Browsing by Author "Горбійчук, Михайло Іванович"

Now showing 1 - 3 of 3

Автоматизація процесу керування гідродинамічним режимом магістрального нафтопроводу
(Національний університет "Львівська політехніка", 2017) Кріль, Сергій Олександрович; Пістун, Євген Павлович; Національний університет «Львівська політехніка»; Горбійчук, Михайло Іванович; Максимов, Максим Віталійович
Дисертація присвячена розробці нової ефективної системи автоматичного керування гідродинамічного режиму магістрального нафтопроводу, що дозволить підвищити надійність роботи нафтопроводу та зменшити економічні втрати при транспортуванні нафти. В роботі отримав подальший розвиток метод регулювання тиску на НПС шляхом дроселювання потоку нафти, особливістю якого є запропонована зміна швидкості переміщення поворотної заслінки залежно від її положення, що дозволило покращити швидкодію системи регулювання тиску та якісні показники процесу регулювання. Побудовано математичну модель комплексу поворотна заслінка – виконавчий механізм, яка відрізняється від існуючих введенням зміни швидкості переміщення заслінки, в залежності від її положення, і дозволяє лінеаризувати динамічну характеристику цього комплексу. Удосконалено структуру цифрового ПІ-регулятора системи регулювання гідродинамічного режиму нафтопроводу, яка відрізняється від існуючих тим, що вона побудована на основі рекурсивних рівнянь, що забезпечує значне підвищення швидкодії регулятора, при різких змінах тиску, а це дозволяє відреагувати на початку хвилі гідроудару і усунути аварійну ситуацію. Розроблено метод компенсації нелінійності коефіцієнта підсилення системи регулювання тиску на НПС шляхом плавної зміни часу повного ходу виконавчого механізму. Розроблена система регулювання тиску на НПС впроваджена на станціях “Новини” та “Плещівка”, які входять до складу філії “Магістральні нафтопроводи “Дружба” ПАТ “Укртранснафта”. Впроваджені системи дозволили скоротити кількість аварійних зупинок НПС, підвищити швидкодію системи і покращити якість відпрацювання збурень гідродинамічного режиму та зменшити енергозатрати при транспортуванні нафти. Диссертация посвящена разработке новой эффективной системы автоматического управления гидродинамического режима магистрального нефтепровода, которая позволит повысить надежность работы нефтепровода и уменьшить экономические потери при транспортировке нефти. В работе получил дальнейшее развитие метод регулирования давления на НПС путем дросселирования потока нефти, особенностью которого является предложенное изменение скорости перемещения поворотной заслонки в зависимости от ее положения, что позволило улучшить быстродействие системы регулирования давления и качественные показатели процесса регулирования. Построена математическая модель комплекса поворотная заслонка - исполнительный механизм, который отличается от существующих введением изменения скорости перемещения заслонки, в зависимости от ее положения, и позволяет линеаризировать динамическую характеристику этого комплекса. Усовершенствована структура цифрового ПИ-регулятора системы регулирования гидродинамического режима нефтепровода, которая отличается от существующих тем, что она построена на основе рекурсивных уравнений, обеспечивает значительное повышение быстродействия регулятора, при резких изменениях давления, что позволяет отреагировать в начале волны гидроудара и устранить аварийную ситуацию. Разработан метод компенсации нелинейности коэффициента усиления системы регулирования давления на НПС путем плавного изменения времени полного хода исполнительного механизма. Разработаная система регулирования давления на НПС внедрена на станциях “Новости” и “Плещевка”, которые входят в состав филиала "Магистральные нефтепроводы “Дружба” ОАО “Укртранснафта”. Внедреные системы позволили сократить количество аварийных остановок НПС, повысить быстродействие системы и улучшить качество отработки возмущений гидродинамического режима и уменьшить энергозатраты при транспортировке нефти. The thesis is devoted to the development of a new effective automatic control system for the hydrodynamic mode of the main oil pipeline, which will increase the reliability of the pipeline and reduce economic losses during the transportation of oil. The method was developed for regulating the pressure on the oil pumpstation by throttling the flow of oil. Main feature of this method is the proposed change in the speed of the butterfly valve, depending on its position, which improved the speed of the pressure control system and the quality of the control process. A mathematical model of butterfly valve - actuator complex is developed. Changes of butterfly valve speed depending on its position, allows to linearize the dynamic characteristic of this complex. The structure of the digital PI controller of the pipeline's hydrodynamic mode has been improved, which differs from existing ones in that it is built on the basis of recursive equations. This structure provides a significant increase in controller speed, with fast changes in pressure, which allows reacting at the beginning of a shock wave and eliminating an emergency situation. A method for compensating the nonlinearity of the gain of the pressure control system on the oil pumpstation is developed. This compensation provides by smoothly changing the full stroke time of the actuator. The developed pressure control system on oil pumpstation was implemented at the “Novyny” and “Pleshchivka” stations, which are part of the Druzhba Oil Pipeline branch of Ukrtransnafta .The implemented systems allowed reducing the number of emergency stops of the pumpstations, increasing the control system's speed and improving the quality of reaction on disturbance of hydrodynamic mode and reduce energy losses during oil transportation.
