Identyfikacja przepływu masy szklanej w wannie szklarskiej jako obiektu o parametrach rozłożonych lub skupionych

Widok

Metadane zasobu

Tytuł	Identyfikacja przepływu masy szklanej w wannie szklarskiej jako obiektu o parametrach rozłożonych lub skupionych Wariant tytułu: Identification of the glass mass flow in the glass bath as an object of distributed concentrated parameters
Osoby	Autorzy: Jan Studziński Partner: Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie
Opis	Zadaniem postawionym w rozprawie jest opracowanie modelu matematycznego przepływu masy szklanej w wannie szklarskiej, użytecznego do symulacji wanny oraz do sterowania zmianą składu chemicznego szkła. Rozważania dotyczą rzeczywistej, ogrzewanej gazem wanny szklarskiej do wyrobu szkła płaskiego. Do modelowania przepływu masy szklanej stosuje się zwykle dwa rodzaje modeli: o parametrach rozłożonych lub skupionych. Modele o parametrach rozłożonych są skomplikowane pod względem obliczeniowym. Z powodu swej złożoności mogą być stosowane głównie do jakościowego opisu zjawisk zachodzących w czasie przepływu masy przez wannę szklarską. Modele o parametrach skupionych są natomiast zbyt uproszczone i za mało dokładnie opisują badane obiekty, aby można je było stosować do zagadnień praktycznych. W pracy rozważano oba rodzaje modeli. W przypadku modelu o parametrach rozłożonych rozważania dotyczą opisu quasi-liniowymi równaniami różniczkowymi o niejednorodnych warunkach brzegowych. Wychodząc z ogólnych równań przepływu cieczy formułuje się model rozkładu temperatury i prądów mieszania w masie szklanej opisany stacjonarnymi równaniami Naviera-Stokesa i energii. Przeprowadza się analizę warunków rozwiązalności równań modelu oraz jego symulację komputerową. Dodając do równań Naviera-Stokesa i energii niestacjonarne równanie składu masy szklanej otrzymuje się ostateczną postać modelu przepływu masy w wannie szklarskiej. Dokonano dopasowania modelu przepływu do rzeczywistego obiektu przez estymację współczynników w równaniu składu. Estymację przeprowadzono na podstawie pomiarów z badań izotopowych wykonanych w Hucie Szkła Okiennego w Sandomierzu. W przypadku opisu o parametrach skupionych badano możliwość dopasowania do pomiarów modelu przepływu w postaci transmitancji ciągłej. Do tego celu użyto pewnej nowej metody identyfikacji pośredniej, opracowanej specjalnie do wyznaczania ciągłych modeli dynamicznych wysokiego rzędu na podstawie odpowiedzi impulsowej z obiektu. Ze względu na jednoczesne występowanie w sygnale z obiektu szybkich i wolnych składowych, rozdzielono proces identyfikacji na etapy, w których znajduje się podmodele opisujące te składowe. Ostateczny model wanny powstaje ze złożenia wyznaczonych podmodeli. Analiza otrzymanych modeli wykazała, że żaden ze sposobów realizowanych niezależnie nie doprowadza do modelu o własnościach aplikacyjnych. W obu przypadkach uzyskuje się wprawdzie oryginalne wyniki teoretyczne i obliczeniowe, nie zadowalają one jednak z punktu widzenia sterowania badanym obiektem technologicznym. Wyznaczony model o parametrach rozłożonych za mało dokładnie dopasowuje się do danych pomiarowych, nie uwzględniając wpływu prądu powierzchniowego na przepływ masy szklanej: Z kolei uwzględnienie bardziej złożonej postaci modelu czyni go nieużytecznym ze względów obliczeniowych. Podobnie za mało dokładne są modele o parametrach skupionych, otrzymane za pomocą metody identyfikacji pośredniej i sposobu identyfikacji wieloetapowej. Najlepszy znaleziony model wprawdzie dopasowuje się do wszystkich charakterystycznych elementów sygnału wyjściowego z obiektu, jednak dopasowanie to nie jest równie dobre na całej długości sygnału. Jest ono przede wszystkim niezadowalające na początku sygnału, kiedy w sygnale uwidacznia się wpływ wszystkich prądów występujących w masie szklanej. Polepszenie modelu poprzez proste komplikowanie opisu nie przynosi zadowalających wyników. Podstawową trudność identyfikacji stanowiło rozdzielenie zmierzonej odpowiedzi impulsowej obiektu na składowe związane z różnymi prądami mieszania. Dlatego zastosowano trzeci sposób wyznaczania modelu przepływu masy szklanej będący kombinacją dwóch poprzednich i łączący ich zalety. Polega on na opracowaniu złożonego modelu opisanego transmitancją wysokiego rzędu, przy użyciu uproszczonego modelu o parametrach rozłożonych na wstępnym etapie modelowania. Użycie modelu o parametrach rozłożonych umożliwia wydzielenie ze zmierzonego sygnału składowych związanych z prądami mieszania. Uzyskane ostatecznie modele wanny w postaci transmitancji dziewiątego i jedenastego rzędu realizują cele sformułowane na początku rozprawy: dokładnie opisują zjawisko mieszania i przenoszenia masy szklanej w badanym piecu wannowym, są łatwe do symulacji komputerowej i mogą być użyteczne w praktyce. (Polski) Opis w innym języku: The task set in the paper is to develop a mathematical model of glass mass flow in a glass bath, useful for simulating the bath and for controlling the change in the chemical composition of glass. The considerations