بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک روش خطی شناسایی خطا بنام روش رویتگر - observer-based method - بر یک سیستم شیمیایی cstr به منظور شناسایی خطاهای این سیستم اعمال می شود و نتایج شبیه سازی استخراج می گردند. در قسمت دوم این مقاله روش فیلترهای ذره ای را که یک روش ذاتا غیر خطی است برای شناسایی خطا در این سیستم شیمیایی به کار برده و با نتایجی که از اعمال این روش بدست می اوریم مقایسه ای بین این روش غیر خطی با روش قبل از کلیه جهات حاصل خواهیم نمود.
مقدمه
در حال حاضر در صنایع تولیدی فشارهای اقتصادی زیادی در راستای تولید محصول بهتر و کاهش میزان محصولات خراب بوجود امده است و این فشارها تا به جایی رسیده است که باعث از رده خارج شدن بعضی از پروسه های تولیدی قدیمی و روشهای غیر امروزی شده است.
واحدهای عملیاتی امروزی بسیار بزرگ و پیچیده شده اند و تعداد بسیار زیادی از متغیرها اندازه گیری و کنترل می شوند. مانیتورینگ این پروسه ها یکی از مسائل اصلی کنترل این پروسه ها می باشد. داده ها و اندازه گیری هایی که توسط ادوات پیشرفته الکترونیکی قابل دسترسی می باشند از عوامل عمده اهمیت یافتن و توسعه مانیتورینگ در تمامی صنایع می باشند.
در این میان شناسایی و تشخیص سریع خطا در سیستمهای شیمیایی به دلایلی چون کاهش هزینه های تولید – کاهش زمان توقف – ایمنی در عملیات و.... از اهمیت زیادی برخوردار است. خطا در سیستمهای شیمیایی باعث خاموشی اضطراری دستگاه ها می شود و به تجهیزات اسیب فراوان می رساند و اگر هم چنین اتفاقی رخ ندهد کیفیت محصولات در این حالت بشدت افت پیدا خواهد کرد. امارهای صنعتی ضرر اقتصادی ناشی از وضعیتهای غیر عادی - رخداد خطا - و خاموشی های اضطراری در صنعت پترو شیمی در ایالات متحده به تنهایی را 20 میلیون دلار تخمین زده اند [1] و اگر چنین تخمینی برای کلیه پروسه های شیمیایی در کل کشورها زده می شد اهمیت بحث شناسایی خطا کاملا مشخص می شد.
روشهایی که برای شناسایی خطا از مدل ریاضی سیستم بهره می گیرند - روشهای بر مبنای مدل - شامل سه روش زیر می باشند:
• روش بر مبنای رویتگر
• روش تخمین پارامتر
• روش معادلات تعادلی
از این میان روشهای دوم وسوم کمتر در مورد سیستمهای شیمیایی مورد توجه واقع شده اند و تنها روش اول است که به کرات برای شناسایی خطا در سیستمهای شیمیایی بکار رفته است و از ان جمله در مرجع [2] از رویتگر با ورودی نا معلوم - UIO - برای شناسایی خطا در یک cstr یک تانکه استفاده می شود و 4]و[3 از - Extended Kalman Filter - EKF برای شناسایی خطا در یک cstr دو تانکه و یک پروسه 1 FCC استفاده کرده اند.
بر خلاف مواردی که در بالا ذکر شد انچه در این مقاله صورت می پذیرد استفاده از یک روش بر مبنای رویتگر حالت خطی در یک سیستم cstr شدیدا غیر خطی می باشد.
در قسمت دوم این مقاله از روش فیلترهای ذره ای که روشی نسبتا جدید بوده و کارایی ان در تخمین حالتهای سیستم در بسیاری از موارد به اثبات رسیده است, برای شناسایی خطا در سیستم شیمیایی cstr استفاده خواهیم کرد. بخاطر اینکه این روش یک روش ذاتا غیر خطی است برای تخمین حالتها در سیستمهای شدیدا غیر خطی بسیار مناسب است . استفاده از فیلترهای ذره ای برای تشخیص وجود خطا در سیستمها در مقالاتی مورد بررسی قرار گرفته است.
در [5] از فیلتر ذره ای برای شناسایی خطا در یک سیستم شیمیایی صنعتی استفاده می شود و [6] با کمک فیلتر ذره ای و به یاری متد زنجیر مارکوف – مونت کارلو عیبهای یک سیستم cstr را بررسی کرده است اما عیوب و روشی که مورد بررسی قرار داده است کار انرا متمایز با روشی که مورد بررسی واقع می شود نموده است. در استفاده از هر یک از دو روش سعی شده است به نحوی به طراحی سیستم تشخیص خطا بپردازیم که تا حد ممکن به بهترین حالت ممکن برای این کار برسیم. در هر دو روش مزایا و نقطه ضعف هایی وجود دارد که در نتیجه گیری پایانی اورده شده است تا بتوانیم مقایسه ای اصولی بین این دو روش انجام دهیم.
معرفی سیستم شیمیایی:
در اینجا روش برای یک double cstr - راکتور همزن پیوسته تانک با دو تانک سری - به کار رفته است. معادلات دینامیکی سیستم به صورت صفحه بعد می باشند.
x بردار متغیرهای حالت d بردار اغتشاش u ورودی سیستم و y خروجی سیستم می باشند.
با توجه به خطی بودن روش ابتدا لازم است تا سیستم را حول نقطه کار ان خطی سازی کنیم . نقطه ای که خطی سازی حول ان انجام می شود - نقطه کار اولیه - در زیر اورده شده است:
خطی سازی این سیستم تا حد زیادی مناسب و معقول است زیرا مقادیر درون ترمهای نمایی اعداد منفی بسیار کوچک - با مقدار جبری بسیار بزرگ - هستند چنانکه دو ترم اول بسط فوریه انها - مقدارتابع به همراه مشتق اول ان - تا حد بسیار قابل قبولی در بازه بزرگی با خود تابع برابر است.
روش رویتگر برای شناسایی خطا در سیستم شیمیایی:
این روش وقتی کاربرد دارد که تغییرات روی عملگرها، سنسورها یا متغیرهای حالت قابل اندازه گیری باشد - به عبارتی - additive fault سپس روی این مانده تحلیل صورت می گیرد و وجود خطا تشخیص داده می شود . این روش تأکید زیادی روی مدل به صورت فضای حالت دارد ، چون هم برای سیستمهای خطی و هم غیرخطی کاربرد دارند