Аналіз та синтез нечітких регуляторів динамічних систем
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Демків, Любомир Ігорович; Лозинський, Андрій Орестович; Ванцевіч, Владімір; Національний університет «Львівська політехніка»; Горбійчук, Михайло Іванович; Паламар, Михайло Іванович; Блінцов, Олександр Володимирович
У дисертаційні роботі проведено дослідження підходів до синтезу динамічних систем із використанням теорії нечітких множин. Особливу увагу приділено випадку, коли одна з підсистем сімейства динамічних систем є нестійкою внаслідок дії синтезованого регулятора. Показано, що такий підхід дає змогу надати загальній системі нових властивостей та підвищити швикодію перехідних процесів, не спричиняючи недопустимих перерегулювань проміжних та вихідної координати. Показано, що загальна система залишається стійкою. Запропоновано підхід до синтезу регулятора, що забезпечує керований коливний режим в околі робочої точки, який можна, за потреби, зупинити. Амплітуда та частота коливань, у такому випадку, залежать від параметрів нечіткого регулятора. Для розв’язання задач, де виникає потреба в обмеженні значень проміжних координат вектора станів системи, було використано каскадний нечіткий регулятор. Такий регулятор дозволяє не лише обмежити значення згаданих параметрів, а й забезпечити бажану швидкодію системи. При цьому одержується суттєвий виграш у кількості правил у базі правил нечіткого регулятора. Для випадку системи зі змінними параметрами показано, що синтезований нечіткий регулятор забезпечує її робастність. Запропоновані підходи застосовано для синтезу нечіткого регулятора дугової сталеплавильної печі та нечіткого коректора задавача швидкості електромобіля. In the thesis the investigation of approaches to synthesis of dynamical systems using the fuzzy set theory is carried out. Particular attention is paid to the case when one of the subsystems of the family of dynamical systems is unstable due to the action of a synthesized controller. Such an approach allows to provide the general system with new properties and speed up the transient processes in it without causing inadmissible readjustment of intermediate and output coordinates. The study shows that the general system remains stable. The conducted research fully confirms theoretical assumptions and simulation results. The work also investigates the choice of degrees of freedom of a fuzzy controller, which provides the desirable behaviour of the system. To optimize the size of the rule base of the fuzzy controller, only the initial coordinate of the system is fuzzified. In this case the rule base of the fuzzy controller is considerably smaller, and the dynamic processes in the system do not differ significantly from the case when all the components of the state vector are fuzzified. The approach to synthesis of the controller is introduced in the thesis. It provides the controlled oscillatory mode in the area of a working point, which can be stopped if necessary. The amplitude and frequency of oscillations in this case depend on the parameters of the fuzzy controller. Comparison between the behavior of a dynamical system with a fuzzy controller and an unstable subsystem and systems with controllers synthesized by methods of optimal control theory is conducted in the research. The obtained results indicate that the use of a fuzzy controller not only allows obtaining a similar system speed at the initial stage of its operation, but also ensures smooth approximation of the system output coordinate to the working point. To solve problems where there is a need to limit the values of intermediate coordinates of the state vector, a cascade fuzzy controller was used. Such a controller allows not only to limit the value of the above-mentioned parameters but also to provide the desirable system speed. In this case there is a significant gain in the number of rules in the rule base of a fuzzy controller. Concerning a system with variable parameters, a synthesized fuzzy controller ensures its robustness. In this case the overall system remains stable. The proposed approach to fuzzy dynamical regulators synthesis was used to simulate behaviour of a single- and two- mass systems for automatic control of an arc furnace electrode movement. Comparison of the results obtained with the application of such a system to a system of controller impedance or fuzzy control indicates the advantages of the proposed approach in terms of performance and the absence of unwanted fluctuations in the vicinity of the operating point. Taking into account nonlinearities in the system, namely nonlinearity of a thyristor converter model, the fuzzy controller was synthesized, which allows both to figure nonlinear processes in the system and to provide its desirable dynamics. The proposed approaches were used to synthesize the fuzzy controller of the arc furnace and the fuzzy correction factor for speed smoothing of the electric vehicle. W pracy doktorskiej prowadzone są badania podejść do syntezy układów dynamicznych z wykorzystaniem teorii zbiorów rozmytych. Szczególną uwagę przywiązuje się do przypadku, gdy jeden z podsystemów dynamicznego rodzinnego jest niestabilny w wyniku syntetyzowanych regulatora. Wykazano, że takie podejście zapewnja całemu systemu nowe funkcje i zwiększenia shybkosci transjentuv bez powodowania niedopuszczalne przeregulowania pośrednich i wyjściowych współrzędnych. Pokazano, że cały system pozostaje stabilny. Podejście do sterownika syntezę, która zapewnia kontrolowane trybu oscylacyjnego w pobliżu punktu pracy, które mogą, jeśli to konieczne, stanoncz. Amplituda i częstotliwość drgań w tym przypadku zależy od parametrów regulatora rozmytego. Aby rozwiązać problemy, w których istnieje potrzeba ograniczenia wartości pośrednich współrzędnych kontrolera stanu, użyto kaskadowego sterownika rozmytego. Taki regulator pozwala nie tylko ograniczyć wartość tych parametrów, ale także zapewnić pożądaną wydajność systemu. W tym przypadku występuje znaczny zmniejszenie liczby reguł w podstawowych regułach kontrolera rozmytego. W przypadku systemu ze zmiennymi parametrami pokazano, że syntezowany kontroler rozmytości zapewnia jego robastność. Zaproponowane podejścia zostały wykorzystane do syntezy regulatora rozmytego pieca łukowego i rozmytego współczynnika korygującego do zadanja prędkości pojazdu elektrycznego.
