Синтез автоматизованих систем управління теплоенергетичними установками на основі квазістатичних математичних моделей процесів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ХАРКІВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК 621.18:622.412.13

Спеціальність 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Синтез автоматизованих систем управління теплоенергетичними установками на основі квазістатичних математичних моделей процесів

Чан Занг Лю

Харків - 2007



Дисертацією є рукопис

Роботу виконано у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Куценко Олександр Сергійович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, завідувач кафедри системного аналізу і управління

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Кузнєцов Борис Іванович, Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Міністерства освіти і науки України, м. Харків професор кафедри колісних і гусеничних машин

кандидат технічних наук, професор Шелепов Ігор Григорович, Українська інженерно-педагогічна академія, Міністерства освіти і науки України, м. Харків завідувач кафедри теплоенергетичних установок ТЕС та АЕС

Провідна установа: науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”, Міністерства промислової політики України, м. Київ

Захист відбудеться 21 червня 2007р. о 14.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.050.07 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут” за адресою: 61002, м. Харків - 2, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” за адресою:61002, м. Харків - 2, вул. Фрунзе, 21.

Автореферат розісланий “21 ” травня 2007р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.П. Гамаюн

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний період розвитку суспільства характеризується інтенсивним зростанням споживання природних енергоносіїв, насамперед нафти та природного газу. Це пов'язано зі зростаючими потребами в тепловій, електричній енергії, а також у моторних паливах і сировинних джерелах для хімічної промисловості. Дефіцит нафти та природного газу привів до значного посилення позицій природних монополістів на ринку енергетичних ресурсів, які отримали можливість проводити свою політичну доктрину шляхом перерозподілу постачання енергоресурсів та цінових маніпуляцій.

З іншого боку, зріст споживання енергоносіїв призводить до значного погіршення стану навколишнього середовища. Вказані обставини визначають необхідність переходу, як в області виробництва, так і в сфері споживання на енергозберігаючі, екологічно чисті технології.

Поряд з технічним і технологічним удосконалюванням робочих процесів у теплоенергетиці на основі застосування нових матеріалів і конструкційних рішень, не меншого значення набуває раціональне управління процесами перетворення енергії, основним завданням якого є підтримка найкращих з погляду енергозбереження й екологічного вдосконалювання режимів функціонування тепло- енергоперетворюючих пристроїв в умовах зміни параметрів навколишнього середовища та фізико-хімічних характеристик палив.

Реалізація сучасних методів теорії управління стосовно до теплоенергетичних об'єктів стримується значною складністю математичних моделей робочих процесів, які виникають в елементах енергоустановок. Крім того, інформація про параметри відомих математичних моделей в умовах конкретних процесів, є недостатньо достовірною. Перераховані обставини істотно ускладнюють процедуру вирішення задачі управління процесом в енергоустановці і не гарантують високий ступінь адекватності.

У зв'язку із цим виникає необхідність у розробці спрощених математичних моделей робочих процесів теплоенергетичних установок, що дозволяють ефективно здійснювати порівняльну оцінку різних структур систем управління і синтез їхніх оптимальних параметрів.

Перераховане вище дозволяє затверджувати, що тема дисертаційної роботи має важливе наукове та прикладне значення, оскільки вона спрямована на вирішення актуальної науково-прикладної задачі вдосконалювання систем управління енергетичними установками за критеріями енергозбереження й екологічної досконалості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією проводилася на кафедрі системного аналізу та управління Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" при особистій участі здобувача як виконавця у рамках держбюджетних НДР Міністерства освіти і науки України: "Розробка теоретичних основ, математичних методів і алгоритмів вирішення задач обробки сигналів і управління в умовах невизначеності" (№ ДР 0102U000975), "Розвиток теорії й методів параметричного синтезу багатоцільових і багатокритеріальних управляючих систем з невизначеними параметрами" (№ ДР 0105U000585).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів синтезу систем автоматичного управління процесами перетворення енергії й речовини в теплоенергетичних установках на основі квазістатичних математичних моделей процесів на прикладі управління процесом згоряння в топковому пристрої котельного агрегату (КА). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні основні задачі:

1. Обґрунтувати квазістатичний підхід до постановки й вирішення задач управління технологічними процесами в теплоенергетиці.

