Сіданченко В. В. Автоматизований метод оцінки та прогнозу хімічного складу чавуну на випуску доменної печі

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, яка присвячена розробці та обґрунтуванню методу автоматизованої оцінки та прогнозу хімічного складу чавуну на випуску доменної печі. У цій дисертаційній роботі на основі отриманих теоретичних та експериментальних результатів розв’язано актуальну науково-прикладну задачу створення та дослідження методу автоматизованої оцінки та прогнозу хімічного складу чавуну на випуску доменної печі, що забезпечує збільшення точності та достовірності прогнозу даних, підвищення ефективності управління доменною плавкою і, таким чином, дозволяє забезпечити задану якість продукції при зменшенні матеріальних та фінансових витрат на її виробництво. Метою дисертаційної роботи є підвищення якості управління процесом виплавки чавуну за рахунок розробки нових методів та інструментів оцінки та прогнозу, адекватних характеру процесів, що протікають, які дозволяють підвищити точність і достовірність контролю та прогнозу хімічного складу чавуну на випуску доменної печі. Об’єкт дослідження – процес виплавки чавуну в доменної печі. Предмет дослідження – методи, засоби та моделі створення автоматизованих систем контролю та прогнозу хімічного складу чавуну на випуску доменної печі. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел із 99 найменувань та 4 додатків. У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, сформульовано мету, об’єкт, предмет і основні завдання досліджень, обґрунтовано методи досліджень, викладено наукову новизну й практичну значимість одержаних результатів, зазначено особистий внесок здобувача, представлено загальну характеристику та структуру дисертації, а також наведено відомості щодо публікацій і результатів апробації й впровадження дисертаційної роботи. У першому розділі дисертаційної роботи виконано інформаційний аналіз актуального стану проблеми автоматизованого контролю та прогнозу хімічного складу чавуну. Розглянуто «класичні» методи та моделі обробки стохастичних процесів із гаусівським розподілом. Розглянуто методи та моделі нелінійної динаміки та детермінованого хаосу. Висунуто гіпотезу про те, що існуючі методи оцінки та прогнозу хімічного складу чавуну, що базуються на гаусівському характері стохастичних часових рядів, які подають дані про хімічний склад, неадекватні реальному закону розподілу. Сформульована постановка задачі дослідження. У другому розділі виконано дослідження стохастичних властивостей даних (часових рядів) про хімічний склад чавуну. Доведено негаусовість даних часових рядів та обґрунтовано гіпотезу про їх фрактальний характер. Подальші дослідження фрактальних властивостей часових рядів однозначно підтвердили висунуту гіпотезу. Було встановлено, що автокореляційна функція має так званий «важкий хвіст», тобто не прагне нуля при прагненні часу спостереження до нескінченності. Обчислений за допомогою RS-аналізу показник Херста становив величину порядку 0,6189, що свідчить про самоподібну властивість фрактального процесу. Аналіз часових рядів методами нелінійної динаміки та детермінованого хаосу дозволив отримати принципово нову інформацію (аналіз літературних джерел не дозволив автору отримати інформацію про аналогічні дослідження у зв'язку з їх відсутністю) про властивості та характеристики досліджуваних часових рядів. В результаті досліджень було реконструйовано дивний атрактор, отримано фазовий портрет динамічної системи. Фазовий біфуркаційний аналіз дозволив визначити фазові переходи системи та класифікувати їх як зміни у технології ведення процесу або як зміни якості сировинних матеріалів доменної плавки. У третьому розділі розроблено метод оцінки та прогнозу даних про хімічний склад чавуну, виявлення аномалій процесу доменної плавки, запропоновано узагальнену структуру системи управління доменною плавкою. Як базовий метод оцінки та прогнозу був використаний алгоритм калманівської фільтрації. Цей алгоритм був модифікований для випадку невідомої аналітичної моделі процесу. Модифікація полягає в апроксимації часового ряду в кожній точці відліку рядом Тейлора. Розбіжність оцінки через кінцевий порядок апроксимуючого полінома усувалася за допомогою оригінальної процедури підрахунку статистики, що дозволяє виявити процес розбіжності та ліквідувати його наслідки.