ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Предисловие к русскому изданию из "Вычислительные методы для инженеров-химиков" В настоящее время вопросы автоматизации управления отдельными процессами и производственными комплексами получили широкое развитие. Стало совершенно ясно, что технический прогресс неотделим от решения вопросов автоматизации, которое немыслимо без исследования и оптимизации отдельных объектов с использованием средств вычислительной техники. Как в нашей стране, так и за рубежом расширились научно-исследовательские и конструкторские работы в этом направлении, что потребовало привлечения большого числа специалистов новой квалификации. А поскольку таковых не оказалось, вопросами автоматизации стали заниматься люди, заранее к этому не подготовленные. Как правило, это инженеры других специальностей. Потребовалась их переподготовка, появилась необходимость в соответствующих руководствах. [c.5] Книга X. Розенброка и С. Стори частично восполняет появившийся пробел. Она, на наш взгляд, заслуживает внимания и принадлежит к числу работ, которые сейчас очень нужны. Цель книги — дать методику численных расчетов на современных вычислительных машинах по оптимизации химико-технологических процессов. [c.5] Первая глава — вводная. Авторы знакомят читателя с основными классами вычислительных машин аналоговыми и цифровыми. Эта часть книги написана сжато, языком, понятным специалистам, но, по-видимому, слишком лаконичным для инженера-технолога. Очень кратко излагаются идеи моделирования физических систем и возможности нспользовання для этого аналоговых машин. Совершенно справедливо отмечается, что цифровые машины лучше подходят для решения различных задач. [c.5] Вторая глава посвящена опнсанию цифровых вычислительных машин и вопросам их программирования. Бесспорно, что инженер, занимающийся решением задач на вычислительных машинах, должен иметь представление о принципах их действия. Другой вопрос — насколько глубоким должно быть это понимание. К сожалению, на этой главе лежит отпечаток некоторой спешки. Здесь, хотя и полно, но довольно сбивчиво перечислены блоки, устройства и различные факторы, влияющие на работу электронно-вычислительных машин. Кратко изложены основы программирования. [c.6] В третьей главе подробно описываются приемы составления программ для задач различной сложности.. А.вторы на простых примерах проводят подробное рассмотрение вопросов составления программ и отмечают существенные особенности, встречающиеся при программировании для более сложных случаев. [c.6] Вопросы, связанные с оптимизацией, излагаются, начиная с четвертой главы. Проблема оптимизации в настоящее время получила чрезвычайно широкое распространение на практике. Именно для химических процессов были получены первые существенные результаты по оптимизации. Но здесь выяснилось, что многие из параметров являются нестационарными (вследствие изменений в аппаратах, происходящих с течением времени). Поэтому большое значение приобретают методы управления, учитывающие эти изменения. Достаточно часто в этих случаях задачи сводятся к непрерывному поиску экстремума некоторой характеристики, отображающей эффективность управления. [c.6] В шестой главе на примерах определения равновесного состава сложной химической смеси, расчета io-мента кручения балки, расчета профиля скорости показаны возможности использования методов поиска для решения задач, не связанных с оптимизацией. Авторы обращают внимание на связь между физическим явлением, его математическим описанием и получаемым решением. [c.7] Седьмая глава является одной из основных глав книги. Здесь на примерах теплообменника и ректификационной колонны показана методика использования численных методов решения задач. Авторы связывают расчетные параметры с изучаемым процессом. Рассматриваются методы преобразования дифференциальных уравнений в частных производных в систе1 у обыкновенных дифференциальных уравнений и затем в разностные уравнения. Сравнивается использование различных методов (Эйлера, Рунге—Кутта, Крэнка—Никольсона и метода авторов) с точки зрения сходимости, точности и возможности расчета с помощью цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Приводится расчет многокомпонентной ректификационной колонны. В заключение дается обзор численных методов. Следует отметить, что опущены некоторые математические рассуждения, очень простые для математиков и необходимые для понимания химикам-технологам. [c.7] В восьмой главе описана общая теория получения статистических оценок параметров процесса по экспериментальным данным. Основное внилшние обращается на проведение соответствующего эксперимента и на правильный подбор исходных форм зависимостей, для параметров которых ищутся оценки. [c.7] В девятой главе рассмотрены методы оптимизации, предлагаемые для расчета ступенчатых и непрерывных систем. Здесь под ступенчатыми понимаются