2. Сформулювати критерії адекватності динамічних і квазістатичних процесів. теплоенергетичний топковий котельний автоматичний

3. Адаптувати методи сучасної теорії управління стосовно до квазістатичних процесів управління.

4. Розробити квазістатичну математичну модель процесу згоряння в КА.

5. Обґрунтувати та дослідити різні підходи до синтезу системи управління й стабілізації процесу згоряння в КА.

6. Провести чисельне моделювання керованих процесів у КА.

7. Проаналізувати отримані результати й сформулювати пропозиції за структурою системи управління КА.

Об'єкт дослідження: процес управління перетворенням енергії в теплоенергетичних установках.

Предмет дослідження: математичні моделі, методи структурного й параметричного синтезу оптимальних багатомірних систем управління процесами перетворення енергії в теплоенергетичних установках.

Методи дослідження: при рішенні поставлених задач використалися методи сучасної теорії управління в просторі станів у частині вирішення задач синтезу стійких систем стабілізації; методи теорії диференціальних рівнянь, лінійної алгебри й функціонального аналізу при розробці критеріїв квазістатичності керованих процесів; методи математичного й чисельного моделювання керованих процесів КА при аналізі якості запропонованих методів і алгоритмів.

Наукова новизна одержаних результатів. Одержала подальший розвиток теорія квазістатичних керованих процесів, на основі їхнього подання у вигляді квазілінійної системи диференціальних рівнянь, що дозволило з однієї сторони одержати адекватну математичну модель складних технологічних процесів і застосувати методи сучасної теорії управління з іншої сторони.

У рамках запропонованого підходу сформульовані нові критерії адекватності динамічних і квазістатичних керованих процесів, що враховують як параметри об'єкту управління, так і параметри керуючих та збурюючих впливів. Запропоновано новий критерій керованості квазістатичних об'єктів.

Одержали подальший розвиток методи параметричного синтезу оптимальних систем стабілізації рівноважних режимів квазістатичних технологічних процесів, що враховують специфічну структуру системи диференціальних рівнянь об'єкта управління (лінійність і однорідність по управліннях), що дозволило забезпечити стійкість і високу якість перехідних процесів між довільними рівноважними станами у квазістатичній системі.

Практичне значення одержаних результатів. Моделі та методи, які розроблені в дисертаційній роботі, доведені до конкретних інженерних рекомендацій, алгоритмів і програм, що дозволяють на стадії розробки систем управління КА проводити імітаційне моделювання перехідних процесів і порівняльний аналіз ефективності різних структур регуляторів КА.

Науково-технічний ефект полягає в удосконалюванні структури системи управління процесом згоряння в КА на основі багатозв'язного підходу до організації оптимального закону управління за квадратичним критерієм якості.

Економічний ефект пов'язаний з підвищенням стабільності термодинамічних параметрів у топковому блоці КА, що забезпечують найбільше значення коефіцієнта корисної дії КА.

Екологічний ефект пов'язаний з поліпшенням якості згоряння, заснованому на високому ступені точності підтримки оптимального співвідношення "повітря-паливо".

Результати дисертаційного дослідження використовуються на підприємствах і організаціях, які займаються розробкою та модернізацією систем управління КА у вигляді методик, алгоритмів, програм і результатів чисельного аналізу процесів у КА: Харківський інститут комплексної автоматизації Міністерства палива й енергетики; комунальне підприємство "Харківські теплові мережі".

Методика синтезу системи стабілізації для квазістатичних процесів впроваджена в навчальний процес кафедри системного аналізу та управління Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут".

