RU2292071C2 - Method for identification of thermal parameters of distributed object of given shape - Google Patents

Abstract

FIELD: technology for controlling temperature of objects with clearly shown spatial distribution.

SUBSTANCE: temperature is measured for object with cyclic functioning in each cycle in points, evenly distributed across whole volume of object and from cycle to cycle. Whole general set of data is divided on classes of organizational-technological situations. Measurement errors resulting from doubtful measurement results are screened. Field being inspected is modeled in each class of organizational-technological situations. Whole set of measurement results in each class of organizational-technological situations is divided on two parts: training selections and control selections. Modeling errors are found in all selections. Model is adjusted using training selections separately for each class of organizational-technological situations. Full dispersions of measurement results and inadequacy dispersions are calculated from control selections independently from each class of organizational-technological situations. Homogeneousness of aforementioned dispersions is checked. Classes of organizational-technological situations are grouped so that in each groups full dispersions and inadequacy dispersions are homogeneous. Controlling and controlled excitation effects, and also edge conditions, are related to identification signs of organizational-technological situations and to classification of experimental and modeling data. Model adequacy check is performed separately for each group of classes of organizational-technological situations in accordance to typical procedure developed for point objects with usage of Fisher's F-criterion.

EFFECT: decreased duration of experiment.

1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам контроля и идентификации пространственно распределенных объектов с явно выраженными пространственной распределенностью и временной нестационарностью свойств и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами.The invention relates to means for monitoring and identifying spatially distributed objects with pronounced spatial distribution and temporary non-stationary properties and can be used in automated process control systems.

Известен способ автоматического регулирования поверхностного поля температур в аппарате с обогревающей рубашкой (патент РФ № 2246126, МПК 7 G 05 D 23/19, приоритет от 10.07.2002), согласно которому источники тепла располагают равномерно в обогревающей рубашке. Термодатчики располагают над соответствующими источниками тепла. Сигналы с датчиков суммируют и подают на регулятор температуры.A known method for automatically controlling the surface temperature field in a device with a heating jacket (RF patent No. 2246126, IPC 7 G 05 D 23/19, priority 10.07.2002), according to which heat sources are placed evenly in the heating jacket. Thermal sensors are placed above the corresponding heat sources. The signals from the sensors are summarized and fed to the temperature controller.

Данный способ не пригоден для идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы.This method is not suitable for identifying the thermal parameters of a distributed object of a given shape.

Наиболее близким по технической сущности является способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы и многоканального управления его полем температуры (патент РФ №2110085, МПК 7 G 05 D 23/19, приоритет от 27.04.1998), включающий применение цифровой программной обработки информации, получаемой от температурных датчиков, имеющихся на объекте, измеряют управляющие воздействия на объект, причем тепловые параметры объекта определяют в предварительном эксперименте, моделирующем условия эксплуатации, в качестве параметров состояния объекта используют линейные комбинации показаний температурных датчиков, а значения коэффициентов в этих комбинациях определяют по снимаемым с объекта кривым разогрева.The closest in technical essence is a method for identifying the thermal parameters of a distributed object of a given shape and multi-channel control of its temperature field (RF patent No. 21110085, IPC 7 G 05 D 23/19, priority dated 04/27/1998), including the use of digital software processing of information received from temperature sensors available at the facility, control actions on the facility are measured, and the thermal parameters of the facility are determined in a preliminary experiment simulating operating conditions as parameters the state of the object uses linear combinations of temperature sensor readings, and the coefficient values in these combinations are determined by the heating curve taken from the object.

К недостаткам этого способа следует отнести то, что он предназначен для идентификации тепловых параметров одного, конкретного распределенного объекта заданной формы. Его использование для ряда подобных объектов является затруднительным. Кроме того, число используемых датчиков температуры является чрезмерно большим. Это становится особенно актуально для расходуемых датчиков, что имеет место при агрессивных, высокотемпературных объектах.The disadvantages of this method include the fact that it is intended to identify the thermal parameters of one particular distributed object of a given shape. Its use for a number of such objects is difficult. In addition, the number of temperature sensors used is excessively large. This becomes especially true for consumable sensors, which is the case with aggressive, high-temperature objects.