apply to a real gas-fired glass bath for the manufacture of flat glass. To model the glass mass flow, two types of models are usually used: those with distributed or concentrated parameters. Distributed models are complicated in terms of calculation. Due to their complexity, they can be used mainly for qualitative description of phenomena occurring during mass flow through glass bathtubs. Concentrated models, on the other hand, are too simplified and do not describe the examined objects in sufficient detail to be applied to practical issues. Both types of models were considered in the dissertation. In the case of the model with distributed parameters, the considerations concern the description of quasi-linear differential equations with heterogeneous boundary conditions. Based on the general equations of liquid flow, a model of temperature and mixing currents in the glass mass is formed, which is described by stationary equations of Navier-Stokes and energy. An analysis of the conditions for solving the equations of the model and its computer simulation has been carried out. Adding to the Navier-Stokes and energy equations the non-stationary glass mass composition equation results in the final form of the mass flow model in a glass bath. The model of the glass mass flow was adjusted to the actual object by estimating the coefficients in the equation of composition. The estimation was made on the basis of isotopic measurements won in the Glassworks in Sandomierz. In the case of the description of concentrated parameters, the possibility of adjusting the flow model in the form of continuous transmittance to the measurements was investigated. For this purpose, a new indirect identification method was used, developed specifically for the determination of continuous high order dynamic models on the basis of the impulse response from the object. Due to the simultaneous presence of fast and free components in the signal from the object, identification was divided into stages in which sub-models describing these components have been developed. The final model of the bathtub is made up of the assembly of designated sub-models. The analysis of the received models showed that none of the methods implemented independently leads to a model with application properties. In both cases, although original theoretical results are obtained, they are not satisfactory from the point of view of the control of the investigated technological object. The determined model with distributed parameters too thinly adapts to the measurement data without taking into account the influence of the surface current on the glass mass flow: On the other hand, taking into account the more complex form of the model makes it useless for calculation purposes. Similarly, models with concentrated parameters obtained with the use of the indirect identification method and the multi-stage identification method are not accurate enough. The best model found adjusts to all the characteristic elements of the output signal from the object, but this adjustment is not as good over the entire length of the signal. In particular, it is unsatisfactory at the beginning phase, when the signal shows the influence of all currents present in the glass mass. Improving the model by simply complicating the description did not yield satisfactory results. The main difficulty of identification was to separate the measured impulse response of the object to the components related to different mixing currents. Therefore, the third method of determining the glass mass flow model was used, which was a combination of the two previous methods and combined their advantages. It consists in the development of a complex model described by high order transmittance function, with the use of a simplified model with distributed parameters at the initial stage of modelling. Using a distributed model, the measured signal can be separated from the components associated with the mixing currents. The finally obtained models of the bathtub in the form of the ninth and eleventh order transmittance fulfil the goals formulated at the beginning of the dissertation: they accurately describe the phenomenon of mixing and transferring glass mass in the tested bathtub furnace, they are easy to simulate by computer and can be useful in practice. (Angielski)
Słowa kluczowe	"wanna szklarska"@pl, "model fizykalny wanny szklarskiej"@pl, "model operatorowy wanny szklarskiej"@pl, "identyfikacja i sterowanie wanną szklarską"@pl
Klasyfikacja	Typ zasobu: praca dyplomowa Dyscyplina naukowa: dziedzina nauk technicznych / automatyka i robotyka (2011) Grupa docelowa: naukowcy, studenci, przedsiębiorcy Szkodliwe treści: Nie
Charakterystyka	Miejsce powstania: Warszawa Czas powstania: 1988 Liczba stron: 156 Promotor: Kazimierz Mańczak Język zasobu: Polski Lokalizacja: Warszawa
Licencja	CC BY-SA 4.0
Informacje techniczne	Deponujący: Anna Wasilewska Data udostępnienia: 04-10-2018
Kolekcje	Kolekcja Instytutu Badań Systemowych PAN w Warszawie, Kolekcja e-Biblio IBS PAN