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи, які виносяться на захист, одержані здобувачем особисто. Серед них: обґрунтовано підхід до формування критеріїв ступеня динамічності лінійних об'єктів управління, запропоновано оригінальний критерій керованості квазістатичних керованих процесів, запропоновано підходи до структурного й параметричного синтезу систем управління квазістатичними процесами, розроблено математичну модель та синтезовано оптимальну автоматизовану систему управління процесом згоряння в котельному агрегаті.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення та одержані результати доповідалися й обговорювалися на: 9, 11, 13 Міжнародних науково-технічних конференціях по автоматичному управлінню "Автоматика" (м. Донецьк, 2002 р., м. Київ, 2004 р., м. Вінниця, 2006 р.), 5-й міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми інформатики й моделювання" (м. Харків, 2005 р.)

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи опубліковано у 8 наукових працях, з яких 4 у фахових наукових виданнях ВАК України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Повний обсяг дисертації становить 172 стор., з яких 139 стор. основного тексту, 2 додатки на 26 стор. Список літератури містить 83 найменування на 7 стор.



ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано її актуальність, сформульовано мету й задачі дослідження, визначено основні методи вирішення сформульованих задач, наукову новизну та практичну цінність одержаних результатів.

У першому розділі проаналізовано різноманітні підходи до побудови математичних моделей технологічних процесів, призначених для вирішення різного роду задач автоматизованого управління.

Показано, що в самому загальному випадку математичні моделі технологічних процесів у теплоенергетиці й хіміко-переробній промисловості складаються з композиції підсистем звичайних диференціальних рівнянь або дифрівнянь у частинних похідних. У свою чергу розподілені підсистеми можливо апроксимувати системами із зосередженими параметрами. Таким чином, можна з достатнім ступенем обґрунтованості вважати, що система звичайних диференціальних рівнянь принципово припустима в якості математичної моделі більшості технологічних процесів.

У той же час відзначається, що процес створення математичної моделі складного технологічного процесу на основі об'єднання елементів із зосередженими параметрами в кожній конкретній реалізації зустрічає ряд значних труднощів зв'язаних, насамперед, з високою розмірністю моделюючої системи диференціальних рівнянь, а також з відсутністю достовірних даних про параметри, що визначають інтенсивності протікання процесів в окремих ланках (коефіцієнти теплопровідності, швидкості хімічних реакцій та інші параметри, точне визначення яких засновано на тонких експериментальних дослідженнях).

Розглянуто ряд підходів, що дозволяють до деякої міри спростити математичні моделі складних процесів. До останніх належать такі як декомпозиція складної системи на множину більш простих, а також розподіл рухів у системі по темпу, який дозволяє розглядати незалежно швидкі й повільні процеси. Розподіл по темпам дозволяє зробити заміну частини диференціальних рівнянь алгебраїчним аналогом, що моделює статичні характеристики "швидких" процесів.

На жаль, така ідеалізація в більшості практично важливих випадків не завжди може привести до позитивного результату, оскільки з обчислювальної точки зору вирішення нелінійної системи алгебраїчних рівнянь являє собою більші труднощі, ніж інтегрування системи диференціальних рівнянь. Більше того, показано, що основні ітераційні чисельні методи вирішення систем нелінійних алгебраїчних рівнянь, по суті, еквівалентні процесам інтегрування систем диференціальних рівнянь.

Аналіз взаємозв'язків між вирішеннями систем диференціальних і алгебраїчних рівнянь в умовах змінних керуючих параметрів дозволив висловити твердження, що за певних умов фазові траєкторії технологічних систем можна розглядати як послідовність положень статичної рівноваги, а такий процес за аналогією з рівноважною термодинамікою назвати квазістатичним. Показано, що найбільш загальною формою математичної моделі квазістатичного процесу є наступна:

, , , (1)

де: - вектор стану, - вектор інтенсивності впливів (управлінь і збурювань), - - матриця-функція.

