Анализ и синтез на базе комплекса технических средств гипотетической микропроцессорной системы оптимального управления технологическим процессом и оборудованием технического объекта (Кристаллизатор)

МИНИСТЕРСТВО   ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ)

Институт Автоматики и Вычислительной Техники

Кафедра Управления и Информатики

О Т Ч Е Т

о лабораторном практикуме

по дисциплине

Автоматизированные информационно-управляющие системы

на тему

Анализ и синтез на базе комплекса технических средств

гипотетической микропроцессорной системы оптимального

управления технологическим процессом и оборудованием

технического объекта  Кристаллизатор

Студенты гр. А-1-01                                                                                               Ф.И.О.

Бастанова Т.

Груздев А.

Осипов А.

Преподаватель                                                                                                                             Рюкин А.Н.

Москва                                                                                                                        2004

СОДЕРЖАНИЕ

1. Аннотация.                                                                                                  3

2. Введение.                                                                                                    4

3. Техническое задание (ТЗ).                                                               7

Предварительное обследование ТОУ, сбор исходных данных.         7

Общее исследование           .                                                     8

Предпроектные НИР                                                     17

Уравнения авторегрессии для

контролируемых неуправляемых переменных (x₁,x₂).                20

Построение регрессионной модели по данным активного эксперимента                                                                                              23

Оптимизация по регрессионным моделям                                24

4. Заключение. (Предлагаемый комплекс технических средств).               29

5. Литература.                                                                                                 30

6. Приложения.                                                                                     27

АННОТАЦИЯ

Данные материалы являются отчетом по лабораторным работам, по курсу АИУС (Автоматизированные информационно-управляющие системы). В работе производиться анализ технологического объекта управления (ТОУ) - кристаллизатора. В первых главах приводиться общее исследование объекта, выявление вида зависимости входных и выходных величин. В последних главах производиться построение регрессионной модели объекта в факторной области рабочего режима, и  приводиться решение задачи оптимизации. Цель работы является  изучение вопросов, связанных с проектированием автоматизированной системы управления  технологическим объектом и выработка алгоритмов её функционирования.
ВВЕДЕНИЕ

Развитие физики твердого тела и ряда отраслей современной техники (квантовой электроники, полупроводниковой электроники, инфракрасной техники, счетно-решающих устройств) тесно связано с использованием кристаллов.

Сначала использовали природные кристаллы. Однако природа далеко не обеспечивает потребности современной науки и техники ни по качеству, ни по ассортименту кристаллов. В связи с этим возникла и бурно развивается новая отрасль промышленной технологии - выращивание кристаллов.

Кристаллизация — процесс выделения твердого растворенного вещества из его раствора (кристаллизация из раствора) или процесс выделения твердой фазы при затвердевании веществ, находящихся в расплавленном состоянии (кристаллизация из расплавов).

Кристаллизация из растворов основана на ограниченной растворимости твердых веществ.

Раствор, содержащий максимальное количество растворенного вещества в данном количестве растворителя при определенной температуре, называется насыщенным.

Если раствор содержит большее количество растворенного вещества, то он является пересыщенным. Пересыщенные растворы неустойчивы, из них выделяется избыточное количество растворенного вещества, т.е. происходит процесс кристаллизации. После выделения кристаллов раствор становится насыщенным и называется маточным раствором.

Кристаллизацию из расплавов применяют для получения кристаллических веществ со строго определенной точкой плавления (очень чистых простых веществ или соединений с максимальной точкой плавления). При этом поликристаллы изучаемого вещества расплавляют, а затем медленно понижают температуру расплава ниже точки плавления.

По существу нет разницы между выращиванием кристаллов из растворов в расплаве или расплавленной соли и из растворов в воде, спирте, эфире.

Процесс кристаллизации состоит из двух стадий — образования зародышей кристаллов и роста кристаллов. Образование зародышей может происходить путем самопроизвольной кристаллизации, а может быть ускорено внесением затравки—мелких частиц кристаллизуемого вещества, которые и являются зародышами кристаллов. Если скорость образования зародышей больше скорости их роста, получается большое количество мелких кристаллов. Если же скорость роста больше скорости образования зародышей, получается мень­шее количество крупных кристаллов.

Осаждение из раствора — удобный способ выращивания самых различных кристаллов по двум причинам: 1) концентрация многих соединений в жидком растворе может быть высокой; 2) соединения эта часто обладают в растворе высокой подвижностью. Оба фактора благоприятны для роста кристаллов.

Кристаллы, полученные из раствора, бывают лучше огранены, чем полученные из расплава. Кроме того, можно регулировать вязкость, управлять процессом изменения температуры роста. Кристаллизация начинается в пересыщенном растворе в результате охлаждения (если растворимость падает при снижении температуры) или испарения растворителя. Пересыщение раствора является решающим фактором роста кристаллов. Его можно регулировать изменением температуры и состава, химическим воздействием.

Для регулирования пересыщения обычно используется один из трех методов:

1. В зависимости от знака температурного коэффициента растворимости повышают или снижают температуру раствора.

2. Устанавливают в растворе перепад температур в результате чего в одной области раствора происходит непрерывное растворение вещества, а в другой зоне (зоне роста кристалла)— его непрерывное выделение.

3. Раствор, находящийся в одном сосуде при некоторой постоянной температуре, непрерывно насыщается, а затем пере­качивается во второй сосуд, в котором содержится затравка и который имеет другую температуру.

При выборе растворителя предпочтение оказывается тому в котором растворимость вещества находится в пределах от 10 до 60%.

Ни один из растворителей при выращивании «кристаллов не может соперничать с водой. Это обусловлено такими ее свойствами, как высокая растворяющая способность (что связано с большим значением диэлектрической постоянной), малая вязкость, низкая токсичность, доступность, а также легкость регулировки пересыщения либо изменением температуры, либо удалением части растворителя.