Галыгин Вячеслав Вячеславович
Автореферат
по теме:" Интеллектуальная система проветривания выработок шахт"

Главная

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске

Индивидуальное задание

1. Актуальность

          Интенсификация горных работ является основным направлением повышения производительности угольных шахт, и определяет научно-технический процесс у угольной промышленности. На обеспечение интенсивной добычи угля в разнообразных условиях направлено решения ряда научных проблем горняцкой науки среди которых важное место занимают проблемы борьбы с газовым барьером, который ограничивает производительность и отрицательно влияет на безопасность работы шахтеров.
Проблемы управления проветриванием вызвали необходимость в глубоком теоретическом и экспериментальном исследовании схем проветривания участков, как объектов управления. Также актуальным направлением является разработка систем сбора и анализа информации о состоянии воздуха в шахтных выработках и содержимое вредных газов и веществ.
           Исследованиями установлено, что функция концентрации метана характеризуется загазованностью разной частоты. При ограничении значения некоторой допустимой величиной Сдоп все загазованности есть отклонениями в сторону превышения. Они связаны с появлением опасной ситуации. При отсутствии автоматического управления ситуацией единой реакцией на них есть отключения электроэнергии на участке (что является потенциальным источником воспаления метановоздушной смеси) и прекращение процесса добычи угля. Оперативная ликвидация таких загазованностей является основной задачей автоматического управления вентиляцией, так как в данном случае решаются задача обеспечения непрерывности технологического процесса и ликвидации простоев технологической линии по фактору газовыделения и задача исключения опасности взрыва метана в выработках.
Целью работы является разработка нечеткого алгоритма управления вентиляцией в выемочном участке с одиночной лавой.

2. Исследование разработанных алгоритмов

          В качестве технологического объекта имеем выемочный участок с одиночной лавой. Задача регулирования заключается в приведении концентрации метана в штреке исходящей струи вентиляционной схемы к требуемом значению cт. При этом в процессе регулирования концентрация метана не должна превысить предельно допустимое значение cд. Отклонения концентрации метана в сторону уменьшения по сравнению с cт также должны отрабатываться с точки зрения экономической целесообразности управления, так как уменьшение расхода воздуха на вентиляцию выработок вызывает существенное уменьшение затрат электроэнергии.
Регулирование концентрации метана осуществляется путем изменения значений расходов воздуха в системе, которые определяются значениями аэродинамических сопротивлений и депрессии. Таким образом, задачей управления является процесс изменения параметров вентиляционной схемы с целью приведения значения концентрации метана к требуемому значению, не превышая предельно допустимый уровень концентрации.
           Для более наглядного описания процессов движения воздуха в вентиляционной схеме участка с одиночной лавой, ниже предложена следующая анимированная картинка.


Вентиляционная схема участка с одиночной лавой с сосредоточенными параметрами


2.1 Алгоритма непосредственного изменения расхода воздуха

           Наиболее простым решением задачи регулирования является непосредственное изменение расхода воздуха от Q0 до Qт, где Q0 - расход воздуха в текущий момент времени, а Qт - расход воздуха, необходимый для обеспечения концентрации cт.
           На основании проведенных экспериментов можно сделать следующие вывод: изменение концентрации метана при резком увеличении расхода воздуха сопровождается длительным переходным процессом, в течение которого концентрация метана может превысить предельно допустимое значение.
           Это дает основание считать вышеописанный алгоритм нецелесообразным при использовании в реальных условиях.

2.2 Алгоритм линейного безопасного управления

           Алгоритм линейного безопасного управления, позволяющий избежать превышения допустимого значения концентрации метана, а также существенно сократить время переходного процесса.
           Сущность метода заключается в линейном повышении расхода воздуха от Q0 до Q1 (при этом Q1>=Qт) и последующем линейном уменьшении расхода до Qт. Увеличение производится в течение интервала времени dt1, а уменьшение — в течение интервала dt2. Линейное уменьшение расхода воздуха позволяет сократить время затухания всплеска концентрации метана.
           Таким образом, алгоритм линейного безопасного управления позволяет предотвратить превышение предельно допустимого значения концентрации метана, а также в ряде случаев позволяет сократить время переходного процесса.
           Недостатками алгоритма являются относительная сложность расчета временных интервалов dt1 и dt2, обеспечивающих кратчайший безопасный переходной процесс, а также малое ускорение переходных процессов в вентиляционной схеме.

3. Алгоритм нечеткого регулирования

           В настоящее время особую актуальность приобретают системы, предназначенные для поддержки процессов принятия решений, в частности советующие экспертные системы. Рассмотрим сферу применения таких систем.