Розглянуто різні підходи до одержання моделі виду (1) виходячи зі статичних характеристик керованого об'єкта

, , (2)

де - вектор керуючих параметрів.

Проведений аналіз дозволив сформулювати наступну концепцію використання квазістатичного підходу стосовно до синтезу автоматизованих систем управління технологічними процесами:

- побудова статичної моделі виду (2) на основі експериментальних даних або на основі спрощення складної динамічної моделі, яка задана системою диференціальних рівнянь;

- перехід до системи диференціальних рівнянь виду (1), яка має спеціальну структуру (лінійність і однорідність по управлінню).

Таким чином, запропоновано підхід до математичного моделювання складних технологічних процесів, що дозволяє скористатися відомими статичними характеристиками об'єкта, а також адаптувати стосовно до останніх потужні методи сучасної теорії управління, які засновані на математичних моделях у вигляді систем звичайних диференціальних рівнянь.

Другий розділ присвячено викладу основних положень теорії квазістатичних керованих процесів, які включають критерії квазістатичності, керованості й стійкості, а також вивід загальних законів збереження для широкого класу технологічних систем.

У якості вихідної математичної моделі технологічного процесу розглядається система диференціальних рівнянь.

Передбачається також, що множина припустимих впливів, розглянутих як функції часу, належить заданому класу в якості якого може бути розглянутий клас , що представляє собою множину безперервних обмежених функцій, які мають обмежені похідні до -го порядку включно, а похідні більш високих порядків рівними нулю:

Передбачається, що система (3) стійка для всіх . Уводиться визначення: квазістатичною моделлю системи (3) називається відображення , що ставить у відповідність кожному впливу деяку статичну траєкторію відповідно до (5).

Визначення. Керований процес називається квазістатичним порядку стосовно впливів класу , якщо для будь-якого вирішення системи (3), обумовленого впливом і відповідною статичною траєкторією виконується умова близькості -го порядку:

Сформульовано критерії квазістатичності для випадку лінійного стаціонарного керованого об'єкта

, (7)

де - гурвицева матриця, а - матриця впливів розмірності й управлінь із класу (4).

Аналогічний критерій отримано для одномірного лінійного керованого об'єкта, який подано у вигляді диференціального рівняння -го порядку

. (13)

Для цього уведене поняття характеристичного вектора (аналога коефіцієнтів помилок для систем, що стежать). Отримано загальний вид співвідношень для визначення компонентів вектора :

, , … , ,… (14)

Критерій квазістатичності нульового порядку для системи (13) і впливів прийме вигляд

. (16)



Наведено закони композиції характеристичних векторів при різних видах з'єднань ланок: послідовне, паралельне і зустрічно-паралельне, що дозволяють знаходити характеристичний вектор будь-якого з'єднання елементарних ланок, заданих своїми передатними функціями.

Досліджено умови рівноваги й стійкості квазістатичних систем.

Якщо , то умовою рівноваги для нетривіального значення вектора в деякій точці є умова

. (18)

У цьому випадку множина нетривіальних рішень системи (17) відносно має структуру лінійного підпростору розмірності .

Таким чином, рівновага в (1) може підтримуватися в результаті балансу керуючих і впливів, що обурюють, відповідно до (19). Система (1) з урахуванням (19) являє собою однорідну систему диференціальних рівнянь, що залежить від набору постійних .

Запропоновано загальний підхід до формулювання законів збереження у квазістатичній системі виду (1) суть якого в наступному: збільшення будь-якої функції стану , викликаний впливами , дорівнює сумі інтегральних функціоналів уздовж фазової траєкторії виду.

Показано, що функції завжди можна вибрати таким чином, щоб виконувалося співвідношення

(22)

для будь-яких траєкторій .

Співвідношення (22) в окремому випадку являє собою закон збереження енергії, якщо інтерпретувати як внутрішню енергію системи, а як роботу -го впливу.

