Дәріс. Модел тұрғызу принциптері. Объектіге детерминдік және эмпирикалық қадам. Ауыспалы процестер.

Химико технологиялық процестердің математикалық моделін құруды қарастырамыз және осы моделдердің қолданылу жолдары.

Химиялық технолоия процесі ерекшелігі мен күрделілігі бойынша әртүрлі. Осыған сәйкесті оларды талдау мен басқаруға әртүрлі қадамдар бар.

Екі негізгі қадамда қараймыз: екі қадам да ғылым мен практиканың барлық аумағында қолданылады, олардың арасындағы ерекшелік ғылым әдістемесінде маңызды роль атқарады.

Бірінші қадам процесс механизмін зерттеуге негізделген, нәтижесінде теория құрылады, олодан әрі талдау мен процесті басқаруға қызмет етеді. Бұл процесті детерминдік ал содан алынған моделді детерминделген деп атайды.

Екінші қадам. Егер процесс күрделі болса оның механизмін тарату мақсатсыз болады да оған көп күш кетеді. Осы жағдайларда процесті эмпирикалық басқаруды үйренген жөн, теорияға кіріспей ақ. Мұндай қадам эмпирикалық деп, ал сәйкесті математикалық модел эмпирикалық немесе статистикалық деп аталады.

Детерминдік қадамда қолданылатын әдістер сонша әртүрлі, оларға жалпы сипаттама беру мүмкін емес. Дегенмен осы қадамның жалпы күшті және әлсіз жағын белгілеуге болады.

Детерминдік қадам негізінде алынған мәліметтердің баста артықшылығы олардың үлкен жобалау күштілігі. Қандай да бір процестің толық механизмін біле отырып оның әртүрлі жағдайдағы тәртібін жобалуға болады.

Қадам жетіспеушілігі – күрделі процестердің жақсы теориясын құру қиындығы. Егер химико технологиялық процестердің бір элементін гидродинамиканы бөліп алса ондатурбуленттік теорияны қанағаттандырушы болмауымен келісу керек. Қазіргі химиядаегер реакия механизмі дәл талдаса онда белгіленген мерзімге үлгеру мүмкіндігі азаяды. Мұндай қиындықтар әр қадамда кездеседі.

Эмпирикалық қадамда процестерді зерттегенде бірқатар жалпы әдістер талданған. Бұл әдістерге ²қара ұя кескіні² деп аталатын терминмен түсінік беруге болады. Бұл жартылай қалжың термин қазір кибернетикада кең қолданылады.

Бізге қажет процесс қараңғы ұяда өтеді, біз оны көре алмаймыз (сурет. 6.1). Сондықтан бұл процес қалай жүретінін әрі онда қандай өзгерістер болатынын білу біздің күшімізде емес

	Сурет 6.1 – Процестің енуші және шығушы параметрлері: Х1…Хn – басқарушы ауыспалы реттеушілер; У1… Уn - басқарылатын ауыспалылар; Z1 ... Zn - қарсы болатын ауыспалылар; Хn1 … Xnn – аралық ауыспалылар;

Бұл процесс туралы ештеңе біліп, ештеңемен басқара алмаймыз дегенді білдірмейді.

Ұя қандай қара болмаса да процестің оны қоршаған ортамен байланыстыратын жағы бар. Осы контактілермен осы әрекеттермен процесті талдау үшін оны басқару үшін қолдана аламыз.

Қарастырылатын әрекеттерді екі негізгі топтарға бөлеміз. Біріншіден процеске әсер ету. Оларды қара ұя деп атаймыз. Мына суретте 6.1 олар ұяға бағытталған бағытармен суреттелген және мынамен белгіленеді x₁, x₂, x₃,..., z₁, z₂, z₃... Екіншіден, процесс жұмысының бұл нәтижелері – қара ұя шығымы. Олар бағыттармен суреттелген, ұядан шығатын әрі мыналармен белгіленеді x_n1, x_n2, x_n3,..., y₁, y₂, y₃.

Ауыспалы процестер. Өзгеруі процесс жүрі сипатымен байланысты ауыспалылар белгілі (басқарылмайтын ауспалылар – y); өзгеруі процесс барысына тікелей әсер ететін бірақ оларды өлшеуге болатын, сонымен бірге мақсатты өзгеретін ауыспалылар (басқарылатын ауспалылар - x); өзгеруі процесс барысына тікелей әсер ететін бірақ оларды өлшеуге болатын, сонымен бірге мақсатты өзгермейтін ауыспалылар (қарсы тұрушы ауыспалылар - z); өзгеруі жанамалы процес жүру сипатымен байланысты ауыспалылар (аралық ауыспалылар - x_n).

Қара ұяның енуі мен шығуы туралы толығырақ тоқталамыз алдымен шығуға. Шығушы ретінде процесс жұмысының ке з келген нәтижесі қаралады. Яғни мынау мән y₁, реакциядағы өзгеру дәрежесін білдіреді; y₂, - өнімнің өзқұндылығы; y_{3 –} құралдан шығатын қоспа темпера­турасы; y₄ – катализатор активтілігі екі есе түсетін уақыт; y₅ - өнімді бууға кеткен қағаз мөлшері. Кез келген процестің жалпы шығыс саны үлкен болады, бірақ оның барлығы бізе сонша керек емес: y₅ сонша маңызды емес, y₁ немесе y₂ қарағанда.

Қара ұя енуі өте көп: әр процеске әртүрлі факторлар әсер етеді. Қара ұя енуін екі маңызды топқа бөлу керек: басқарылатын х және басқарылмайтын у.