Математичні моделі, методи та алгоритми для автоматизації управління газотранспортними системами
(Національний університет "Львівська політехніка", 2021) Химко, Ольга Мирославівна; Чекурін, Василь Феодосійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Горбійчук, Михайло Іванович; Безкоровайний, Володимир Валентинович; Тимченко, Олександр Володимирович
У дисертаційній роботі розв’язано важливу науково-прикладну проблему – розроблення концепції побудови програмно-технічної системи для автоматизації управління ГТС на основі розроблених математичних моделей, методів і алгоритмів для керування процесами транспортування газу МГ. У процесі розв’язання цієї проблеми розроблено дворівневу математичну модель структури газотранспортної системи (ГТС), що враховує можливі зміни її конфігурації в процесі експлуатації, а також її розмірну гетерогенність. З використанням рівнянь динаміки газу розроблені нелінійні математичні моделі течії газу в лінійних та вузлових елементах МГ із врахуванням можливої негерметичності цих елементів. З використанням цих рівнянь сформульовані крайові задачі, які моделюють технологічні процеси керування режимами роботи ГТС, забезпечують виявлення витоків і моніторингу цілісності трубопроводів та оперативне балансування маси газу в МГ. З використанням методу скінченно-різницевої дискретизації ключових рівнянь за просторовою координатою, ітераційного підходу та методів Рунге-Кутти розроблені методи розв’язування сформульованих нелінійних прямих задач. Розроблено математичну модель поширення малих збурень параметрів потоку газу в трубопроводі, яка описує хвильові процеси, спричинені нестабільністю роботи компресорів, локальною розгерметизацією, флуктуаціями тиску, густини й температури. Розроблені моделі керування перехідними процесами, з використанням яких будь-який процес переходу з одного стаціонарного режиму в інший визначається скінченним набором параметрів. Проведені кількісні дослідження перехідних процесів течії газу в секції МГ за різних моделей керування. З використанням розроблених обчислювальних методів проведені кількісні дослідження параметрів перехідних процесів течії газу, які виникають у МГ під час його локальної розгерметизації та кількісно досліджені параметри течії, які можна використати для виявлення та ідентифікації витоків. Запропонована концепція автоматизації управління ГТС України, яка базується на теорії MES систем та моделі PERA відповідно до вимог міжнародного стандарту ANSI/ISA-95. Визначені функції та розроблена структура програмної системи для автоматизації управління ГТС, а також системи моніторингу цілісності МГ у її складі та запропонований підхід до її поетапного впровадження зі збереженням наявних засобів, які відповідають сучасним вимогам. У дисертаційній роботі розв’язано важливу науково-прикладну проблему – розроблення концепції побудови програмно-технічної системи для автоматизації управління ГТС на основі розроблених математичних моделей, методів і алгоритмів для керування процесами транспортування газу МГ. У процесі розв’язання цієї проблеми розроблено дворівневу математичну модель структури газотранспортної системи (ГТС), що враховує можливі зміни її конфігурації в процесі експлуатації, а також її розмірну гетерогенність. З використанням рівнянь динаміки газу розроблені нелінійні математичні моделі течії газу в лінійних та вузлових елементах МГ із врахуванням можливої негерметичності цих елементів. З використанням цих рівнянь сформульовані крайові задачі, які моделюють технологічні процеси керування режимами роботи ГТС, забезпечують виявлення витоків і моніторингу цілісності трубопроводів та оперативне балансування маси газу в МГ. З використанням методу скінченно-різницевої дискретизації ключових рівнянь за просторовою координатою, ітераційного підходу та методів Рунге-Кутти розроблені методи розв’язування сформульованих нелінійних прямих задач. Розроблено математичну модель поширення малих збурень параметрів потоку газу в трубопроводі, яка описує хвильові процеси, спричинені нестабільністю роботи компресорів, локальною розгерметизацією, флуктуаціями тиску, густини й температури. Розроблені моделі керування перехідними процесами, з використанням яких будь-який процес переходу з одного стаціонарного режиму в інший визначається скінченним набором параметрів. Проведені кількісні дослідження перехідних процесів течії газу в секції МГ за різних моделей керування. З використанням розроблених обчислювальних методів проведені кількісні дослідження параметрів перехідних процесів течії газу, які виникають у МГ під час його локальної розгерметизації та кількісно досліджені параметри течії, які можна використати для виявлення та ідентифікації витоків. Запропонована концепція автоматизації управління ГТС України, яка базується на теорії MES систем та моделі PERA відповідно до вимог міжнародного стандарту ANSI/ISA-95. Визначені функції та розроблена структура програмної системи для автоматизації управління ГТС, а