Третій розділ присвячено адаптації методів сучасної теорії управління стосовно до квазістатичних об'єктів.

Розглянуто різні структури регуляторів стану лінійних систем

, (23)

де й - вектора управлінь і збурювань. Обґрунтовано процедуру синтезу регулятора стану (23) на основі методу аналітичного конструювання оптимальних регуляторів (АКОР).

Матричний коефіцієнт підсилення визначається в результаті вирішення матричного алгебраїчного рівняння

, , (24)

На закінчення розглянуто досить загальний підхід до задачі стабілізації динамічного положення рівноваги нелінійної квазістатичної системи виду (1) на основі пропорційних і інтегруючих багатомірних регуляторів. Синтез регуляторів заснований на лінеаризованій моделі нелінійної системи, що має вид

, (26)

У четвертому розділі розглянуто конкретний приклад використання теорії квазістатичних процесів стосовно до синтезу системи управління процесом згоряння водонагрівного котлоагрегату. Попередньо проаналізовані різні підходи до проблеми автоматизованого управління робочим процесом котельного агрегату. На підставі проведеного аналізу зроблено висновок про те, що в основу існуючих систем автоматичного управління покладено принцип роздільного управління потужністю, співвідношенням "паливо-повітря" і розрідженням у топці котельного агрегату. При цьому процеси управління по кожному із сепаратних контурів зв'язані між собою. Реалізація принципів сучасної теорії управління багатозв'язними системами припускає наявність адекватної математичної моделі об'єкта управління. Аналіз літературних джерел показав, що існуючі математичні моделі котельних агрегатів засновані або на найпростіших лінійних одномірних моделях динаміки з емпіричними коефіцієнтами передатних функцій, або на докладному моделюванні процесів тепломасообміну в топці котельного агрегату. Запропоновано компромісний варіант математичної моделі процесу згоряння в котлоагрегаті, заснований на наступних припущеннях:

- паливо, повітря й продукти згоряння передбачаються ідеальними газами;

- топковий пристрій КА розглядається як термодинамічна система із зосередженими параметрами;

- коефіцієнт корисної дії КА залежить тільки від коефіцієнта надлишку повітря й не залежить від теплової потужності КА й температури навколишнього середовища;

- теплові втрати КА в навколишнє середовище й втрати від недопалу палива дуже малі в порівнянні з потужністю КА й втратами з димовими газами;

- дисоціація продуктів згоряння не враховується;

- температури палива й повітря підтримуються постійними.

Умовами динамічної рівноваги (29) є

, , (30)

і умова (21), що має в нашому випадку вид

. (31)

На підставі лінеаризованої моделі (33) проведено параметричний синтез оптимальних регуляторів, що стабілізують задане положення рівноваги, обумовлене співвідношеннями (30) і (31). Розглянуто структурні схеми із пропорційними, інтегруючими регуляторами, а також регулятор з інтегруючими виконавчими пристроями й спостерігачем витрат палива, повітря й продуктів згоряння на основі виміру параметрів процесу згоряння в КА.

З результатів чисельного моделювання можна зробити висновок про значне поліпшення якості перехідних процесів в оптимальній системі, як з погляду тривалості, так і коливальності.



ВИСНОВКИ

У дисертації отримано науково обгрунтоване вирішення задачі синтезу системи автоматизованого управління багатомірними технологічними процесами перетворення речовини й енергії в теплоенергетичних установках на прикладі процесу згоряння газового палива в котельному агрегаті. Вирішення засноване на застосуванні квазістатичних математичних моделей досліджуваних процесів, що мають високий ступінь адекватності реальним процесам з однієї сторони й структуру систем звичайних диференціальних рівнянь, що дозволяє адаптувати стосовно до них більшість методів сучасної теорії управління багатозв'язними системами.

