ФІЛЬТРУВАННЯ ВИМІРЮВАНИХ ПАРАМЕТРІВ В АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ ТРАНСПОРТОМ НАФТИ ПРИ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСАХ У НАФТОПРОВОДІ - Scientific conference
Main page
UA RU EN

Congratulation from Internet Conference!

Hello

Рік заснування видання - 2011

ФІЛЬТРУВАННЯ ВИМІРЮВАНИХ ПАРАМЕТРІВ В АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛІННЯ ТРАНСПОРТОМ НАФТИ ПРИ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСАХ У НАФТОПРОВОДІ

23.09.2022 21:53

[1. Information systems and technologies]

Author: Паращак Олексій Миколайович, кандидат технічних наук, Державний торговельно-економічний університет, м. Київ


Вступ

В умовах управління процесами перекачування нафти нафтопроводами з допомогою автоматизованих систем управління технологічними процесами значний інтерес представляє задача управління нафтопроводами в перехідних, нестаціонарних режимах роботи. Перехідні процеси в нафтопроводах обумовлені низкою причин: при перекачуванні нафти різної щільності та в'язкості; при відключенні та включенні будь-якої проміжної насосної станції або окремих насосних агрегатів на ній; при зміні положення робочих органів запірної арматури тощо. Зміни, що спричиняють перехідний процес, називаються збуреннями. Назустріч потоку нафти від точки збурення (джерела зміни швидкості перекачування) поширюється фронт хвилі зміни тиску. По потоку руху нафти поширюється аналогічна хвиля, що є дзеркальним відображенням першої. При зазначених умовах тиск вздовж магістралі зазнає значних змін, які можуть становити від 0,5 до 3 МПа залежно від характеру різних збурень [1].

Постановка задачі

Нормальний перебіг перехідного процесу має місце у тому випадку, якщо виконуються нерівності





де xi,yi,ƶi- значення тисків на вході, в колекторі і на виході i-ої насосної станції; xi*,yi*,ƶi*  - межі допустимих тисків у вказаних точках.




Автоматичні виміри цих параметрів суттєво спотворюються випадковими завадами, викликаними збуреннями в регулюючих органах та робочих механізмах при перехідних процесах.




Це ускладнює перевірку нерівностей (1), а також знижує достовірність розрахунків під час аналізу порушень технологічного процесу. Тому для ефективного контролю перехідного процесу в нафтопроводі необхідно фільтрувати вимірювані нестаціонарні параметри.




У зв’язку з тим, що тривалість перехідного процесу в нафтопроводі варіюється від декількох секунд до декількох хвилин [1], отримати будь-які статистичні характеристики про вимірювані нестаціонарні параметри, і, тим більше, про завади практично неможливо. У зв'язку з цим застосування алгоритмів фільтрації, що базуються на знаннях статистичних характеристик вимірюваних параметрів і завад в даному випадку неможливе.




Для фільтрації нестаціонарних вимірюваних параметрів  використовується метод найменших квадратів, представлений у такому ж  рекурсивному вигляді, як і фільтр Калмана, що дозволяє корегувати раніше обчислену оцінку з врахуванням нових вимірів  без необхідності повторювати всі попередні обчислення.




Алгоритм рекурсивного фільтра




Оскільки  зміна тиску у конкретній точці нафтопроводу характеризуються значно вираженою часовою  динамікою [1], то для задання перехідних процесів доцільно використовувати квадратичну модель виду









де t – поточний час, а d0, d1, d2– невідомі параметри.




Позначимо через   t1=t  и  t2=t2 і представимо рівняння (2) у векторній формі








де





Завдання полягає в тому, щоб оцінити невідомі параметри d0, d1, d2   моделі









де  Ƶ - відгук процесу (випадкова величина) і ℇ - шум, що не піддається вимірюванню.




Для визначення невідомих параметрів моделі (3) за поточними вимірами застосуємо фільтр Калмана. Процедура оцінювання, закладена у фільтрі Калмана, ґрунтується на тих же теоретичних принципах, що й звичайний метод найменших квадратів [2]. Основна відмінність полягає в тому, що фільтр Калмана використовує принцип рекурсивності стосовно кожного нового циклу вимірювання, а не оцінка даних у серії показань. Застосування даного алгоритму зручніше при його реалізації на електронній обчислювальній машині і призводить до значного збільшення швидкості обчислень порівняно з методом найменших квадратів.




У задачі оцінки параметра 3-мірної константи D ми приймемо наступну модель значень, що спостерігаються:








Припустимо, що є вибірка обсягу k, яку зручно записати як




Тепер завдання полягає в тому, щоб вибрати таке значення оцінки DK   вектора D, для якого значення квадратичної форми





буде мінімальним.



Послідовний алгоритм обчислення найменших квадратів оцінки для задачі (4) - (6) набуває вигляду [2];         








Припустимо, що з допомогою формул (7) і (8) ми отримали оціночні значення параметрів,       на час ti0. Тоді на підставі залежності (2) оціночне значення контрольованої величини x для деякого моменту часу  ti     визначається виразом







де - час, що минув з моменту, на який були отримані оціночні значення .


Таким чином, отримані залежності (7) і (8) дозволяють в реальному часі обчислювати невідомі параметри моделі (9) необхідної для отримання оцінок вимірюваних тисків в перехідному режимі роботи нафтопроводу.

Висновок

Використання запропонованого алгоритму фільтрації дозволить підвищити якість вхідної інформації в автоматизованій системі керування технологічним процесом, що працює у реальному масштабі часу. Динамічні характеристики вимірюваного параметра визначаються за допомогою цифрового фільтра з значно вищою точністю, ніж при їх оцінці різницевих значень двох послідовних вимірювань. Виділення та обробка лише суттєвих відхилень у значеннях вже відфільтрованих вихідних даних дозволяє рішати задачі діагностики процесу транспорту нафти в реальному часі, що в свою чергу впливає на ефективність автоматизованої системи управління.

Література

1. Тугунов П. И. Нестационарные режимы перекачки нефти и нефтепродуктов. - М. : Недра, 1984. - 224 с.

2. Бідюк П. І. Ймовірнісно-статистичні методи моделювання і прогнозування : [монографія] / П. І. Бідюк, О. П. Гожий. – Миколаїв : Чорноморський державний університет ім. Петра Могили, 2014. – 440 с.




Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Another articles in this section

Сonferences

Conference 2024

Conference 2023

Conference 2022

Conference 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення