термодинамический и технологический симулятор, «нефтяной пакет» (от моделирования и разбивки

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

нефтяного образца на псевдокомпоненты до определения товарных показателей нефтепродуктов), набор моделей теплообменного оборудования и ректификационных колонн различной конфигурации, численные модели многофазных трубопроводов с учетом сложного теплообмена, инструменты расчета факельных линий и сценариев сброса давления, утилиты подбора труб и аппаратов, регрессии экспериментальных данных, оптимизации, анализа вариантов схем.

Для моделирования процессов добычи и переработки природного газа VMGSim содержит собственные модификации уравнений состояния, настроенные по большому количеству экспериментальных данных, модель гидратообразования, модель растворимости ртути и ароматики в газе, модели аминовой очисти с использованием «неравновесных» колонн и очистки физическими растворителями, модель процесса Клауса с учетом дегазации серы, модель потерь давления по методу Миллера, расчет вскипающего потока в клапанах.

VMGSim ориентирован в первую очередь на добычу и переработку природного газа. В связи с этим в нем реализованы готовые средства для отслеживания образования газовых гидратов.

2.2.3. UniSim. Линейка продуктов от Honeywell, ориентированных на имитационное моделирование технологических процессов.

Семейство продуктов UniSim позиционируется компанией Honeywell как «универсальный инструмент моделирования динамических объектов». В линейку UniSim входят три программных продукта:

UniSim Design – Проектирование;

UniSim Operations – Управление;

UniSim Optimization – Оптимизация.

UniSim Design – инструмент, позволяющий создавать как стационарные, так и динамические модели для проектирования различных технологических процессов (в том числе технологических процессов нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности). UniSim Design включает в себя пакет термодинамических расчетов, позволяющий вычислять физические свойства, свойства переноса, фазовое поведение для нефтегазовых, нефтеперерабатывающих и нефтехимических процессов.

UniSim Operations. Данный пакет представляет собой средство для организации среды управления, а также для обучения персонала и инжиниринга технологических процессов. В состав пакета входят:

тренажерные модели (библиотека динамических моделей технологических процессов, система обучения, инструментальные и системные интерфейсы);

среда управления (библиотека интерфейсов РСУ, средства обучения и тестирования, высокоточные алгоритмы управления);

средства поддержки различных РСУ и систем ПАЗ (Experion PKS, Tps, DeltaV, I\A Series, Centum CS и др.; FSC/SM, Triconex, HIMA и др.);

средства синхронизации процесса и модели.

Пакет UniSim Operations позволяет проводить инжиниринг производственных процессов, то есть анализировать работу оборудования, прогнозировать скорость коррозии, проверять реализуемость оперативных сценариев, проверять возможности системы управления поддерживать работу процесса при высокой производительности без угрозы откатов.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

3. Нелинейные модели описания новых структур в критических точках Для описания нештатных ситуаций с формированием новых структур предлагается использовать аппарат теории катастроф [14-16].

С помощью теории катастроф анализируются особенности поведения системы при приближении к критической точке. Индикаторами или «флагами» катастроф считаются: существование нескольких устойчивых и/или неустойчивых состояний; необратимость процессов; подверженность флуктуациям; гистерезис и др. Интерес представляет момент перехода системы в минимум потенциальной энергии V, в котором состояние системы будет устойчивым.

Пусть динамическая система описывается уравнениями вида xi f i ( x i, s ), t где xi – переменные состояния, а s – управляющие параметры.

В теории катастроф предполагается, что существует потенциальная функция V и fi V ( xi, s ), xi и что если система находится в состоянии равновесия (устойчивого или неустойчивого), то V 0. При этом тип равновесия определяется собственными значениями матрицы устойчивости (гессиана).

Если 2V det Vij 0 (Vij ), xi x j то согласно теореме Морса существует гладкая замена переменных, при которой потенциальная функция V может быть представлена квадратичной формой.

n V i yi2 i 1 Знак означает «... равно после гладкой замены переменных...»; i – собственные значения матрицы устойчивости Vij, вычисленные для состояния равновесия; yi – координаты новой системы.