многостадийные процессы, происходящие, например, в последовательности реакторов и т. п. Для решения задачи оптимизации таких систем предлагаются методы вариационного исчисления, принципа максимума Понтрягина, динамического программирования. После описания этих методов рассматривается возможность их применения для различных задач. Изложены принципы решения нестационарных задач. В заключение проводится сравнение методов оптимизации, описанных в четвертой и девятой главах, и даются некоторые рекомендации по их использованию. [c.8] После ТОГО как определены оптимальные конструкции аппаратов и оптимальные установившиеся режимы работы технологического оборудования, возникают вопросы, как будет вести себя процесс во времени при наличии возмущений, как следует и каким образом можно его регулировать Так появляется задача исследования технологического процесса во времени, которая рассмотрена в последних главах книги. [c.8] Есть два пути решения поставленной задачи. Первый путь — экспериментально-эмпирический. Он связан с испытаниями уже действующего оборудования и поисками лучшей системы управления методом проб и ошибок. При подобном подходе выбор структуры автоматического управления довольно ограничен, поскольку он во многом предопределен существующим оборудованием действующего технологического процесса. [c.8] ЭТИ результаты могут быть верны только в той мере, в которой будет соответствовать действительности используемое математическое описание. [c.9] Существенным является вопрос выбора машины для моделирования. Аналоговые вычислительные машины (АВМ) просты в обращении и относительно недороги. Они предназначены главным образом для решения линейных дифференциальных уравнений с постоянными и переменными коэффициентами, а также некоторых нелинейных дифференциальных уравнений. Положение движков потенциометров в этих машинах определяет величины коэффициентов в уравнениях и. следовательно, может соответствовать в объекте значениям параметров, определяемых физикой процесса или конструкцией аппарата. Отсюда ясно, что моделирование на аналоговой машине более удобно, поскольку позволяет простым поворотом потенциометра изменять параметры процесса или конструкции аппарата, где он протекает, а также настройку системы управления. Таким образом, применение аналоговой машины дает возможность быстро и разносторонне изучить динамику объекта и получить подходящую систему автоматического управления. [c.9] В тех случаях, когда моделирование по тем или иным причинам требует большого количества логических операций или решения сложных нелинейных уравнений, использование аналоговых машин становится затруднительным. Тогда приходится пользоваться цифровыми вычислительными машинами. [c.9] Цифровые машины позволяют решать значительно больший класс задач при моделировании. Однако ЦВМ обладают рядом недостатков, в силу которых во всех случаях, когда можно использовать АВМ, им обычно отдают предпочтение. В ЦВМ все вычисления сведены к последовательности элементарных логических операций. Поэтому решение требует выполнения всех этих операций, на что необходимо определенное время. Поэтому при моделировании очень сложных устройств может потребоваться много времени. [c.9] Изменение программы связано с проведением большого объема работы. В связи с этим теряется возможность быстро изменять параметры моделируемого процесса или конструктивные размеры, если эти изменения не были предусмотрены при составлении программы. Работать на ЦВМ много сложнее, чем на АВМ. Поэтому, как правило, между инженером-исследователем и моделируемым процессом стоит программист, чго затрудняет контакт между исследователем и машиной. Правда, развитие алгоритмических языков для автоматического программирования позволяет надеяться, что это затруднение со временем отпадет. [c.10] Существующие универсальные ЦВМ не позволяют сочленять их с аппаратурой автоматического управления, поэтому при моделировании используются только приближенные уравнения, описывающие реальную аппаратуру автоматики. Однако во всех случаях когда моделирование на АВМ не осуществимо, ЦВМ позволяет решить эту задачу практически без ограничений. [c.10] Выбор системы автоматического управления в настоящее время производится бoльцJeй частью на основе метода поиска, хотя получает распространение аналитический метод и методы, связанные с применением теории оптимизации. После того, как система автоматического управления получена, встает вопрос, какими средствами ее реализовать — с помощью АВМ или ЦВМ. В каждом конкретном случае вопрос решается с уче-го.м соображений экономичности и надежности. Более простые системы управления используют аппаратуру аналогового типа, очень сложные системы, особенно с развитой программой логических операций, нуждаются в ЦВМ. Однако прямое управление с помощью ЦВМ пока еще предмет эксперимента и изучения. [c.10] Вернуться к основной статье