Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла

Розглянуто багаторежимну математичну модель динаміки газоповітряного тракту барабанного котла середньої потужності. З отриманої моделі синтезовано сучасну багатовимірну оптимальну систему керування означеною ділянкою та досліджено її роботу в порівнянні з типовою АСУ. Наведено показники якості перех...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
Hauptverfasser:	Ложечников, В.Ф., Улицкая, Е.О.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2016
Schriftenreihe:	Проблемы управления и информатики
Schlagworte:	Управление физическими объектами и техническими системами
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208270
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла / В.Ф. Ложечников, Е.О. Улицкая // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 6. — С. 61-70. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-208270
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2082702025-10-25T00:00:49Z Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла Синтез багатовимірної оптимальної цифрової системи керування газоповітряним трактом енергетичного котла Synthesis of multidimensional optimal digital control system of the gas-air tract of drum-type boiler Ложечников, В.Ф. Улицкая, Е.О. Управление физическими объектами и техническими системами Розглянуто багаторежимну математичну модель динаміки газоповітряного тракту барабанного котла середньої потужності. З отриманої моделі синтезовано сучасну багатовимірну оптимальну систему керування означеною ділянкою та досліджено її роботу в порівнянні з типовою АСУ. Наведено показники якості перехідних процесів у сконструйованих оптимальних системах керування. Запропоновано фізичну модель газоповітряного тракту енергетичного котла. The structure of many-dimensional analytical multiple mode mathematical model of the dynamics of the gas-air tract of average power drum-type boiler is considered. The obtained model has been applied for constructing a modern high-quality computer control system of the boiler. This article is also concerned with research and development of the digital optimal multivariable regulator, which is used for controlling the standard technological section — gas-air tract of average power drum-type boiler. Besides this, the quality control criteria of the technological parameters are presented. The physical model design of gas-air tract of energetic steam generator is considered as well. 2016 Article Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла / В.Ф. Ложечников, Е.О. Улицкая // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 6. — С. 61-70. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0572-2691 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208270 681.5.015.23:658.264 10.1615/JAutomatInfScien.v48.i12.30 ru Проблемы управления и информатики application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Управление физическими объектами и техническими системами Управление физическими объектами и техническими системами
spellingShingle	Управление физическими объектами и техническими системами Управление физическими объектами и техническими системами Ложечников, В.Ф. Улицкая, Е.О. Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла Проблемы управления и информатики
description	Розглянуто багаторежимну математичну модель динаміки газоповітряного тракту барабанного котла середньої потужності. З отриманої моделі синтезовано сучасну багатовимірну оптимальну систему керування означеною ділянкою та досліджено її роботу в порівнянні з типовою АСУ. Наведено показники якості перехідних процесів у сконструйованих оптимальних системах керування. Запропоновано фізичну модель газоповітряного тракту енергетичного котла.
format	Article
author	Ложечников, В.Ф. Улицкая, Е.О.
author_facet	Ложечников, В.Ф. Улицкая, Е.О.
author_sort	Ложечников, В.Ф.
