![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Козин В.З. Методы исследований в обогащении учеб. пособие
.pdf
|
|
|
oL |
9 |
/ЮЛА/ |
||
эффективность разделения |
|
||||||
ß |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
/10.17/ |
||
критерий Ханкока |
|
V |
’ |
||||
|
|
||||||
|
ß |
~ 0<~ |
|
||||
|
|
Г |
/10.18/ |
||||
критерий Фоменко |
і - |
л |
» |
||||
|
|||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
^ ‘ |
£ |
« ; |
/10.1Ѳ/ |
|
критерий Разумова |
£ |
t i . |
|
||||
|
|
|
/10.20/ |
||||
|
|
|
L |
|
|
||
Здесь "é, |
~ извлечение |
неполезной |
части в хвосты; |
||||
С,^ |
- |
извлечение |
|
і -го компонента в кон |
|||
|
|
центрат дли многокомпанентных руд. |
|||||
Гораздо менее |
универсальными, |
даже |
на весьма ограни |
ченном этапе исследований являются так называемые тер модинамические, статистические и некоторые другие крите рии, Они почти не используются и их применение вообще вряд ли может иметь смысл, за исключением каких-либо редких специфических случаев.
При решении задач управления іехиопогическим режи мом процесса обогащения к выбору целевой функции управления следует подходить с учетом того, что для •управления системы /в том числе и для флотатора/ мно гие задачи уже решенывыбрана технологическая схема и тип оборудования, выбрана номенклатуре реагентов и точки их подачи, известны свойства реагентов и стоимо сти Сырья и материалов. Кроме того, известмы многочис ленные ограничения, имеющие характер физический /расход реагентов/, директивны« 'содержание засоряющих
компонентов в концентратах/, либо математический /диа пазон использования связей, лайд.-иных статистическим
путем/. В этих условиях изменить результаты процесса
можно, пак ираьипо , .'тишь меняя затраты материалов либо потоки перерабатываемых продуктов. Но при этом изменяется не только эффективность разделения, но и экономическая эффективность производства.
При управлении технологическим процессом на фабрике достижение экстремума какой-либо функции, отражающей лишь сущность разделительного процесса является недоста
точной. В любом случае пас интересует |
цель, выраженная |
в стоимостном показателе. Это значит, |
что для целей |
управления может быть выбран только экономический кри терий, отражающий общественную целенаправленность про изводства. Экономический подход отличается от всех дру гих тем, что общая формула критерия должна учитывалъ как свойства поставщика продукции, каковым в рассматри ваемом случае Яйлиеісн обогатительная фабрика, так и свойства потребителя, В некоторых случаях это может быть осуществлено сравнительно просто, например в рам ках одного горно-металлургического комбината, в других случаях это весьма затруднительно, например, в случае производства концентратов на экспорт. В общем случае универсальным путем учета свойств потребителя является наложение ограничений на свойства копцентратов. Это мо гут быть ограничения тииа равенств или неравенств, свя зывающие цены на концентраты с его качеством. Вопросы формирования цен выходят за пределы пашей рлбо и. Бу дем считалъ, что цены учитывают свойства потребителей. При наличии таких ограшічсшнй можно сформулировать эко номический критерий, рассматривая только свойства обога тительной фіабрики. В связи с экономической реформой на предприятиях внедряется внутрицеховой хозрасчет. В этом случае экономический критерий можно применить для цеха, а в отдельных случаях и для более мелких производствен ных единиц.
Применительно к остальным участкам производства необходимо применять либо упрощенные формы экономичес кого критерия, например себестоимость продукции, либо
вытекающие из экономического критерия каіше-гшбо функ ции, связывающие показатели процесса, например часто используемое технологами извлечение. Наконец, может оказаться, что для какого-либо технологического аппара та эти упрощения приведут к формулировке критерия толь ко в впце ограничений на показатели работы п управля ющие воздействия.
10.3. Общая формула целевой функции
Будем считать, что для хозрасчетной единицы целью при управлении является получение максимальной прибыли за некоторый промежуток времени.