При цьому отримані такі основні наукові й практичні результати:

1. Обґрунтовано квазістатичний підхід до математичного моделювання складних технологічних процесів характерних для теплоенергетики й хімтехнологій у вигляді системи диференціальних рівнянь, що лінійні по відношенню до керуючих впливів. Запропоновано шляхи одержання останніх на основі експериментальних статичних характеристик об'єктів управління.

2. Запропоновано й обґрунтовано критерії, що дозволяють розглядати динамічні системи як квазістатичні. Критерії враховують як параметри математичної моделі динамічної системи, так і характеристики керуючих і збурюючих впливів на об'єкт управління.3. Сформульовано критерій керованості квазістатичної системи загального виду.

4. Проаналізовано різні підходи до структурного синтезу систем стабілізації робочої точки квазістатичних об'єктів управління. Вирішено задачу оптимальної стабілізації лінеаризованої системи за квадратичним критерієм якості. Доведено аперіодичність перехідних процесів у такій системі.

5. Запропоновано повну й спрощену математичні моделі процесу згоряння газового палива в топці котлоагрегатів, засновані на балансових співвідношеннях для енергії й речовини. Показано, що така модель є квазістатичною. Це дозволило застосувати розроблені загальні підходи до синтезу оптимальної системи стабілізації робочої точки котлоагрегату.

6. Проведено чисельне імітаційне моделювання різних структур систем управління процесом згоряння в КА, які включають пропорційний і інтегруючий регулятори, а також систему стабілізації зі спостерігачем стану в ланцюзі зворотного зв'язку.

7. Запропоновано та обґрунтовано структурну схему матричного багатомірного регулятора стану, що забезпечує найкращу якість перехідних процесів при зміні теплового навантаження КА.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Куценко О.С., Чан Занг Лю. Критерии адекватности динамических и статических математических моделей технологических процессов // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2003. - №18. - С. 23-28.

Здобувачем обґрунтовано підхід до формування критеріїв ступеня динамічності лінійних об'єктів управління

2. Куценко О.С., Безмєнов М.І., Чан Занг Лю. Критерий управляемости квазистатическим объектом // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2004. - № 36. -С. 173-176.

Здобувачем запропоновано оригінальний критерій керованості квазістатичних керованих процесів.

3. Куценко О.С., Чан Занг Лю. Некоторые подходы к проблеме управления квазистатическими технологическими процессами // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2005. - №59. - С. 49-53.

Здобувачем запропоновано підходи до структурного й параметричного синтезу систем управління квазістатичними процесами.

4. Куценко О.С., Конохов С.В.,Чан Занг Лю. Квазистатическое управление процессом сгорания в котельных агрегатах // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2006. - №.39. - С. 3-12.

Здобувачем розроблено математичну модель та синтезовано оптимальну автоматизовану систему управління процесом згоряння в котельному агрегаті.

5. Куценко О.С., Чан Занг Лю. Об оценке степени динамичности линейного управляемого объекта // Матеріали Міжнародної конференції з управління "Автоматика-2002". - Донецьк. - 2002. - Т.1. - С. 53-55.

Здобувачем обґрунтовано підхід до формування критеріїв ступеня динамічності лінійних об'єктів управління

6. Куценко О.С., Чан Занг Лю. Критерий управляемости квазистатических систем // Матеріали 11-ой міжнародної конференції по автоматичному управлінню “Автоматика-2004”.- Київ: - 2004. - С. 29.

Здобувачем запропоновано оригінальний критерій керованості квазістатичних керованих процесів.

7. Чан Занг Лю. Анализ управляемых систем на основе характеристического вектора // Матеріали п'ятої міжнародної науково-технічної конференції “Проблеми інформатики и моделювання”. - Харків. - 2005. - С. 11.

8. Чан Занг Лю. Об устойчивости состояний равновесия квазистатических управляемых систем // Матеріали 13-ой міжнародної конференції по автоматичному управлінню “Автоматика-2006”.- Вінниця: - 2006. - С. 124.