також системи моніторингу цілісності МГ у її складі та запропонований підхід до її поетапного впровадження зі збереженням наявних засобів, які відповідають сучасним вимогам. The dissertation is aimed at developing methodological bases for automating the management of gas transmission systems using the methods of mathematical modeling and computerization. The aim of the work is to develop mathematical models of methods and algorithms for solving problems of control of stationary and transient modes of gas flow in main gas pipelines (MGP), detection and identification of leaks, as well as elaboration of concept and methodological bases of gas transmission system (GTS) automation and determination of structure and functions. -technical control automation systems. To achieve this goal in the dissertation solved a number of problems and obtained new scientific results. Mathematical models have been developed to describe the structure of the GTS, which take into account changes in its configuration during operation and dimensional heterogeneity. Based on the equations of dynamics, nonlinear mathematical models of gas flow in MGP elements are developed taking into account their leaks and on this basis boundary value problems are formulated, which model technological processes of GTS operation control, leak detection and MGP integrity control. Using known computational methods, developed methods for solving formulated problems and fast algorithms for their implementation. A mathematical model for the propagation of small perturbations of gas flow parameters in a pipeline has been developed, which describes wave processes caused by compressor instability, local depressurization, fluctuations in pressure, density and temperature. Quantitative studies have revealed a significant dependence of the parameters of wave processes on the flow regime in which the disturbance occurs, as well as the location of fluctuations along the pipeline. Transition control models have been developed, using which any process of transition from one stationary mode to another is determined by a finite set of parameters. Quantitative studies of gas flow transients in the MGP section under different control models have been carried out. Integral parameters have been introduced that determine the efficiency of gas transportation during the transition mode according to various criteria. Quantitative estimates of the efficiency of MGP gas transportation during the transition regime are obtained, depending on the applied transition control models. Mathematical models of local leakage from MGP have been developed, which determine the intensity of gas leakage through a small hole in the pipe wall depending on the pressure and temperature of the gas in the pipe near the depressurization site. Using the developed computational methods, quantitative studies of the parameters of gas flow transients that occur in the MGP during its local depressurization and quantitatively studied flow parameters that can be used to detect and identify leaks. On this basis, mathematical methods for detecting and identifying leaks from MGP based on the measurement of gas flow parameters at control points have been developed and their accuracy has been investigated using the method of computational experiment. The concept of automation of control of GTS of Ukraine which is based on the theory of MES of systems and PERA model according to requirements of the international ANSI / ISA-95 standard is offered. The functions and structure of the software system for automation of GTS management, as well as the system of monitoring the integrity of the MGP in its composition are defined and the approach to its step-by-step implementation with the preservation of existing tools that meet modern requirements is proposed. Introduced integrated parameters of gas flow allow to quantify the efficiency of the transition process by energy and time parameters. Using the developed fast algorithms for solving boundary value problems, it can be used to control the transient modes of operation of the MGP in order to achieve a given process duration or specified energy performance. The proposed mathematical models of local leakage and gas dynamics in MGP with leakage, as well as the developed fast algorithms for solving boundary value problems form a theoretical and mathematical basis for the method of detecting and identifying parameters of leakage MGP using an approach based on modeling mass, momentum and real-time energy and flow measurement data at control points along the pipeline. The introduction of the GTS control automation system, based on the theory of MES systems, the PERA model and the international standard ANSI / ISA-95, the structure and functions of which are proposed in the work, will preserve the existing automation tools. This will create the preconditions for the transition from a functional to a process management model.