Выбор управляющих переменных при оптимизации

Все информационные переменные полностью характеризующие функционирование системы, подразделяют на проектные (заданные) и расчетные (искомые) переменные. В качестве свободных информационных переменных системы из множества информационных переменных могут быть выбраны только лишь проектные переменные ХТС. (где шикарно)

Все информационные переменные:

1. Проектные (заданные)

   1. Регламентированные

      1. Технологические параметры ХТС

      2. Конструкционные параметры элементов или подсистем

   2. Оптимизирующие

      1. Переменные с дискретными значениями

      2. Переменные, имеющие ограниченный диапазон возможных значений

2. Расчетные (искомые)

Проектные переменные – это такие информационные переменные, которые характеризуют основную цель функционирования ХТС, воздействие на систему внешней окружающей среды, взаимосвязь данной системы с другими ХТС.

Расчетные (искомые) переменные – это информационные переменные, определение которых представляет собой цель проектирования и исследования системы.

Среди проектных переменных выделяют регламентированные и оптимизирующие переменные ХТС.

• Большая часть регламентированных переменных находится по данным проектного задания и требованиям технологических условий. К ним можно отнести следующие технологические параметры ХТС: массовый расход, состав, температуру и давление потоков сырья (например, для систем очистки технологических газов); массовый расход, состав и температуру готовых продуктов; параметры потоков теплоносителей на входе подсистем с химическими реакторами; тип и активность катализаторов химических превращений; параметры потоков теплоносителей или хладагентов на входе и выходе подсистем с теплообменниками, а также параметры технологических режимов функционирования элементов или подсистем, которые обусловливают протекание технологических процессов в требуемом направлении.

• Другую группу регламентированных переменных составляют конструкционные параметры элементов или подсистем: конструктивный тип аппаратов, высота реактора, диаметр и высота слоя катализатора, конструктивные размеры аппарата и т. п.

Некоторое число степеней свободы ХТС, согласно проектному заданию и технологическим условиям, расходуют на регламентированные переменные. Определив неизрасходованное число степеней свободы, необходимо решить, какие именно информационные переменные нужно выбрать дополнительно для однозначной характеристики процесса функционирования ХТС. Оставшиеся степени свободы следует отнести к оптимизирующим переменным, варьирование численных значений которых при заданных регламентированных переменных обеспечивает оптимизацию процесса функционирования системы в соответствии с некоторой целевой функцией.

Перед инженером стоит задача из всех возможных вариантов наборов свободных информационных переменных выбрать такой, который являлся бы экономически оптимальным.

Реальный процесс функционирования ХТС протекает при наличии определенных ограничений на качество и количественные значения технологических и конструктивных переменных системы. Для обеспечения корректности постановки задачи исследования процессов функционирования ХТС и резкого сокращения объема вычислительных процедур по оптимизации данной системы в качестве оптимизирующих проектных переменных необходимо, прежде всего, выбирать информационные переменные двух видов:

1. Информационные переменные, принимающие, согласно проектному заданию и технологическим условиям, дискретные значения (например, конструктивный тип аппаратов; стандартизированные или нормализованные геометрические размеры оборудования; допустимые типы катализатора или растворителя и т. д.).

2. Информационные переменные, которые по требованиям проектного задания и технологических условий или вследствие взаимодействия элементов системы между собой имеют узко ограниченный диапазон возможных значений.

Например, если по технологическим условиям температура t, при которой происходит химическое превращение компонентов в реакторе ХТС, ограничена узким диапазоном значений tmin < t <tmax, то эту информационную переменную целесообразно выбрать как оптимизирующую проектную переменную системы. Изменяя величину t в заданном диапазоне температур, отыскивают оптимальный технологический режим в реакторе.

Если же эту информационную переменную t принять за базисную (зависимую) переменную, то ее численное значение можно определить только после решения всей системы информационных связей математической модели и, следовательно, лишь тогда убедиться, удовлетворяет ли полученный оптимальный технологический режим ограничению на температуру в реакторе. Такое решение задачи оптимизации требует значительных затрат расчетного времени.

При решении

• задач проектирования оптимальных ХТС оптимизирующими информационными переменными являются как технологические, так и конструкционные параметры,

• при оптимизации действующих ХТС – только технологические параметры, обеспечивающие наилучшие показатели функционирования.