facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИТЕМИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СЕПАРАЦИИ НЕФТИ НА БАЗЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИТЕМИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СЕПАРАЦИИ НЕФТИ НА БАЗЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ
Тарас Гарасымив

Михаил Иванович Горбийчук, заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, Украина

Участник конференции

УДК 62-529

Предметом исследования является моделирование и  анализ работы  системы управления процессом сепарации нефти  на основе нечеткого регулятора при наличии возмущающих факторов в резервуаре.  Такая система управления обеспечивает необходимую эффективность процесса сепарации путем стабилизации основных режимов параметров— уровня нефти, уровня распределения фаз нефть-вода и давления газа в сепараторе.

Ключевые слова:  математическая модель, нечеткая логика, терм, нечеткиепродукции.

The article of research are a design and  analysis work  of automated control system of separating process of oil with usage of fuzzy logic at presence of revolting factors in a reservoir.  Such control system provides necessary efficiency of process of separation by stabilizing the basic modes of параметрів— oil level, level of distribution of phases oil-water and pressure of gas in a separator.

Keywords:  a mathematical model, fuzzy logic, therm, fuzzy products.

 

Научная проблема управления нелинейными динамическими объектами является одной из ключевых в современной теории управления. Это объясняется тем, что многие объекты управления относятся к классу плохо определенных объектов, которые имеют нелинейные статичные и динамические характеристики. К таким объектам относятся и сепараторы нефти.

Для управления такими объектами методы классической теории управления и теории адаптивных систем чаще всего оказываются неэффективными, поскольку основываются в основном на предположении о линейности объекта.

В связи с этим  в последние два десятилетия  для  решения  задач управления все более широкое приложение находят методы, которые основаны на аппарате нечеткой логики и системах нечеткого выведения [1]. Предметом исследования является синтез и  анализ работы  системы управления процессом сепарации нефти  на основе нечеткого регулятора при наличии возмущающих факторов в резервуаре.

Структурная схема процесса сепарации как объекта автоматического управления показана на рис. 1.

Рисунок 1 - Структурная схема процесса сепарации  как объекта автоматического управления

Величини— давление газа в сепараторе РГ; уровень нефти НН и уровень воды НВ в резервуаре — образуют группу исходных величин(переменные состояния объекта ); входные величины разбиты на две группы — управляющие влияния(u1, u2, u3 ) и основные возмущения-давления в трубопроводах Р1, Р2, Р3.

Математическая модель процесс сепарации нефти задается следующей системой нелинейных уравнений [2]:

где  величины ?1, R1, R2, R3 - характеризуют содержимое воды и газа в сырой нефти, постоянные;

Р1, Р2, Р3 - основные возмущения-давления в трубопроводах;

?Н и ?В - плотности нефти и воды;

?i(uі) - гидравлические опоры клапанов;

Ui - сигналы(управляющие влияния), которые подаются на регуюючі органы;

РГ  - давление газа в сепараторе;

НН- уровень нефти;

НВ - уровень воды;

?Г - коэффициент сепарации газа.

?Н - коэффициент сепарации нефти;

?В - коэффициент обезвоживания нефти;

? - гидравлическое сопротивление выходного трубопровода;

?П  расстояние от дна резервуара к месту отсоединения исходного трубопровода;

V0 - объем сепаратора

?В - степень заполнения сепаратора подтоварной водой;

?С - степень заполнения сепаратора жидкой фазой;

,

?Г - молярная масса газа; RГ - его газовая постоянная; Т - температура газа в градусах Кельвина.

Исследования сепарационной установки как объекта автоматического управления, показали что обеспечить необходимую эффективность процесса сепарации можно путем стабилизации основных режимов параметров— уровня нефти, уровня распределения фаз нефть-вода и давления газа в сепараторе.

Для решения этой задачи была построена база правил соответствующей системы нечеткого вывода, которая включает 15 правил нечетких продукций.

Для формирования базы правил систем нечеткого вывода были определены входные и исходные лингвистические переменные. Как одну из входных лингвистических переменных используем уровень нефти в сепараторе   (РН) : ?1 - «уровень нефти в сепараторе РН», а как вторую входную лингвистическую переменную ?2 - «давления газа в сепараторе ТГ». Как исходную лингвистическую переменную используем уровень распределения фаз нефть-вода: ?3 - «уровень распределения фаз нефть-вода». Для сокращения записи правил используются символические обозначения (таблица 1).

Как терм-множества первой лингвистической переменной использованы  множество оси = («очень низкий», «низкий», «в пределах нормы», «высокий», «очень высокий»}, или в символьном виде:

?1={NB, NS, Z, ZP, ZB}.

Как второе терм-множество второй лингвистической переменной использовано множество:

?2={NS, Z, ZP}.

Как терм-множество исходной лингвистической переменной использовано множество ?3 ={«очень низкий», «низкий», «не очень низкий», «нулевой уровень», « не очень высокий», «высокий», «очень высокий»)} или в символическом виде ?3={NB, NM, NS, Z, ZP, PM, PB}.