АНОТАЦІЇ

Чан Занг Лю. Синтез автоматизованих систем управління теплоенергетичними установками на основі квазістатичних математичних моделей процесів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків 2007.

У дисертації розглянуто задачу вдосконалення автоматизованих систем управління теплоенергетичними установками на прикладі стабілізації процесу згорання газового палива в котлоагрегаті. Для вирішення задачі параметричного синтезу пропонується використовування квазістатичних математичних моделей у алгебраїчній і диференційній формах. Обґрунтовано критерії адекватності динамічних і квазістатичних математичних моделей процесів. Запропоновано квазістатичну математичну модель процесу згорання в котлоагрегаті та на її основі синтезовано багатовимірний, оптимальний по квадратичному критерію регулятор, що стабілізує задані параметри процесу згоряння.

Ключові слова: система автоматичного управління, квазістатичний процес, стійкість, стабілізація, параметричний синтез, процес згоряння, котлоагрегат.



Чан Занг Лю. Синтез автоматизированных систем управления теплоэнергетическими установками на основе квазистатических математических моделей процессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков 2007.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию систем автоматизированного управления технологическими процессами преобразования вещества и энергии, характерными для теплоэнергетических установок, с целью повышения их топливной экономичности и экологического совершенства.

Обоснована необходимость упрощения математических моделей отдельных подпроцессов в теплоэнергетических установках, путем замены динамических моделей квазистатическими. Сформулированы и обоснованы критерии адекватности динамических и квазистатических математических моделей для линейных управляемых систем учитывающие как конструктивные параметры объекта, так и временные характеристики воздействий.

Обоснована дифференциальная форма представления квазистатических процессов, предложены способы ее получения по экспериментальным статическим характеристикам объекта управления.

На основе дифференциальной формы квазистатических процессов сформированы общие подходы к законам сохранения, условия управляемости и устойчивости.

Рассмотрены некоторые подходы к выбору структуры и параметрическому синтезу систем стабилизации параметров квазистатических управляемых объектов. Решена задача оптимальной стабилизации по квадратичному критерию качества заданной рабочей точки технологического процесса. Доказана апериодичность переходных процессов в такой системе.

Предложена полная и упрощенная математические модели процесса сгорания газового топлива в котлоагрегатах, основанная на балансовых соотношениях для энергии и вещества. На основании квазистатической дифференциальной формы такой модели предложен ряд структур многомерных регуляторов. Проведена их параметрическая оптимизация по квадратичному критерию качества.

Рассмотрена задача управления котлоагрегатом по неполному вектору состояния.

Приведены результаты численного моделирования переходных процессов в относительных координатах и безразмерном времени, что позволяет их использовать для широкого диапазона типоразмеров котлоагрегатов.

Ключевые слова: система автоматического управления, квазистатический процесс, устойчивость, стабилизация, параметрический синтез, процесс сгорания, котлоагрегат.



Tran Giang Luu. Synthesis of heat-and-power engineering utility automatic control systems, based on quasi-static mathematical model processes. - Manuscript.

A thesis to obtain a scientific degree of a candidate of technical sciences, specialty 05.13.07 - technological process automation. - National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv 2007.

The thesis deals with the problem of improvement of heat-and-power engineering utility automatic control systems. Stabilization of the combustion process of gas fuel in a boiler unit is used as an example. The use of quasi-static mathematical models in algebraic and differential forms is proposed to be used to solve the problem of parametric synthesis. The adequacy criteria of dynamic and quasi-static mathematical models are substantiated. A quasi-static mathematical model of the combustion process in the boiler unit is suggested and a multidimensional controller, optimal with regard to the quadratic criterion, that stabilizes the specified parameters of the combustion process, was synthesized.

Keywords: automatic control system, quasi-static process, durability, stabilization, parametric synthesis, combustion process, boiler unit.

Размещено на Allbest.ru

...