title	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
title_short	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
title_full	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
title_fullStr	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
title_full_unstemmed	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
title_sort	синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла
publisher	Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Управление физическими объектами и техническими системами
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/208270
citation_txt	Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла / В.Ф. Ложечников, Е.О. Улицкая // Проблемы управления и информатики. — 2016. — № 6. — С. 61-70. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Проблемы управления и информатики
work_keys_str_mv	AT ložečnikovvf sintezmnogomernojoptimalʹnojcifrovojsistemyupravleniâgazovozdušnymtraktoménergetičeskogokotla AT ulickaâeo sintezmnogomernojoptimalʹnojcifrovojsistemyupravleniâgazovozdušnymtraktoménergetičeskogokotla AT ložečnikovvf sintezbagatovimírnoíoptimalʹnoícifrovoísistemikeruvannâgazopovítrânimtraktomenergetičnogokotla AT ulickaâeo sintezbagatovimírnoíoptimalʹnoícifrovoísistemikeruvannâgazopovítrânimtraktomenergetičnogokotla AT ložečnikovvf synthesisofmultidimensionaloptimaldigitalcontrolsystemofthegasairtractofdrumtypeboiler AT ulickaâeo synthesisofmultidimensionaloptimaldigitalcontrolsystemofthegasairtractofdrumtypeboiler
first_indexed	2025-10-25T01:01:53Z
last_indexed	2025-10-26T02:03:58Z
_version_	1847008154239369216
fulltext	© В.Ф. ЛОЖЕЧНИКОВ, Е.О. УЛИЦКАЯ, 2016 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 6 61 УПРАВЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ И ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ. УДК 681.5.015.23:658.264 В.Ф. Ложечников, Е.О. Улицкая СИНТЕЗ МНОГОМЕРНОЙ ОПТИМАЛЬНОЙ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОЗДУШНЫМ ТРАКТОМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОТЛА Введение Повышение экономичности работы теплоэнергетического оборудования за счет повышения технического уровня систем автоматического управления возможно по двум основным направлениям: использование современного комплекса техни- ческих средств (компьютеризированные управляющие комплексы) и усовершен- ствование структурных схем систем автоматического регулирования (как правило, за счет введения в контур контроля дополнительных информационных сигналов об изменении технологических параметров или использование более сложного алгоритма управления [1]). Большой интерес представляют технические решения, которые без привлечения значительных средств позволяют снизить потребление топлива и уменьшить выбросы вредных веществ в окружающую среду. Исследования, проведенные в США и ЕС, показали, что повышение точности регулирования соотношения топливо–воздух позволяет повысить эффективность энергосбережения от 2 до 20 %. На энергетических и промышленных предприятиях Украины в настоящее время завершается процесс замены аналоговых систем управления на цифровые. Однако возможности современных микропроцессорных технических средств автоматизации используются не полностью. В частности, на новой технике реа- лизуются типовые схемы и алгоритмы управления, разработанные более полувека назад с учетом ограниченных возможностей аналоговых систем управления. В настоящее время на тепловых электростанциях, оснащенных барабанными котлами, промышленных и теплофикационных котельных для управления га- зовоздушным трактом используются локальные автоматические системы управления (АСУ) общего воздуха и разрежения. Задача АСУ общего воздуха состоит в синхронном изменении расхода воздуха на горелочные устройства при изменении расхода топлива. Как правило, в типовой АСУ общего воздуха (эконо- мичности процесса горения) на вход регулирующего устройства поступают кор- ректирующий сигнал по расходу топлива (жидкого или газообразного) и сигнал