Задачей изобретения является повышение точности оценки эффектов влияния управляющих воздействий на выходные величины объекта и повышение технологичности процесса идентификации тепловых объектов с явно выраженной распределенностью свойств, действие которых циклично, например металлургических агрегатов. В задачу входит точная идентификация объекта в течение всего времени его функционирования и уменьшение длительности эксперимента и числа замеров на объекте в каждом цикле его функционирования.The objective of the invention is to increase the accuracy of assessing the effects of control actions on the output values of the object and to increase the manufacturability of the process of identification of thermal objects with a pronounced distribution of properties, the action of which is cyclical, for example, metallurgical units. The task includes accurate identification of the object during the whole time of its functioning and reduction of the duration of the experiment and the number of measurements on the object in each cycle of its functioning.

Для решения поставленной задачи в способе идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы с применением цифровой программной обработки информации, получаемой от температурных датчиков, имеющихся на объекте, измеряют управляющие воздействия на объект, в качестве параметров состояния объекта используют комбинации сигналов с температурных датчиков, в предлагаемом способе для объекта с циклическим функционированием замеры температуры проводят в каждом цикле в точках, равномерно распределенных по объему объекта и от цикла к циклу, измеряют действующие на объект контролируемые возмущения, а модель распределенного объекта настаивают отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций по управляющим воздействиям и контролируемому возмущению.To solve the problem in a method for identifying thermal parameters of a distributed object of a given shape using digital software processing of information received from temperature sensors available at the object, control actions on the object are measured, combinations of signals from temperature sensors are used as state parameters of the object, in the proposed method for an object with cyclic functioning, temperature measurements are carried out in each cycle at points uniformly distributed over the volume of the object Both from cycle to cycle, the controlled perturbations acting on the object are measured, and the distributed object model is insisted separately for each class of organizational and technological situations according to the control actions and the controlled perturbation.

Данный способ проиллюстрирован на чертеже. На нем представлены центральные вертикальные разрезы: а) модели объекта для одного из классов организационно-технологической ситуации, имеющей место на объекте, б) объекта, например ковша со сталью в одном из циклов его функционирования (для одной плавки).This method is illustrated in the drawing. It shows central vertical sections: a) a model of an object for one of the classes of the organizational and technological situation that takes place on the object, b) an object, for example, a ladle with steel in one of the cycles of its operation (for one melt).

На чертеже обозначены: 1 - граница области решений, 2 - точки, для которых моделируется температура объекта, 3 - объект, например ковш со сталью, 4 - точки замеров температуры для одного цикла функционирования объекта, например, конкретного n-го ковша со сталью.The drawing shows: 1 - the boundary of the solution region, 2 - points for which the temperature of the object is simulated, 3 - the object, for example, a bucket with steel, 4 - points of temperature measurements for one cycle of the operation of the object, for example, a specific nth bucket with steel.

Способ реализуется следующим образом. На объекте в течение каждого цикла его функционирования проводят измерения исследуемых полей в ограниченном числе точек, равномерно распределенных по объему объекта внутри цикла и от цикла к циклу. Измеряют управляющие воздействия на объект и действующие на него контролируемые возмущения. Далее на основании информативных признаков выделяют классы организационно-технологических ситуаций (ОТС). В качестве информативных признаков используют результаты измерений управляющих воздействий и контролируемых возмущений. Температурное поле моделируют в каждом классе ОТС. Вычисляют полные дисперсии результатов измерений и дисперсии неадекватности (дисперсии ошибок моделирования) - отдельно для каждого класса ОТС. Дисперсии проверяют на однородность по типовой методике (с помощью F-критерия Фишера), разработанной для точечных объектов. Классы ОТС группируют так, чтобы в каждой группе классов ОТС полные дисперсии и дисперсии неадекватности были однородны. Однородные дисперсии классов усредняют. Адекватность модели объекту проверяют отдельно для каждой группы классов ОТС также по типовой методике с использованием F-критерия Фишера, разработанной для точечных объектов.The method is implemented as follows. At the facility during each cycle of its operation, the studied fields are measured at a limited number of points uniformly distributed over the volume of the facility within the cycle and from cycle to cycle. Control actions on the object and controlled disturbances acting on it are measured. Then, on the basis of informative features, classes of organizational and technological situations (OTC) are distinguished. As informative features use the results of measurements of control actions and controlled disturbances. The temperature field is modeled in each OTC class. The total variances of the measurement results and the variance of inadequacy (variance of modeling errors) are calculated separately for each class of OTC. Dispersions are checked for uniformity by a standard technique (using the Fisher F-test) developed for point objects. The OTC classes are grouped so that in each group of OTC classes the total variances and variances of inadequacy are uniform. Homogeneous class variances are averaged. The adequacy of the model to the object is checked separately for each group of OTC classes also by a standard method using the Fisher F-test developed for point objects.