Таблица 1 - Общепринятые сокращения для значений основных термов лингвистических
переменных в системах нечеткого вывода

Символическое обозначение

Англоязычная нотация

Русскоязычная нотация

NB

Negative Big

Негативное большое

NM

Negative Middle

Негативное среднее

NS

Negative Small

Негативное малое

ZN

Zero Negative

Негативное

близкое к нулю

Z

Zero

Ноль

ZP

Zero Pozitive

Позитивное

близкое к нулю

PS

Pozitive Small

Позитивное малое

PM

Pozitive Middle

Позитивное среднее

PB

Pozitive Big

Позитивное большое

 

В нем случаю система нечеткого вывода содержит 15 правил нечетких продукций такого вида :

Моделирование системи управления процессом сепарации нефти с использованием нечеткого регулятора (Reguliator U) проводилась  с использованием графических сред системы MATLAB. С этой целью в редакторе FIS определены две входных переменной с именами «Riv _ nafta»(уровень нефти) и «Tusk _ gazy»(давление газа) и одну исходную переменную с именем «Riv _ faz»(уровень распределения фаз нефть-вода).

Воспользовавшись редактором функций належностей Matlab и введя соответствующие числовые параметры, которые заданы в условных величинах, получены функции принадлежности термов для каждой из переменных системы нечеткого вывода(рис. 2).

Рисунок 2 - Графический интерфейс редактора функций принадлежности
после задания входной переменной «Riv _ nafta»

После введения правил в редакторе правил  системы Matlab, можно выполнять оценку построенной системы нечеткого вывода для задачи автоматического управления сепаратором нефти.  При значениях уровня нефти в резервуаре 0,427 относительных единиц, давлению газа 0,605 и.о., получим значение исходной переменной(уровень фаз нефть-вода) 0.39 в.о   (рис. 3).

Рисунок 3 - Графический интерфейс программы просмотра
правил после выполнения процедур нечеткого вывода

Сравнение значений нечеткого вывода для разных значений входных переменных, полученных в результате числовых расчетов и с помощью разработанной нечеткой  модели Matlab, свидетельствует о доброй согласованности модели и подтверждает ее адекватность в рамках модели, которая рассматривается.

 

Литература:

1. Ивахненко А. Г. Индуктивный метод самоорганизации моделей сложных систем: монография / А. Г. Ивахненко. – К.: Наукова думка, 1981. – 296 с.

1. Рыжов А.П. Элементы теории нечетких множеств и её приложений/ А.П. Рыжов -Москва.: Диалог, 2003. - 81 с.

2. Горбійчук М.І. Моделювання об'єктів і систем керування в нафтовій та газовій промисловості : Навчальний посібник., Ч.1 / М.І. Горбійчук - Івано-Франківськ : ІФДТУНГ, 1999. - 149 с.

3. Леоненков А. В. Нечеткое    моделирование    в    среде    MATLAB    и fuzzyTECH / А.В. Леоненков. - БХВ-Петербург, 2003. - 704 с.

4. Семенцов Г.Н., Чигур І.І., Шавранський М.В., Борин В.С. Фазі-логіка в системах контролю. Навчальний посібник / Г.Г. Семенцов. – Івано-Франківськ.:ІФНТУНГ,2002 – 70 с.

Комментарии: 2

Выходец Александр Михайлович

Акиуальная работа, которая несомненно вызовет интерес у тех, кто запнимается информатикой и вычислительнолй техникой. Автор сумел достаточно подробно и математически логично обосновать поставленную. задачу. Особый интерес вызывает система нечеткого вывода, которая содержит 15 правил нечетких продукций

Иванова Татьяна Александровна

Статья профессионально верная.Особенно актуально,на мой взгляд переменные,типа регрессионных функций с признаками,которые автор подробно описывает.Уравнения регрессии ,касающиеся буровых процессов могут прекрасно применяться в работе спациалистов соответствующих областей. Системы нелинейных уравнений имеют подкоренные выражения ,имеющие смысл усреднить сумму ,полученную под корнем.Тогда первое и второе слагаемое должны быть одноразрядными и малоотличимыми.В первом уравнении имеется опечатка в скобках под корнем.Обратите на это внимание.Необходимо исправление. За вторую часть оценка отлично.За первую наверное так же,с условием коррекционных поправок и пояснения к нелинейным уравнениям. Т.А.Иванова
Комментарии: 2

Выходец Александр Михайлович

Акиуальная работа, которая несомненно вызовет интерес у тех, кто запнимается информатикой и вычислительнолй техникой. Автор сумел достаточно подробно и математически логично обосновать поставленную. задачу. Особый интерес вызывает система нечеткого вывода, которая содержит 15 правил нечетких продукций

Иванова Татьяна Александровна

Статья профессионально верная.Особенно актуально,на мой взгляд переменные,типа регрессионных функций с признаками,которые автор подробно описывает.Уравнения регрессии ,касающиеся буровых процессов могут прекрасно применяться в работе спациалистов соответствующих областей. Системы нелинейных уравнений имеют подкоренные выражения ,имеющие смысл усреднить сумму ,полученную под корнем.Тогда первое и второе слагаемое должны быть одноразрядными и малоотличимыми.В первом уравнении имеется опечатка в скобках под корнем.Обратите на это внимание.Необходимо исправление. За вторую часть оценка отлично.За первую наверное так же,с условием коррекционных поправок и пояснения к нелинейным уравнениям. Т.А.Иванова
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.