отрицательной обратной связи по расходу воздуха. Точное измерение массового расхода воздуха, в отличие от измерения расхода топлива, затруднено, поскольку для его определения используют сигнал переменного перепада давления воздуха 62 ISSN 0572-2691 на воздухоподогревателе. Поскольку по перепаду давления на воздухоподо- гревателе технически сложно точно определить массовый расход воздуха во всем диапазоне рабочих нагрузок котлоагрегата, то точность поддержания ма- териального баланса между расходом топлива и воздуха проверяется по газо- анализатору, который измеряет содержание кислорода O2 или оксида углерода CO в отходящих газах. На основании показаний газоанализатора оператор вруч- ную изменяет задание регулятору общего воздуха. Для уменьшения динамиче- ского отклонения разрежения в топочной камере при изменении тепловой нагрузки котлом для регулирования применяют комбинированную АСУ с устройством ввода основного внешнего возмущающего воздействия — расхо- да воздуха. В качестве сигнала по расходу воздуха используют либо перепад дав- ления воздуха на воздухоподогревателе, либо положение направляющего ап- парата дутьевого вентилятора, которое в результате большой нелинейности не позволяет точно определять расход воздуха. Постановка задачи Таким образом, возникает научно-техническая задача — исследование воз- можности применения оптимальных регуляторов для управления типовыми тех- нологическими процессами и создание на их основе современной АСУ, которая лишена недостатков типовых систем регулирования и максимально реализует по- тенциал цифровых управляющих комплексов. При современном подходе к концепции автоматического управления объект управления рассматривается как сложная динамическая система с определенным числом взаимосвязанных входов и выходов. В многомерной концепции управ- ления при расчете управляющего воздействия учитываются прямые и перекрест- ные связи между вектором управления и вектором контролируемых техноло- гических параметров. Для решения задачи оптимального управления в соответствии с заданным критерием качества необходима математическая модель, которая адекватно опи- сывает поведение объекта управления во всем диапазоне его рабочих нагрузок. Анализ разработанной математической модели динамики барабанного котла [2] показал, что наряду с медленно изменяющимися регулируемыми параметрами (давление пара в паропроводе, солесодержание котловой воды) в объекте управления находятся малоинерционные каналы по разрежению дымовых газов в топочной камере и концентрации кислорода в отходящих газах. При боль- шой размерности математической модели и большом численном различии собственных значений матрицы A (матрица внутреннего состояния объекта управления), обусловленных большим различием скорости протекания пере- ходных процессов в барабанном котле, возникают вычислительные трудности при нахождении матрицы K многомерного регулятора системы. Кроме того, при подключении многомерной системы управления к технологическому объекту все выходы и входы системы должны быть одновременно замкнуты. В случае отказа одного из каналов управления или измерения, а также перевод части контролируемых параметров на ручное управление переходные процессы регу- лирования в системе могут стать неустойчивыми. Поэтому децентрализация системы управления всем барабанным котлом и управление локальными, вза- имосвязанными технологически и имеющими одинаковую инерционность подсистемами, позволит повысить качество регулирования и надежность мно- гомерной цифровой системы управления. Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 6 63 Математическое описание объекта управления В газовоздушном тракте барабанного котла можно выделить основные кон- структивные элементы: газоход, по которому дымовые газы проходят от топочной камеры до дымовой трубы, и воздуховод, по которому воздух подается на горе- лочные устройства. Регулируемыми параметрами для этого участка являются: разрежение дымовых газов в верхней части топочной камеры и избыток воздуха, характеризующий экономичность процесса горения. При выводе дифференциальных уравнений газохода и воздуховода, как участ- ков регулирования разрежения в топке, для упрощения расчетов приняты следу- ющие допущения: газоход после дымососа и воздуховод после дутьевого венти- лятора очень короткий, и обратная реакция давления в топке на расход топлива и воздуха на входе в топочную камеру пренебрежимо мала; аккумулирующая ем- кость топки и газоходов сосредоточена в одном объеме, а дросселирующая спо- собность газоходов и поверхностей нагрева сосредоточена в одной точке. При управлении технологическим участком изменяется положение направляющего аппарата дымососа и дутьевого вентилятора в целях изменения массового расхода дымовых газов и воздуха соответственно. С учетом перечисленных допущений регулируемые участки могут быть заменены упрощенной системой, состоящей из емкости, дросселя и дымососа (дутьевого вентилятора). Поскольку динамические и статические свойства барабанного котла в нестационарных режимах работы не- линейные, то для получения многорежимной математической модели нелинейная модель может быть заменена спектром моделей, линеаризованных относительно нескольких типовых режимов. Регулируемой величиной является отклонение разрежения в топке РP от за- данного значения; входной величиной (регулирующим воздействием) — измене- ние положения направляющего аппарата дымососа Ã . В качестве внешнего возмущения примем изменение расхода отходящих газов на притоке .M Таким образом, дифференциальное уравнение участка регулирования разрежения дымовых газов имеет вид .1 . 2Ã3Ã4 . 1 .. 2 MkMkkkPPTPT ÐÐP   (1) Динамические свойства воздуховода, определяющие зависимость между из- менением подачи воздуха в топку котла и положением направляющего аппарата дутьевого вентилятора В , описываются уравнением ВВLLL kkMMTMT   56 . 3 .. 4  . (2) Коэффициент избытка воздуха  , который нельзя непосредственно изме- рить, можно определить по концентрации кислорода в дымовых газах 2OC прак- тически независимо от состава топлива. Однако на практике 2OC не удается измерить в точке, расположенной непосредственно за зоной окончания процесса горения. В большинстве случаев точка отбора пробы находится в конвективной части котла. При этом газы первоначально перемешиваются в зоне горения, затем транспортируются через радиационные поверхности и дополнительно перемеши- ваются в зоне конвективных поверхностей нагрева. Во многих случаях эту слож- ную схему можно аппроксимировать уравнением ),()( 7822 . 52 .. 6  tMktMkCCTCT BLOOO (3) где  — время транспортного запаздывания (принимается равным величине инерционности самого газоанализатора). 64 ISSN 0572-2691 Таким образом, регулируемыми параметрами газовоздушного тракта бара- банного котла являются отклонение от номинального значения концентрации кисло- рода в отходящих газах 2OC и от- клонение разрежения в топочной камере, а управляющими воздей- ствиями — изменение положения направляющих аппаратов дутьевого вентилятора В и дымососа Ã ; основным внешним возму- щающим воздействием выступает изменение расхода топлива BM (рис. 1). Численные значения коэффициентов дифференциального уравнения (1) определяются с помощью следующих соотношений:  Ã ÃÃÃ 1 )22( P m aaT PL ; ;)2)(( 2 Ã ÃÃÃ2Ã 2          P m aaaT LPL Ã 3 Pbk  ; ÃÃ 1 PL aak  ;  Ã ÃÃÃ2Ã 2 2 ))(( P m aaak PLL ; . 2 Ã ÃÃÃ 4  P m bak PL Здесь Ãm — масса дымовых газов в газоходе котла в стационарном режиме работы, кг; ÃP — давление дымовых газов в верхней части топочной камеры, Па;  — коэффи- циент (для газа  0,85), Q H a M L   Ã ,    H bP Ã , F F P Q H a   Ã , определяются графи- чески по напорным характеристикам воздуховода и дутьевого вентилятора. Численные значения коэффициентов дифференциального уравнения (2) определяются с помощью соотношений: 22 4 2 )(            В В В P В L В L В P P m aa aa T ;            В В В P В L В L В L В P P m aa aaa T 2 3 )(2 ;            В В В P В L В L В P P m aa ab k 2 