Cytowanie

Skopiowano

Jan Studziński. Identyfikacja przepływu masy szklanej w wannie szklarskiej jako obiektu o parametrach rozłożonych lub skupionych. [praca dyplomowa] Dostępny w Atlasie Zasobów Otwartej Nauki, . Licencja: CC BY-SA 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/legalcode.pl. Data dostępu: DD.MM.RRRR.

Podobne zasoby

Komputerowe wspomaganie decyzji w systemach gospodarki wodno-ściekowej. The use of mathematical models of the wastewater purification process for computer-aided decision making (RB-2000-46-06)

Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, dziedzina nauk technicznych / inżynieria środowiska (2011)

Problemy modelowania oczyszczalni ścieków * 7. Estimation of the active volume of the water tanks in the wastewater treatment planet (RB-1997-21-07)

Lucyna Bogdan, Zbigniew Nahorski, Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, dziedzina nauk technicznych / inżynieria środowiska (2011)

Statystyczna estymacja struktury modelu przepływu masy szklanej przy użyciu równań różniczkowych cząstkowych i zwyczajnych (PN-1988-08)

Zbigniew Nahorski, Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, dziedzina nauk technicznych / automatyka i robotyka (2011)

Pakiet programów IDOL do opracowywania danych i identyfikacji obiektów dynamicznych: realizacja w języku RORTAN4 dla komputera SM4. Tworzenie zbiorów z danymi sterującymi dla programów bibliotecznych (DANE) (PN-1988-09-01)

Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, Dziedzina nauk inżynieryjno-technicznych / informatyka techniczna i telekomunikacja (2018)

Problemy modelowania oczyszczalni ścieków * 13. Optymalizacja systemu zaopatrzenia osiedli w wodę (RB-1997-21-13)

Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, dziedzina nauk technicznych / inżynieria środowiska (2011)

Identyfikacja pośrednia ciągłych systemów dynamicznych na podstawie odpowiedzi impulsowej biblioteka programów Bidep dla komputera SM4 (PN-1985-12)

Lucyna Bogdan, Jan Studziński, artykuł, rozdział, Instytut Badań Systemowych PAN w Warszawie, dziedzina nauk technicznych / automatyka i robotyka (2011)

Zobacz więcej