           Условно можно выделить два класса объектов, с которыми приходится сталкиваться специалистам в области автоматизации управления. Назовем их «простые» и «сложные» объекты управления.
           «Простыми» являются объекты, точные математические модели которых, например в виде системы алгебраических уравнений или модели линейного программирования, при учете всех необходимых количественных факторов, влияющих на поведение объекта, пригодны для реализации на ЭВМ выбранного класса и вполне адекватны объекту.
           Что касается «сложных» объектов управления, то они имеют следующие главные отличительные особенности:
               1. Не все цели выбора управляющих решений и условия, влияющие на этот выбор, могут быть выражены в виде количественных соотношений.
               2. Отсутствует либо является неприемлемо сложным формализованное описание объекта управления.
               3. Значительная часть информации, необходимая для математического описания объекта, существует в форме представлений и пожеланий специалистов - экспертов, имеющих опыт работы с данным объектом.
           Построение точных математических моделей сложных объектов, пригодных для реализации и эксплуатации на современных ЭВМ, либо затруднительно, либо вообще невозможно. Здесь специалист в области построения моделей оказывается перед необходимостью выбора одной из альтернатив. Первая альтернатива — при построении модели сложного объекта, как и в случае "простого" объекта, постараться учесть все возможные факторы, влияющие на поведение объекта. К сожалению, в силу специфики объектов данного класса, это попытка «объять необъятное».
           Вторая альтернатива — абстрагирование от некоторых параметров объекта в целях получения модели более простой и удобной для реализации. Как правило, этот путь также ведет к неудачному исходу: модель получается неадекватной объекту управления. В общем случае возможных направлений поиска решения может быть два. Первое — попытаться применить нетрадиционный математический аппарат для построения модели, учитывающей все особенности объекта и пригодной для реализации. Второе направление состоит в попытке построения не модели объекта, а модели управления объектом. Иными словами, моделируется не сам объект, а человек-оператор в процессе управления объектом. Естественно, что моделировать стоит только квалифицированного оператора, хорошо знакомого со всеми особенностями управления данным объектом и успешно справляющегося с управлением им «вручную».
           Если есть опытный оператор, то модель управления объектом уже создана. Она существует либо в виде набора инструкций по управлению, либо в памяти оператора. Остается только эту модель представить в форме, удобной для реализации на ЭВМ. В этом заключается основная сложность данного подхода. Дело в том, что построить формальную модель управления сложным объектом, основанную, как уже говорилось ранее, на имитации действий оператора, принципиально невозможно без привлечения информации, которая не может быть выражена количественно. Это связано с тем, что основным источником информации, необходимой для построения модели управления, является человек-оператор. Как правило, человеку легче всего дать такие сведения в неформализованном виде, на уровне качественных описаний. С этим приходится считаться при организации процедур поддержки диалога с оператором и обработки входной информации. На практике доказано, что человеку несвойственно мыслить и принимать решения только в «количествах». Он мыслит прежде всего в «качествах», для него поиск решения — это, в первую очередь, поиск замысла решения, и здесь количественные оценки играют вспомогательную роль. Оператор использует качественные, нечеткие оценки типа «много», «мало», «довольно высокий», «далеко», «очень близко», «быстро», «слишком медленно» и т.д.
           Естественно, что нечеткие понятия должны использоваться при построении модели управления. Кроме этого, для удобства пользователя, которым, как правило, оказывается такой же человек-оператор, диалог с моделью (в случае ее реализации на ЭВМ) также должен происходить с использованием нечетких категорий.
           Сложные объекты управления — наиболее перспективная сфера применения систем с нечеткой логикой. Нечеткая логика используется здесь для формализации нечетких понятий с точки зрения их семантики и обеспечивает эффективную обработку качественной информации наравне с четкими, количественными данными. Более того, использование нечеткой логики при оценке сложившихся ситуаций и построении логических заключений в моделях управления сложными объектами облегчает решение задач обеспечения общения с пользователем на профессионально-ориентированном языке (что очень важно для советующих систем), хранения, накопления и обработки качественной информации. В нашем случае в качестве сложного объекта предлагается выемочный участок с одиночной лавой.
           Суть алгоритма заключается в анализе скорости изменения концентрации метана с целью прогнозирования возможных положительных и отрицательных всплесков концентрации и формирования необходимых компенсирующих изменений расхода воздуха. При формировании текущего приращения расхода воздуха оценивается близость текущей концентрации метана к предельно допустимому значению, что позволяет не допустить его превышения.

           При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена, окончательное завершение: январь 2007 года. Полный текст работы и все материалы по теме могут быть получены у автора после указанной даты.

Литература

1. Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьева Г.В. и др. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. - М.: Радио и связь, 1989.
2. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1987.
3. Абрамов Ф.А., Тян Р.Б. Методы и алгоритмы централизованного контроля и управления проветриванием шахт. - К.: Наук. думка, 1973.
4. Бойко В.А., Петречук А.А. Математическое описание выемочного участка шахты как объекта регулирования проветривания. - Изв. вузов. Горный журнал, 1972.

English biography

Наверх