Невырожденные критические точки дают качественную картину поведения потенциальной функции в многомерном случае. Множество точек s разбивает пространство управляющих параметров на области. При пересечении границ, разделяющих области, происходит катастрофа состояний системы.

Смысл подхода состоит в нахождении вырожденных критических точек (поверхностей), соответствующих качественному изменению в топографии семейств потенциальных функций и выполнению вблизи них линейного анализа устойчивости.

В окрестности вырожденных особых точек потенциальная функция может быть представлена с помощью подходящих преобразований координат в виде:

V cat (l, k ) i l 1 i ( s) yi2 n V V ( x; l ), x R n, l R k Функцию cat(l,k) называют функцией катастрофы; где l – размерность нулевого пространства Vij в неморсовской критической точке, а k – число управляющих параметров.

–  –  –

Модели катастроф (складка, сборка, ласточкин хвост, омбилика и др.) хорошо описаны в литературе [14-16 и др.]. Математические модели катастроф указывают на некоторые общие черты разных физических явлений, которые проявляются в скачкообразном (качественном) изменении состояния системы в ответ на плавное изменение параметров порядка. Чаще всего параметры порядка представляют собой коэффициенты в нелинейных дифференциальных уравнениях.

Первые примеры приложения теории катастроф относились к области термодинамики. Например, было показано, что в основе фазового перехода «жидкость-газ» лежит модель катастрофы типа «Сборка».

С начала появления теории катастроф отмечалось, что этот математический аппарат катастрофы не предотвращает, а среди недостатков указывалось, что модели катастроф: носят феноменологический характер и не предоставляют количественные результаты; имеют отношение лишь к исследованию бифуркаций состояния равновесия и не пригодны при описании реальных, т.е. динамических систем.

Для решения конкретных задач управления в нестандартных ситуациях недостаточно общих представлений об элементарных катастрофах; необходимо осуществить физико-химические исследования интересующего процесса, построить экспериментальные кривые и провести компьютерное моделирование. И только соответствие экспериментальных данных, результатов компьютерного моделирования этим кривым позволяет делать вывод говорить о возможности количественных предсказаний по моделям теории катастроф (рис. 2).

4. Параметры порядка и нечеткая модель критерия подобия Для одной или двух переменных и не более пяти управляющих параметров в теории имеется семь типов элементарных катастроф. Для каждого типа катастрофы существует поверхность, зависящая от числа переменных состояния и числа управляющих параметров в пространстве, размерность которого равна сумме указанных чисел.

Возникновение фазовых переходов в различных процессах, связанных с появлением катастрофических явлений, требует исследования критических точек. Для диссипативных систем эти критические точки также называют странные аттракторы. По определению странные аттракторы это притягивающее множество неустойчивых траекторий сложной геометрии в фазовом пространстве диссипативной динамической системы с фрактальной структурой.

Критические точки на бифуркационной диаграмме характеризуются на оси абсцисс значениями параметров порядка. На примере ячеек Бенара, в котором демонстрируется переход от порядка к хаосу, управляющим параметром, играющим роль «ручки регулировки», служит критерий подобия (число) Рэлея (Ra). Это – безразмерное число, определяющее поведение жидкости под воздействием градиента температуры. Если число Рэлея больше некоторого критического значения, равновесие жидкости становится неустойчивым и возникают конвективные потоки. Имеет место бифуркация типа вилки, а критическое значение числа Рэлея является точкой бифуркации для динамики жидкости.

В теории критические значения чисел подобия разделяют качественно различные режимы. Однако в диссипативных, т.е. реальных системах имеется большое число различных факторов, значения которых могут влиять на критические значения, определяющих граничные условия. Причем часто это не резкая граница, а размытая зона, в которой имеют место смешанные режимы. Такие явления свойственны геологическим разрезам (например, литологический разрез), режимам течения (ламинарный и турбуXII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

лентный), течениям газа с небольшим содержанием жидкости в наклонных трубопроводах в межпромысловых коллекторах и др.