П ~ ( 2 Ц к ' Зк ~ <3j' о. /10.21/
Здесь П - прибыль;
3 ~ затраты на приобретение и переработку
дРУЯы;
У-jo —количество переработанной за промежуток
Ц к - |
времени'исходной |
руды; |
|
|||
планово-расчетная |
цена |
К -го продукта; |
||||
- |
количество |
К -го |
металла, получаемого |
|||
|
из 1 |
т руды, |
К -го |
|
|
|
Планово-расчетная |
цена |
продукта учитывает как |
содержание основного металла, так и содержание прочих металлов /примесей/. Это в общем случае нелинейная функция качества
Ц к - J - К ( ß i ■ ■ ■ ß i ■ • • / « ) , |
/10.22/ |
где Jbi - |
содержание |
à -го элемента в |
К-ом |
||||
|
концентрате, |
I = 1;.../1 |
|
|
|
||
.Практически |
4 * |
представляет |
собою кусочно-лпней- |
||||
пую функцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
Ц к |
~ ? |
Gt-Kij f i к і . |
|
г |
|
Здесь индекс |
соответствует определимому |
й* |
|||||
возможных интервалу |
изменения J$i , |
J ~1, 2, |
, |
. . р . |
количество |
lÇк |
готово!-о |
К -го продукта, кото |
|||
рое получается |
из 1 тонны руды |
может |
быть определено |
|||
по содержанию |
■*к |
одпоименного металла в рудо, (У* |
||||
в хвостах і, ./3 к |
в концентрате |
|
||||
|
- У |
_ |
J |
al'K - |
ІУк |
а |
|
|
|
7ß* - Ок ‘ß K |
|||
Если в технологической схеме имеется несколько то |
||||||
чек потерь металла, |
то |
под |
ІУк |
будем понимать средне |
взвешенное содержание металла в хвоста?»:; если имеется
несколько точек |
получения готового |
концентрата, |
то под |
|||||
J$K будем понимать средневзвешенное содержание |
метал па |
|||||||
в концентратах. При наличии расходомеров |
^ |
может |
||||||
быть измерена |
непосредственно. |
|
|
|
||||
Затраты на приобретение и переработку одной тонны |
||||||||
руды составляют |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
■ |
3 |
|
|
• |
|
Здесь |
Цр |
- |
цена 1 г руды - Цр —Ц (■■ Ы.£ .,. ] ) |
|||||
|
Л |
- |
содержание |
-t -го |
металла |
в рудо; |
||
|
М |
|
£ = 1 . . . |
К; |
|
|
|
|
|
~ постоииные |
затраты |
при переработке) |
Cj/!n - расход материальных ценностей на 1 т руды;
Ціп - дона ГЛ -го продукта, расходуемого при
O ' і Ч І ’ и Щ О І Н т .
Тогда обман формула выбранного критеріия эффективно
сти оудет иметь вид
■Л- м
л = |
г а« ‘ л А^ ‘ а А Й |
‘А |
" V ~ £ “ |
^ ь . у з , |
Так как оптимум может быть попучей лишь благодаря воздействию на процесс, то ь уравнении /10.23/ следует ввести управляющие и возмущающие факторы, от котт >ых завися!' выходные ігакчзчѵспн
7 ? K - V Y * , y ) |
И |
J 3 K = ‘ / Ч э с . у ) ; |
Тогда вся задача управления может быть записана так:
П — max ;
|
|
|
Х=Х (*!,*»••• *т...*р); |
,поаѵ |
||
|
|
|
Y |
e |
n , |
|
где |
|
- множество |
допустимых управлений. |
|
||
|
Следует обратить |
внимание на то, что <^tT1 заметно |
||||
на |
Хт |
, а GLp |
на |
Хр |
|
|
|
В таком виде целевая функция должна использоваться |
|||||
во всех случаях, когда -имеется достаточная информация |
||||||
для |
её |
вычисления. |
|
|
|
|
|
Формула вида /10,24/ является сложной и есть смысл |
|||||
её |
упрощать. Однако каждое упрощение /но не эквива |
|||||
лентное преобразование/ |
приводит к потере точности |
в |
расчетах. Поэтому во всех расчетах с полной информацией о процессе необходимо применять формулу /10.24/. Такая ситуация возникает, например, при определении оптималь ных управляющих воздействий при наличии математичес кого описания флотационного процесса.
10,4. Упрощенные формулы целевой функции
Необходимость использования упрощенных вариантов
формулы /10,24/ может возникнуть по следующим причи нам:
1. При. управлении каким-либо участком процесса фло тации не имеются все необходимые для расчета исходные данные.
2. Формула /10.24/ является достаточно сложной и её использование без цифровых вычислительных машин затруд нительно.
3. Управление участком флотации и фабрикой в цепом
может осуществляться по разным алгоритмам и упро щенный вариант может больше соответствовать уровню системы управления,
4. Наконец, формула /10.24/ предполагает использова ние усредненных данных о динамическом процессе. Усред нение необходимо производить за длительный промеж уток времени, иначе возможны большие погрешности при вычис лении. Упрощение целевой функции может позволить избе жать этой трудности.