Если гипотеза об адекватности модели подтверждается для всех групп классов ОТС, то делают вывод о полной адекватности модели объекту.If the hypothesis about the adequacy of the model is confirmed for all groups of OTC classes, then they conclude that the model is fully adequate to the object.

Если гипотеза об адекватности модели подтверждается для некоторых, но не для всех групп классов ОТС, то делают вывод об ограниченной адекватности модели объекту - только для тех групп классов ОТС, для которых адекватность подтверждена, и неадекватности для остальных групп классов ОТС.If the hypothesis about the adequacy of the model is confirmed for some, but not all groups of OTC classes, then they conclude that the model is limited in adequacy for the object — only for those groups of OTC classes for which adequacy is confirmed, and inadequacy for the other groups of OTC classes.

Если гипотеза об адекватности не подтверждается ни для одной группы классов ОТС, то делают вывод о неадекватности модели объекту для всех групп классов ОТС. В этом случае выводов о виде неадекватности - структурной или параметрической - не делают, и исследования продолжают.If the hypothesis of adequacy is not confirmed for any group of OTC classes, then they conclude that the model is inadequate for the object for all groups of OTC classes. In this case, conclusions about the type of inadequacy - structural or parametric - are not made, and research continues.

Если исследуются несколько полей, например поле температур, поле скоростей и поле концентраций, то адекватность оценивают отдельно для каждого поля, а векторные поля сводят к комбинациям скалярных полей отдельных проекций исходных векторов на координатные оси. Модель признается адекватной объекту в целом в пределах группы классов ОТС в том случае, если в этой группе она адекватна одновременно для всех исследуемых полей.If several fields are studied, for example, the temperature field, the velocity field and the concentration field, then the adequacy is evaluated separately for each field, and vector fields are reduced to combinations of scalar fields of individual projections of the original vectors on the coordinate axes. The model is recognized as adequate to the object as a whole within the group of OTC classes if in this group it is adequate at the same time for all studied fields.

Claims (1)

Способ идентификации тепловых параметров распределенного объекта заданной формы, включающий проведение замеров температуры для объекта с циклическим функционированием в каждом цикле в точках, равномерно распределенных по объему объекта и от цикла к циклу, деление всей генеральной совокупности данных на классы организационно-технологических ситуаций, отсеивание ошибок измерения, обусловленных сомнительными результатами измерений, моделирование исследуемого поля в каждом классе организационно-технологических ситуаций, деление всей совокупности результатов измерений в каждом классе организационно-технологических ситуаций на две части: обучающие выборки и контрольные выборки, нахождение по всем выборкам ошибок моделирования, настройку модели по обучающим выборкам отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций, вычисление полных дисперсий результатов измерений и дисперсий неадекватности по контрольным выборкам отдельно для каждого класса организационно-технологических ситуаций, проверку указанных дисперсий на однородность, группировку классов организационно-технологических ситуаций таким образом, чтобы в каждой группе и полные дисперсии, и дисперсии неадекватности были однородны, причем к числу идентификационных признаков организационно-технологической ситуации и классификации экспериментальных и модельных данных относят управляющие и контролируемые возмущающие воздействия, а также краевые условия, а проверку адекватности модели производят отдельно для каждой группы классов организационно-технологических ситуаций по типовой процедуре с использованием F-критерия Фишера, разработанной для точечных объектов.A method for identifying the thermal parameters of a distributed object of a given shape, including temperature measurements for an object with cyclic operation in each cycle at points uniformly distributed over the volume of the object and from cycle to cycle, dividing the entire population of data into classes of organizational and technological situations, sifting out measurement errors due to questionable measurement results, modeling the field under study in each class of organizational and technological situations, dividing everything th set of measurement results in each class of organizational and technological situations into two parts: training samples and control samples, finding all samples of modeling errors, setting up the model for training samples separately for each class of organizational and technological situations, calculating the full variances of measurement results and inadequacy variances according to control samples separately for each class of organizational and technological situations, checking the indicated variances for uniformity, groupings classes of organizational and technological situations in such a way that in each group both the total variances and the variances of inadequacy are uniform, and the identification and identification of the organizational and technological situation and the classification of experimental and model data include control and controlled disturbances, as well as boundary conditions, and the adequacy of the model is checked separately for each group of classes of organizational and technological situations according to a standard procedure using F crit Fisher dence developed for point objects.