6 ; В P В L В P aa b k  5 . Здесь Вm — масса дымовых газов в воздуховоде котла в стационарном режиме работы, кг; ВP — среднее значение давления воздуха в воздуховоде, Па, Q H a M L    ,    H bP , F F P Q H a    , определяются графически по напорным ха- рактеристикам газохода и дымососа. Дифференциальное уравнение, описывающее динамику изменения концент- рации кислорода 2OC в дымовых газах, параметризуется с помощью следующих соотношений: 2 6 ВTT  ; ВTT 25  ; 3 В В T T  ;   LM k 21 8 ;   BM k 21 7 . Здесь BM , LM — номинальные расходы топлива и воздуха соответственно, кг/с;  — коэффициент избытка воздуха; ВT — среднее время прохода дымовых газов от топки до места замера, с. BM 2OC PP B Газовоздушный тракт Ã Рис. 1 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 6 65 Численные значения коэффициентов дифференциальных уравнений (1)–(3) для дальнейшего численного моделирования системы управления определены по конструктивным и теплотехническим параметрам газомазутного барабанного котла ГМ-50 для трех номинальных режимов, соответствующих 50, 75 и 100 % тепловой мощности (табл. 1, т/ч — тонн пара за час). Таблица 1 Производительность пара, т/ч Коэффициент 1T , с 2T , с2 3T , с 4T , с2 5T , с 6T , с2 1k , кг сПа  25 1,67 0,0566 0,0748 3,47∙10– 4 16 56 1080 37,5 1,33 0,0574 0,112 8,16∙10– 4 16 56 861 50 1,04 0,0572 0,152 7,22∙10– 4 16 56 673 Производительность пара, т/ч Коэффициент 2k , кг сПа 2 3k , % Па 4k , % сПа  5k , % скг  6k , % скг 2 7k , кг с%  8k , кг с%  25 80,3 – 278 – 20,6 0,224 4,55∙10– 3 – 39,8 2,74 37.5 87,6 – 254 – 25,8 0,178 6,73∙10– 3 – 26,5 1,82 50 106 – 125 – 19,7 0,147 6,71∙10– 3 – 19,9 1,37 Таким образом, многорежимная математическая модель газовоздушного тракта энергетического котла, линеаризованная в окрестностях возможных режимов функционирования, может быть представлена системой матричных уравнений       . , . xCy fFuBxAx iii (4) Здесь x — вектор внутренних состояний, соответствующих i-му режиму функци- онирования системы; y — вектор контролируемых параметров (выход системы), u — вектор управляющих воздействий, f — вектор основных возмущений, iA , iB , iF , C — матрицы коэффициентов соответствующих размерностей. Полученная математическая модель газовоздушного тракта котла средней мощности (параметризованная для барабанного котла ГМ-50) позволит исследо- вать возможности применения новых алгоритмов управления, в том числе и опти- мального многомерного. Синтез системы управления газовоздушным трактом Для синтеза оптимальной системы управления, которая обеспечивает мини- мум заданному критерию качества вида ,)( TT 0 dtRuuQxxJ    где Q и R — весовые матрицы, математическая модель газовоздушного тракта (4) дополнена моделью измерительных преобразователей в каналах контроля регули- руемых параметров (инерционное звено первого порядка с транспортным запаз- дыванием). Для процедуры синтеза цифровой АСУ математическая модель (4) переводится из непрерывной шкалы времени в дискретную tAeA ( , BIAAB )(1   , FIAAF )(1   , CC  ) и записывается в виде системы разностных уравнений (5) 66 ISSN 0572-2691 с соответствующим периодом дискретности t :      . ,1 ii iiii Cxy FfBuAxx (5) Здесь ix — вектор внутреннего состояния системы; iy — вектор выхода (откло- нение содержания кислорода в дымовых газах 2OC и разрежения в топочной камере РP ); iu — изменение управляющего воздействия (положение направля- ющих аппаратов дутьевого вентилятора В и дымососа Ã ); if — возмуща- ющее воздействие (расход топлива BM ). Возможно два решения поставленной задачи: синтез оптимального регулятора состояния со статическим компенсатором измеряемого возмущения и синтез опти- мального регулятора с динамическим компенсатором неизмеряемого возмущения. Первое решение можно получить минимизацией следующего критерия качества [3]: })(){( 2 1 TT 0 iiiiii i RuuyzQyzJ     . Отсюда управляющее воздействие определяется соотношением ifii fKKxu  . Здесь ),,,( T 2 RQCCBALQP  — решение уравнения Риккати второго типа, PBRK