Упрощения целевой функции возможны в основном за счет наложения дополнительных условий, С этой целью введем понятие "параметров связи"'. Для обогащения параметрами связи могут быть выбраны качество концен
трата |
и |
производительность. Их можно задать |
постоян |
|
ными |
/ ß |
- c o n it } dp - c o n it |
f t либо зависящими от содер |
|
жания |
металла в руде |
Q-p-f(^) |
/, либо |
функциями, связанными с какими-либо конкретными усло виями, например, временем суток Q p - j ( t ) И т.п.
К более простым формулам можно прийти путем сле дующих рассуждений. Принятие решения об изменении тех нологического режима осуществляется на основе сравнения значений целевой Функции, вычисленной на различных интер валах усреднения. При этом абсолютная величина целевой функции не имеет значения. Вычисления изменений целевой функции будут осуществляться не во всем интервале изме нения переменных, а лишь в некотором диапазоне, близком к оптимальному режиму. Точность вычислений критерия должна быть наивысшей в точке оптимума. В общем виде
П - n (x t Ÿ, 2 J . |
. / 10.28, |
В дальнейшем под П будем понимать любой вид целево
функции, имея в виду, что используемая целевая функция вытекает из общей формулы целевой функции.
Разложим функцию /10.26/ в степенной ряд Тейлора, и ограничившись первыми членами разложения, .получим
п*п(х0х , 2 0)+І%(х-ФІу(У-Ус) + Щ(£-2о).'/10. 2? /
порядка малости, получим выражение для целевой функции, которое может быть использовано при управлении
п _ ап |
ѵ ^дп |
ѵ /дп, _ |
\ |
|
л ^ ~ д х |
Л* + дУ |
h д і |
■ |
/10.28/ |
С целью получения конкретных упрощенных выражений примем, что на рассматриваемом интервале времени зада ны и поддерживаются постоянными производительность по руде, содержание ценных компонентов в ,:ей и качество получаемого концентрата.
Запишем формулу /10.21,' в виде
|
Л ^ІИЦк'^к' 0 . р ~ |
|
0.кё.) ~ 3] 1do . |
/10.2! |
|||||||||||
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Применив преобразование на интервале непрерывности |
|
||||||||||||||
функций |
/10,29/, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Д Л =[~ І Ц к$ хё0■A ÏÏK - I d m •Aÿw] *Q-po |
/Ю.ЗО ' |
|||||||||||||
Разделив на постоянную вепичмчу |
&р» |
, сменив |
знак |
у |
|||||||||||
дЛ |
и учтя, что Q-xßo |
близко к единице и пракшч^ски |
мож |
||||||||||||
но принять |
|
« |
|
0,9-*0,95 = |
ê |
получим |
|
упрощенную |
|||||||
целевую Функцию: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
д й |
= |
Z U , к - 4 - |
а &к |
- |
^ Un< ‘ А |
' |
, |
|
|
|
||||
|
|
|
К |
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
||
|
Qip = |
г о щ -t ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
/ і0,31 / |
||||
|
j b k = e o .t4 -t; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
OLK = c<wiit ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
o |
l ^ |
= |
a o n î t |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д (ym G A ^0 |
■ |
|
|
Ц т |
|
|
|
|
|
|
||||
|
Если принять, |
Ч Т О |
Ц к |
и |
известия, |
то,например, |
|||||||||
для |
монометаллический руды |
получим |
|
|
|
|
|
||||||||
|
д Я |
= д |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
||
|
bip |
= |
c o n i t |
■ |
|
|
|
|
|
|
/10.32/ |
||||
|
Jb |
= |
с о д i |
t |
’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
с*. |
= |
со и 51 |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
ас^0 .
ід&
В общем виде без наложения ограничений на ряд со ставляющих целевую функцию рассмотренный прием суще ственных упрощений не дает.