В последнем из приведенных выше примеров опыт эксплуатации газосборных сетей свидетельствует, что снижение скоростей движения газожидкостных смесей до 4-7 м/с приводит к накоплению жидкости вплоть до полного перекрытия сечения трубопроводов (исследование А.А. Ротова). При этом на газосборных пунктах регистрируются залповые выбросы жидкости в сепараторы, связанные с возникновением пробковых режимов течения газожидкостной смеси. Накопление жидкости на подъемных участках трубопроводов сопровождается ростом гидродинамических потерь. Анализ показал, что имеет место зона перехода из пробкового в кольцевой режим течения.

В фундаментальном исследовании возникновении турбулентности Г. Шлихтинга [17] приводится большой объем экспериментальных данных, показывающих, что в реальных условиях правильнее оценивать не критическое значение чисел подобия, а некоторую область, в которой возможны смешанные режимы.

Для описания этого явления предлагается использовать аппарат нечетких множеств [18].

Пусть xi – значения числа Рейнольдса (Re), A (x) – функция принадлежности к зоне смешанного режима. На рис. 3 показан возможный вариант описания зоны смешанного режима.

A(x)

–  –  –

Рис. 3. Нечеткая модель критического значения критерия подобия.

5. Заключение На основе системного и синергетического анализа определяются условия, при которых возможны фазовые переходы, ведущие к нежелательным последствиям при отклонении от номинального режима. Сопоставление этих условий с информацией поступающей от систем текущего контроля, например, от SCADA-системы, позволяют оценить тренд изменений и меру близости переменных состояния к странному аттрактору, т.е к состоянию отказа или аварии. Вмешательство в виде изменения параметров порядка поможет отклонить траекторию процесса от попадания в область притяжения.

XII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ

ВСПУ-2014 Москва 16-19 июня 2014 г.

Список литературы

1. Григорьев Л.И. К теории автоматизированного диспетчерского управления // Труды Российского Государственного Университета нефти и газа имени И.М. Губкина. 2012. № 3. С. 126-130.

2. Grigoriev L., Kostogryzov A., Tupysev A. Automated dispatch control: problems and details of modeling // IFAC-PapersOnLine. ISSN: 1474-6670 Manufacturing Modelling, Management, and Control. 2013. Vol. 7.

Part 1. P.

1123-1127.

3. Наумец А.Е., Лебедев В.Г., Григорьев Л.И.. Интеллектуальный анализ данных в системах поддержки принятия диспетчерских решений (СППДР) // Труды DISCOM ‘2012. V Международная конференция «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами». М.: ООО «Газпром ВНИИГАЗ», 2012.

4. Григорьев Л.И., Елов Н.Е., Абдуллин И.В. Анализ и обработка архивных данных в системах диспетчерского управления в целях построения информационных моделей нештатных ситуаций // Проблемы управления. 2012. № 1. С. 55-61

5. Физико-химические свойства нефтяных дисперсных систем и нефтегазовые технологии. / Под ред.

Р.З. Сафиевой, Р.З. Сюняева. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2007. 580 с.

6. Пригожин И. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках. М.:

Наука, 1985. 328 c.

7. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.: Мир, 1990. 344 c.

8. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. 405 c.

9. Мирзаджанзаде А.Х., Хасанов М.М., Бахтизин Р.Н. Моделирование процессов нефтегазодобычи.

Нелинейность, неравновесность, неопределенность. Серия «Современные нефтегазовые технологии». М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2004. 368 c.

10. Физикохимия и методы анализа пластовых флюидов. Модуль: «Синергетика нефтяных дисперсных систем»: учебно-методический комплекс / Под ред. Л.И. Григорьева, Р.З. Сафиевой. М.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, 2012. 56 с.

11. Иванов В., Рабинович А., Хохлов А. Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров. М.: Либроком, 2009. 696 с.

12. http://www.honeywell.com/

13. VMGSim v.7.0 Manual, 2002-2011 Virtual Materials Group, Inc.

14. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения. М.: Мир, 1980. 607 с.

15. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: URSS, 2009. 136 с.

16. Гилмор Б. Прикладная теория катастроф. В 2-х книгах. М.; 1984. Кн. 1. 352 с., Кн. 2. 288 с.

17. Шлихтинг Г. Возникновение турбулентности. Пер. с нем. Г.А. Вольперта, под ред. Д.Г. Лойцянского.

М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. 200 с.

18. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. 798 с.

–  –  –




Похожие работы:

«УТВЕРЖДЕНА приказом Западно-Каспийского БВУ от «_» 2014 г. № СХЕМА КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ БЕССТОЧНЫХ РАЙОНОВ МЕЖДУРЕЧЬЯ ТЕРЕКА, ДОНА И ВОЛГИ Приложение 2. СВОДНАЯ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Содержание: Введение 1. Общая характеристика бессточных районов междуречья Терека, Дона и Волги 1.1. Перечень рассматриваемых объектов 1.1.1 Перечень водотоков 1.1.2 Перечень водоемов 1.1.3 Перечень населенных пунктов 1.1.4 Гидрографические единицы и водохозяйственные участки 1.2....»

«ЮБИЛЕЙНЫЙ ДОКЛАД (Научная автобиография) Май 2009 года, Санкт-Петербург 2 мая 2009 года мне исполнилось 60 лет. Согласно статистическим данным в России мужчины в среднем уже покидают этот мир. Поэтому есть смысл подводить итоги. Кроме того, когда-то была традиция профессорам делать юбилейный доклад с некоторыми самооценками в форме научной биографии. Это не только поучительно для молодежи, но и признание некоторых ошибок, что важно для сверстников. Мне удалось присутствовать на 50-летии...»

«ISSN 1682-39 Речевое общение ISSN 1682ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РЕЧЕВОЕ ОБЩЕНИЕ Специализированный вестник В ы п у с к 10-11 (18-19) Красноярск СФУ УДК 82-5.+80.(042.5) ББК 81.411. Р 338 Р 338 Речевое общение: специализированный вестник / Сибирский федеральный университет; под ред. А.П. Сковородникова. Вып. 10Красноярск. 2009. 317 с. В специализированном вестнике публикуются теоретические и прикладные разработки в области речеведения и...»

«СОДЕРЖАНИЕ Общая характеристика Казанского филиала ФГБОУВО «РГУП» 1. Система управления 2. Образовательная деятельность 3. 13 Оценка уровня требований при приеме абитуриентов 3.1 14 Содержание и качество подготовки обучающихся 3.2 26 Организация учебного процесса, востребованность выпускников 3.3 39 Научно-исследовательская работа студентов 3.4 49 Качество организации воспитательной работы 3.5 51 Дополнительное образование 3.6 55 Функционирование внутренней системы оценки качества 4. 61...»

«1.2.2. Недра 1.2.2.1. Эндогенные геологические процессы и геофизические поля Сейсмичность Байкальской природной территории (Байкальский филиал Геофизической службы СО РАН) Впадина озера Байкал является центральным звеном Байкальской рифтовой системы, которая развивается одновременно с другими рифтовыми системами Мира. Прибайкалье характеризуется высоким уровнем сейсмической опасности территории. Мощные землетрясения силой1 до 9–10 баллов, происходят здесь раз в 20-23 года. В 1862 г. при...»

«Контрактная система в сфере закупок товаров, работ, услуг. Практика применения Федерального закона от 05.04.2013 № 44-ФЗ ШАВЫЛИНА ЮЛИЯ АЛЕКСАНДРОВНА Заместитель руководителя Экспертно-консультационного центра Института госзакупок Сертифицированный преподаватель в сфере закупок www.roszakupki.ru Контрактная система с 1 января 2014 года Регулирование всех стадий закупки 1. ПЛАНИРОВАНИЕ 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ 3. ИСПОЛНЕНИЕ (на 1 – 3 года) ПОСТАВЩИКА, КОНТРАКТА, ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОТЧЕТНОСТЬ КОНТРАКТА 4....»