T1 — матрица регулятора,   PFKBIABRK f TT1   — матрица компенсатора измеряемого возмущения (расход топлива) (рис. 2, где 1 — объект управления (газовоздушный тракт), 2 — цифровой регулятор со статическим компенсатором измеряемых возмущений). Численные значения коэффициентов весовых матриц          05,00 01000 Q и          25,00 01 R определены итеративным подбо- ром по результатам моделирования замкнутой АСУ. Матрица наблюдателя состояния определяется соотношением ,1T  RPCL где ),,,( TT 2 T RQCALQL  — решение уравнения Риккати второго типа, Q и R — единичные матрицы соответствующей размерности. 1 2 BM 2OC iy A C L B F iu ix 1ix fK K PP B Ã Рис. 2 Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 6 67 Определив новые переменные 1 iii uuu , )( ii yze  ( z — сигнал зада- ния),  T , iii xeS  и минимизировав функционал энергии вида }{ 2 1 TT 0 iiii i uRuQeeJ     , можно получить решение второй задачи в виде зависимости iii xKeKu  21 , что соответствует структуре дискретного ПИ-регулятора — ij i j i xKeKu 2 0 1    [3]. Так как уравнения в приращениях не зависят от векторов z и ,f то для восста- новления недостающих координат можно использовать обычный наблюдатель со- стояния )(1 iiiii xCyLuBxAx   , где L — матрица наблюдателя со- стояния системы,           A CA A 0 1 ,          B CB B ,  01C , ],[ 21 KKK  . Особенностью синтезированной системы управления с динамическим ком- пенсатором неизмеряемых возмущений (рис. 3, где 1 — объект управления (газо- воздушный тракт), 2 — цифровой оптимальный ПИ-регулятор) является исполь- зование только двух датчиков — по концентрации кислорода в отходящих газах и разрежению в топочной камере. В первом случае необходимо дополнительно измерять расход топлива (см. рис. 1). 1 2 BM 2OC iy L iu z 1Z K PP B Ã iu 1Z iu A C B 1iS iS Рис. 3 Результаты математического моделирования В табл. 2 представлены результаты моделирования переходных процессов в сконструированных АСУ при скачкообразном уменьшении расхода топлива на 10 % от номинального значения ( кг/с 096,0 BM ). На основании результатов моделирования (см. табл. 2) можно сделать вывод, что единственный недостаток АСУ с оптимальным регулятором состояния и ком- пенсатором измеряемых возмущений — необходимость прямого измерения воз- мущающих воздействий и наличие статической ошибки регулирования. Однако ее величина не превышает 1% от максимального отклонения контролируемых пара- метров в АСУ с отключенным регулятором и является технологически допусти- мой, не превышая зону нечувствительности промышленных регуляторов (как правило, 3–5 % от номинального значения технологического параметра). 68 ISSN 0572-2691 Таблица 2 Показатель качества Без регулятора С компенсатором из- меряемых возмуще- ний Оптимальный ПИ-регулятор Максимальное динами- ческое отклонение регу- лируемого параметра 2OC = 1,91 % РP = – 6,59 Кгс/М2 2OC = 0,0191 % РP = 1,98 Кгс/М2 2OC = 1,65 % РP = – 4,80 Кгс/М2 Максимальное динами- ческое отклонение управ- ляющего воздействия – – В = – 11,33 % Г = – 9,15 % В = – 12,95 % Г = – 10,76 % Время регулирования, с: концентрация О2 разрежение – _ 30 8 90 8 Статическая ошибка – – 2OC = – 0,0178 % РP = – 0,0702 Кгс/М2 2OC = 0 РP = 0 В табл. 3 представлены интегральные показатели качества, полученные как результат реакции системы на дельта-функцию по каналу основного возмущения. В критерии качества iiii i RuuQyyJ TT 0     весовые матрицы имеют следующую структуру:              2 2 2 1 0 0 1 Р O P C Q ,                2 Ã 2 1 0 0 1 ÂR , где 2OC = 2 %, PP = – 3,06 кгс/м2, B = 100 %, Ã = 100 %. Таблица 3 Показатель качества Без регулятора С компенсатором изме- ряемых возмущений Оптимальный ПИ-регулятор iiii i RuuQyyJ TT 0     11,4 19,7 38,7 ii i y QyyJ T 0     11,4 19,3 38,6 ii i u RuuJ T 0     0 0,456 0,0541 Как видно из табл. 3, в АСУ с компенсатором измеряемого возмущения значение интегрального критерия J в два раза меньше, чем у оптимального ПИ-регулятора. Однако величина части интегральной суммы Ju, в которой