Для простоты записи в дальнейшем для упрощенных форм целевой функции не будем записывать ограничения
для GLp I об |
и области допустимых управлений. |
Критерий |
/10.32/ благодаря простоте может быть ис |
пользован и при ручном управлении. Если значения малы, то можно судить об эффективности управления лиші по изменению содержания металла в хвостах с учетом__
ограничений в /10.32/, К тому же выводу можно Тірийти, если при управлении процессом обогащения ставится цепь достижения максимального извлечения при ограничениях на качество концентрата
|
|
с , |
— |
m a x |
j |
|
|
|
|
ß |
> |
ß пл |
• |
/10.33/ |
|
Для |
обогатительных процессов характерно монотонное |
||||||
убывание |
при увеличении |
ß |
|
. Тогда, |
очевидно, |
||
функция |
цели /10.33/ может быть упрощена |
|
|||||
|
|
^ |
|
томс |
; |
/1.0.34/ |
|
|
|
ß |
= |
ß |
nji |
■ |
|
|
|
из опредепе- |
|||||
Заметим, что /10.34/ эквивалентно, исхо; |
|||||||
ния извлечения, критерию |
fK — |
шах |
|
||||
|
|
|
/10.35/ |
||||
|
|
|
ß |
= |
ßHAy |
||
где |
- выход концентрата. |
|
|
|
|
||
Покажем, что выражение /10.34/ эквивалентно более |
|||||||
простому. Возьмем частную производную от извлечения |
|||||||
по содержанию металла в хвостах с учетом равенства |
|||||||
Так как . |
cL - \Т |
ß n * |
|
|
|||
|
t |
|
/10.36/ |
||||
|
ßnj\ - |
|
cL |
|
то
d €. _ об - ß r /л - ( c L ~ ß r j )
/10.37/
d l F ' (ß ™ - IT )* - cL*
Можно видеть, что функция /10.37/ при любом V отрицательна, так как ß > сХ~ . Следовательно, условие
/10.34/ эквивалентно условию:
|
|
|
|
|
|
ІУ— |
|
ті п |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
ß |
- |
ß n и - |
|
/10.38/ |
|
При флотации углей требуется достичь максимума из |
|||||||||||
влечения горючей массы |
в |
концентрат |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
£ * |
— |
- |
m a x ; |
/10.39/ |
|
|
|
|
|
|
|
Лк |
|
- |
Лпл ■ |
||
|
Лк - |
|
|
|
|
|
|
||||
Здесь |
содержание |
золы |
в концентрате. |
|
|
||||||
Потери горючей массы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
а г = Зя • j r r Lj¥ L ~ ■( и о - л к ) ■ |
|
|||||||||
|
|
|
|
Л х ё ~ Л к |
|
|
|
|
|
||
Возьмем производную по Лхі |
при условии Лк = c o n it |
||||||||||
|
д & г __ |
|
( Л п - Л к ) І Л к - т ) |
|
|
||||||
|
дЛхі |
0 |
|
Ш ~ Л к ) г |
|
|
|
||||
При любом |
Лхі |
|
|
< 0 |
, следовательно выражение |
||||||
/10,39/ |
эквивалентно |
выражению |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Лх — *- max ; |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Лк |
|
= c o n it |
. |
/Ю.40/ |
Упрощенные формы целевой функции /10.32/,/10.38/,
/10,40/ включают в себя величины, которые могут быть измерены непосредственно на процессе и практически без каких-либо преобразований использованы для целей управления, что может значительно повысить его опера тивность.
Таким образом, достаточно простое и широко исполь зуемые технологическим персоналом целевые функции при наложении на ряд входных и выходных показателей огра ничений вытекают из общей экономической целевой функ ции, каковой для хозрасчетной единицы является прибыль.
ічЗ
Приступая к эксперименту, мы не знаем, какой в
точности результат будет получен. Если этот результат связан с выбором значений факторов, соответствующих определенному значению целевой функции /параметра оптимизации/, то эти значения факторов необходимо ис кать, т.е, осуществлять поиск.
Поиск - это неотъемлемая черта большинства экспе риментальных работ и, следовательно, необходимо ясно представлять возможные стратегии поиска. Если кратко называть необходимое /максимальное иля минимальное/ значение параметра оптимизации целыо.тп поиск - это есть движение к цели, а поэтому является процессом, протекающим во времени и представляет собой последо вательность действий.
11.1.Поиск на сетке
Если целевая функция гладкая и непрерывная, то
можно принять самую простую стратегию: разобьем оси факторов на ряд отрезков и поставим опыты в точках, координаты которых соответствуют всем сочетаниям коор динат отрезков. Координаты опытов называются узлами сетки, а расстояние между ними - шагом сетгш.
В силу гладкости и непрерывности функции можно сое динить результаты опытов плавными кривыми /интерполи ровать/, тогда искомая экстремальная точка будет явно выражена. Приблизительно можно считать, что экстремум
функции соответствует экстремальному результату на сетке.
Шаг с.еткн определяется по формуле
Ai |
х іе, - х |
ін |
/ 11. 1/ |
ГПі |
|
||
|
OCi H |
/ 11.2/ |
|
|
|
Ai |
m L |
|