«УЧАСТНИКИ ФОРУМА КАЛИНИНГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ Калининградская область расположена на юго-восточном побережье Балтийского моря и является самым западным регионом Российской Федерации, полностью отделенным от остальной территории страны сухопутными границами иностранных государств. На севере и востоке она граничит с Литвой, на юге — с Польшей. На западе 140-километровое побережье омывается водами Балтийского моря, которое образует два залива: Куршский (1,6 тыс. кв. км) и Калининградский — российская...»

«Благотворительный фонд путеводитель для приемного родителя Если вы задумались о том, чтобы взять ребенка из детского дома, и не знаете, с чего начать Москва, 2015 Содержание Введение.................................................... 5 1. Из чего состоит процесс принятия ребенка в семью при различных формах устройства?..................... 6 2. Официальные требования к приемным родителям и сбор необходимых документов.....»

«Дж. Д. С э л и н д ж е р Москва Художественная литература a1inger The Catcher in the Rye Raise High the Roof Beam, Carpenters Seymour: an Introduction Eranny Zooey Nine Stories элинджер Над пропастью во ржи Повести Девять рассказов перевод с английского Москва Художественная литература И (Амер) С 97 Составление и вступительная статья А. Мулярчика Оформление художника И. Сальниковой Сэлинджер Дж.-Д. С97 Над пропастью во ржи; Повести; Девять рас­ сказов. Пер. с англ. / Сост. и вступит, статья А....»

«CCAMLR-XXV КОМИССИЯ ПО СОХРАНЕНИЮ МОРСКИХ ЖИВЫХ РЕСУРСОВ АНТАРКТИКИ ОТЧЕТ ДВАДЦАТЬ ПЯТОГО СОВЕЩАНИЯ КОМИССИИ ХОБАРТ, АВСТРАЛИЯ 23 ОКТЯБРЯ – 3 НОЯБРЯ 2006 г.CCAMLR PO Box 213 North Hobart 700 Tasmania AUSTRALIA _ Телефон: 61 3 6210 Телефакс: 61 3 6224 8 Председатель Комиссии Email: ccamlr@ccamlr.org ноябрь 2006 г. Веб-сайт: www.ccamlr.org Настоящий документ выпускается на официальных языках Комиссии: русском, английском, французском и испанском. Дополнительные экземпляры можно получить в...»

«АВТОБИОГРАФИЧЕСКИЕ ЗАПИСКИ 1920—1941 Набор выполняется в 2007 2008 годах с машинописного экземпляра 1980 года. Вносятся изменения, к сожалению, почти всегда они нерадостные. К 2008 году большинство друзей, коллег, одноклассников уже закончили не только трудовой, но и жизненный путь, и эти записки приобретают характер некрологов. А также, конечно, имеет место редакторское чтение. Содержание Стр. Раннее детство в Ленинграде 5 О родителях и некоторых родственниках 6 Петр Дмитриевич Комаров 9 Наш...»

«МУ Централизованная система детских библиотек городского округа город Уфа Республики Башкортостан Информационно-библиографический отдел Ко дню рождения Михаила Зощенко Рекомендательный библиографический указатель Для учащихся старшего возраста, студентов и руководителей детским чтением Уфа – 2010 Содержание От составителя.1. Биография. 4-7 2. Творчество М.М.Зощенко.2.1 Книги для детей.3.Критические статьи о М.М.Зощенко из книг 10-12 4.Энциклопедические сборники 13 5. Статьи из периодических...»

«Синтезиран доклад за стандартите за качество в обучението по професионално ориентиране в избрани страни от Европа – съкратена версия Управление на проекта: Карин Щайнер Редактор на пълната версия Марк Бейли, Сити Колидж (вж. www.quinora.com) Норуич, Великобритания Съкратена версия: Барбара Родър Дата: май 2006 QUINORA – Международна програма за гарантиране (на системно равнище) на качеството на мерките за професионално ориентиране на търсещи работа лица Съдържание 1 Резюме 2 Форми на предлагане...»