Егер қандай да бір органикалық синтезді жүйелі жүргізілетін қара ұя кескіні деп қарастырса, Мысалы Гриньяр реакциясын онда бақыланатын енушілер санына мына параметрлерді кіргізуге болады: реактордағы температура, магний мен бромалкин, тиелген эфир мөлшері, эфир ылғалдылығы, құрал мен араласқыш өлшемі, араластыру жылдамдығы, реакция ұзақтығы мен т.б. Басқарылмайтын енушілер қатарына мыналарды кіргізуге болады: құрал материалындағы қоспалар (оларды талдау қиындығы), космостық сәуле интенсивтілігі (ол қатты өзгеруі мүмкін бірақ біз оны көре алмаймыз), құралдың қайта орнына қою ауа райы, ауадан басқа қоспалар қатысы.

Басқарылмайтын енушілер қатарына біз қандай да бір факторды қатыстырамыз, ол қара ұя кескіні негізінде оқыған білім сонша анық емес. Сондықтан бірінші мақсат факторлар көрінуінде, процеске маңызды әсер етуші әрі оларды басқарылушы категориясына жатқызу.

Бірақ тіпті енушілердің бірі z процеске маңызды әсер етпесе, олардың қосынды әсері анық болады, басқарылмайтын енушілер өте көп. Олар процесте қарсы әрекет түрінде болады да, кездейсоқ әрекеттер тудырады.Мұндайәртүрлі әрекет туындауы, оның сипаты мен күшін алдын ала айту мүмкін емес, тек ықтималдық теориясымен бағалау керек. Процесс барысына қарсылық әсерін кейде шум деген терминмен анықтайды; экспериментте бұл әсер тәжірибенің кездейсоқ қателігін анықтайды.

Біз енде процесті қалай оқып, онымен эмпирикалық қадамда қалай басқаруға болатыны білдік. Зерттеу үшін эксперимент жүргізу керек. Әр тәжірибе қандай да бір белгілі басқарылатын енушілер мәнін құруға және қызықтыратын шығушыларды өлшеуге әкеледі.

Бірқатар тәжірибе жасап біз енді әр шығушының енушінің эмпирикалық теңдеуден тәуелділік теңдеуін – отклик функциясын жаза аламыз. Осы теңдеулер біздің жүйенің эмпирикалық математикалық моделін көрсетеді. Одан әрі процесті басқаруға оны жүргізудің қолайлы жағдайын табуға осы шартты құруға.

Эмпирикалық теңдеулерді есептеу ереже бойынша қарапайым болады, процесс механизмін талдау үшін ақпарат алғанша.

Эмпирикалық қадамның басты артықшылығы – оның қарапайымдылығы. Ол әсіресес күрделі процестерді оқығанда пайдалы.

Басты кемшілік – экстраполяцияның аз сенімділігі. Зерттелетін тәжірибелерде ауыспалы өзгеру шегінің поцестегі тәртібін дәл айтуға болады (интерполяция). Бірақ оқитын интервал шегінде функция өзгеру заңы бізге белгілі. Солайша процесс баяғыша біз шығарған эмпирикалық теңдеулермен бізге бағынады деп қателесуіміз мүкін.

Моделдеу практикасында экстраполяцияның маңызды жайттардың бірі масштабта.: аз моделден үлкен оригиналға өткенде процесс параметрлері қалай өзгеретінін жобалалу. Эмпирикалық қадамда бұл есесп нашар шешіледі детерминдік моделге қарағанда.

Келесі маңызды жағдайды сызып көрсету керек. Кез келген қайшылық сияқты екі қадам да тар бірлік түзеді. Бұл бірліктің ерекшелігі кез келген реалды жағдайда сол және басқа қадамның элементтері болады. Таза детерминизм де таза эмпирика да мүмкін емес.

Мына суреттегі 6.1 кескін детерминдік қадам үшін қолданылатыны атап өту керек. Мұнда кірістер мен шығыстар бар, олар да басқарылушы және басқаруға көнбейтін деп бөлінеді. Эмпирикалық қадамнан ерекшелігі біз басқарылатын кірістердің механизмін біле аламыз тек оны басқарып қана қоймай. Басқарылмайтын кірістер олар кез келген қадамдабіркелкі ұқсасты. Процесс механизмін білу шумды өзінен өзі азайтады. Кейде бірқатар жағдайларда ол барлық фаткорлар әсерін ескертіп солайша шуды төмендетеді. Бірақ бұлай жиі бола бермейді.

Бірқатар жүйені атап өтеміз, үлкен детерминдікті немесе үлкен эмпирикалық қадамның мақсатын негіздеуші. Бізге процесс маңызды болған сайын ереже бойынша оның теориясын құруға көп күш жұмсаса болады. Басқа жағынан, процесс күрделі болған сайын қара ұя позициясы жағынана қадам тиімді бола түседі.

Сондықтан химиялық технологиядағы маңызды процестер – аммиак пен каучук синтезі детерминдік позиция жағынган жақсы білу керек. Нәтижелер шығынды өтейді. Сол кезде аз органикалық процестер мысалы, дәрілер синтезін осы позиция жағынана толық суреттемесе де болады: ол сондай күрделі, біз әзірше оны процесс кинетикасын талдаймыз, дәрі моралды ескіріп, алмаса алады. Процеспен қара ұя сияқты басқару керек.

Егер процесс маңызды әрі күрделі болса оны зерттеуді сатыларға бөлу керек. Біріншіде – процесс эмпирикалық оқылады, ол оны тез меңгеруге әсер етеді; екіншіде – механизмді тереңдете оқу жүргізіледі; онда ертеде алынған нәтижелерді жақсатруға болады.

Негізгі әдебиет 1 [118-123],

Дата добавления: 2015-12-07