Ученый Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") предложил свежую "нейросетевую альтернативу" для управления металлургическими печами, обещающую рост их энергоэффективности в пределах 10%. Статья о разработке опубликована в "Procedia Computer Science".

Созданный в НИТУ "МИСиС" "нейросетевой настройщик" призван повысить энергоэффективность металлургических нагревательных печей с высокой – до 100 МВт – потребляемой мощностью, сообщил разработчик, доцент кафедры автоматизированных и информационных систем управления Старооскольского технологического института (филиала) НИТУ "МИСиС" Антон Глущенко.

Как правило, печи при работе подвергаются самым разным возмущениям – например, открытие штор для загрузки и выгрузки металла ведет к потерям тепла, а загрязнение газовых горелок – к снижению эффективности сжигания топлива. Из-за этого параметры печей меняются. Но так как управляют ими обычно с помощью линейных регуляторов с постоянными параметрами – пресловутая нестационарность не учитывается. Это снижает качество управления и ведет к энергетическим потерям.

"Для решения традиционных проблем предлагается построение адаптивной системы управления – нейросетевого настройщика. Система в реальном времени подстраивает параметры линейного регулятора так, чтобы качество управления печью во всех режимах оставалось одинаково высоким, снижая тем самым энергопотребление агрегата", – рассказал Антон Глущенко.

Он отметил, что новизна подхода обусловлена сочетанием в настройщике двух интеллектуальных технологий – нейросетей и баз знаний. Нейросеть вычисляет значения параметров для используемого на печи линейного регулятора и обучается прямо в процессе функционирования, чтобы отслеживать происходящие в печи изменения.

«Главные вопросы при этом – когда и с какой скоростью обучать нейросеть. На них отвечает база знаний, отражающая опыт инженера по автоматизации технологических процессов. Она содержит и описания ситуаций, когда необходимо настраивать регулятор, и формулы для вычисления скорости обучения нейросети. В отличие от других подходов, применение нейросетевого настройщика не требует ни построения модели объекта управления, ни явной эталонной модели. Кроме того, он поможет отслеживать график задания при изменениях параметров печи и компенсировать действующие на нее возмущения», - пояснил ученый.

Настройщик реализован в виде функционального блока, который может быть размещен в оперативной памяти логических контроллеров, широко распространенных в металлургии. Выходы и входы этого блока привязываются к уже размещенному в контроллере линейному регулятору и получаемым извне сигналам.

"Внедрение настройщика не потребует капитальных затрат, поскольку с аппаратной и программной точек зрения – в существующей системе управления печью ничего не изменится. Применение данного подхода позволит повысить энергоэффективность работы нагревательных металлургических печей на 5-10%", – заключил Антон Глущенко.

Как сообщили в НИТУ "МИСиС", далее планируется расширить класс объектов применения настройщика, доработав и опробовав его для различных электродвигателей.

Справка о НИТУ «МИСиС»

НИТУ «МИСиС» в 2018 году отметил 100-летие со дня основания Московской горной академии, преемником которой является. Сегодня НИТУ «МИСиС» - один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. Университет занимает ведущие позиции в мире в предметных рейтингах THE, QS и ARWU сразу по десяти направлениям, входя в топ-100 в категориях «Инжиниринг–Горное дело» (рейтинг QS) и «Инжиниринг-Металлургия» (рейтинг ARWU), в области материаловедения НИТУ «МИСиС» находится в группе 101+ лучших вузов (рейтинг QS).

Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году укрепить лидерство по направлениям специализации:  материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно усилить свои позиции в сфере био-, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом. В НИТУ «МИСиС» учатся более 17000 обучающихся из 75 стран мира. В университете действуют более 30 научно-исследовательских лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие ученые России и мира. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.