«Утвержден Годовым общим собранием акционеров « 20 » июня 2014 г. Протокол от « 20 » июня 2014 г. № 3 Предварительно утвержден Советом директоров « 12 » мая 2014 г. Протокол от « 12 » мая 2014г. № ГОДОВОЙ ОТЧЁТ ОТКРЫТОГО АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВ А « СЛАВНЕФТЬ-ЯРОСЛАВНЕФТЕОРГСИНТЕЗ» за 2013 год Место нахождения Общества: Российская Федерация, 150023, город Ярославль, Московский проспект, дом 1 Генеральный директор [А.А. Никитин] Главный бухгалтер [И.А. Прямицин] Дата подписания: М.П. « 28 » апреля...»

«Pleiades Publishing www.maik.ru Allerton Press Продвижение академических российских научных журналов Russian Library of Science РУНЭБ PLEIADES PUBLISHING Russian Library of Science 1 ‚‰................................................................ 3 1. Russian Library of Science.............................................. 1.1. ‡ ‰‡ „‡ Russian Library of Science ‚ 2007–2013 „„.......»

«Муниципальное автономное образовательное учреждение города Калининграда лицей № 1 Основные результаты деятельности муниципального автономного образовательного учреждения города Калининграда лицея № 17. Приоритетные направления развития на 2014 – 2015 учебный год. Публичный доклад г. Калининград 2014 год Содержание Вступление 2Общая характеристика I. Характеристика внешней среды II. 5Показатели результатов работы на основе внешней III. 6-6 оценки Количественный состав учащихся 1. Сведения об...»

«Вольфганг Випперман ЕВРОПЕЙСКИЙ ФАШИЗМ В СРАВНЕНИИ 1922-19 Перевод с немецкого А. И. Федорова Wolfgang Wippermann Europaischer Faschismus im Vergleich (1922-1982) Suhrkamp 19 «Сибирский хронограф» Новосибирск Вольфганг Випперман. Европейский фашизм в сравнении. 1922-1982 / Пер. с нем. А. И. Федорова. Новосибирск: Сибирский хронограф, 2000. Эта книга пользуется заслуженной известностью в мире как детальное, выполненное на высоком научном уровне сравнительное исследование фашистских и...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОТЧЕТ О НАУЧНОЙ И НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНСТИТУТА МОНИТОРИНГА КЛИМАТИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ за 2006 год Утверждаю Директор института чл.-корр. РАН _ М.В.Кабанов Томск-200 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА I Важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований 1.1 Научно-организационная деятельность ИМКЭС 1.2 Краткие аннотации научно-исследовательских работ 1.3 Официальное признание 1.4 91...»

«НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ НИЛНЕФТЕГАЗ ВЫПУСК 12 ГЕОЛОГИЯ И НЕФТЕГАЗОНОСНОСТЬ ЮГА СССР ПРИКАРАБОГАЗЬЕ (ВОСТОЧНАЯ ЧАСТЬ СРЕДНЕКАСПИЙСКОГО НЕФТЕГАЗОНОСНОГО БАССЕЙНА) Издательство « Н Е Д Р А» Ленинградское отделение Ленинград•1964 Работа является обобщением результатов исследова­ ний, проведенных в последние годы НИЛ нефтегазом и Турк­ менской экспедицией М ГУ на территории Прикарабогазъя. В ней дается описание геологического...»

«Прозрачность тарификации абонентов за услуги Интернет Как Формируются Тарифы За Услуги Интернет В Кыргызстане Подготовлено Центральноазиатский Институт Свободного Рынка 15 декабря, 2010 г. Содержание Глоссарий I. Введение II. Анализ динамики цен на интернет в Кыргызской Республике в 2004 – 2010 гг. III. Ценообразование услуги доступа в интернет в Кыргызской республике. IV. Роль государства в развитии ИКТ сектора Кыргызстана..1 V. Заключение Список использованных источников Глоссарий ADSL...»








 
2016 www.nauka.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.