учи- тывается вклад управляющего воздействия, больше в 8,5 раза. Таким образом, для компенсации резких скачкообразных возмущений АСУ с компенсатором требует большого и быстрого изменения управляющего воздействия, что должно учиты- ваться при ее технической реализации. Заключение Таким образом, при выборе для реализации той или иной оптимальной циф- ровой АСУ необходимо учитывать технологические требования к стабилизируе- мым параметрам, технические возможности исполнительных механизмов направ- ляющих аппаратов дутьевого вентилятора и дымососа, а также характер измене- ния основного возмущающего воздействия — расхода топлива. Международный научно-технический журнал «Проблемы управления и информатики», 2016, № 6 69 Математическая модель АСУ газовоздушного тракта энергетического котла может использоваться как в учебном процессе, так и в научных исследованиях (разработка и применение многомерных оптимальных систем управления) [4]. Однако сугубо компьютерного моделирования сложных теплоэнергетических процессов недостаточно для формирования всестороннего представления о мно- гообразии форм и проявлений динамических и статических свойств реального объекта управления. С другой стороны, внедрение в энергетику новых перспек- тивных систем управления сдерживается недоверием к результатам численного моделирования. Частично решить указанные проблемы можно с помощью экспе- риментальных установок, которые имитируют физические свойства исследуемого технологического участка в реальном режиме времени. На рис. 4 представлено трехмерное изображение учебно-исследовательского лабораторного стенда, который имитирует динамические и статические характе- ристики газовоздушного тракта энергетического котла. Конструктивно лабора- торный стенд состоит из основания 1, на котором устанавливается прямоугольная емкость 2, имитирующая топочную камеру котла. 1 11 2 12 5 9 7 8 10 3 4 6 Рис. 4 Для увеличения инерционности переходных процессов емкость внутри де- лится на несколько секций. С одной стороны к емкости подключено два воздухо- вода, на которых установлены поворотные заслонки, предназначенные для изме- нения расходов воздуха от вентиляторов 3 и 4. Воздуховод 5 имитирует подачу газа в топочную камеру, а воздуховод 6 — воздуха. Воздуховод 7 имитирует кон- вективный газоход котла, по которому с помощью вентилятора 8 удаляется нару- жу воздух из емкости 2. Поворотная заслонка 9 предназначена для изменения производительности вентилятора 8. Перемещение поворотных заслонок осу- ществляют электроприводы со встроенным датчиком положения. Таким образом, на данном стенде могут быть реализованы две типовые авто- матические системы регулирования — разрежения дымовых газов и процесса го- рения по соотношению «топливо–воздух» и оптимальная многомерная цифровая АСУ с компенсатором измеряемых возмущений. Для их построения используют- ся датчики избыточного давления и разрежения 11 типа «Сафир». Коммутация электрических соединений выполняется в сборочном шкафу 12. На персональном компьютере устанавливается свободно программируемая SCADA-система, в ко- торой реализуются типовые и перспективные алгоритмы управления. 70 ISSN 0572-2691 В.Ф. Ложечніков, О.О. Уліцька СИНТЕЗ БАГАТОВИМІРНОЇ ОПТИМАЛЬНОЇ ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ГАЗОПОВІТРЯНИМ ТРАКТОМ ЕНЕРГЕТИЧНОГО КОТЛА Розглянуто багаторежимну математичну модель динаміки газоповітряного тракту барабанного котла середньої потужності. З отриманої моделі синтезовано сучасну багатовимірну оптимальну систему керування означеною ділянкою та досліджено її роботу в порівнянні з типовою АСУ. Наведено показники якості перехідних процесів у сконструйованих оптимальних системах керування. Запропоновано фізичну модель газоповітряного тракту енергетичного котла. V.F. Lozhechnikov, E.O. Ulitskaya SYNTHESIS OF MULTIDIMENSIONAL OPTIMAL DIGITAL CONTROL SYSTEM OF THE GAS-AIR TRACT OF DRUM-TYPE BOILER The structure of many-dimensional analytical multiple mode mathematical model of the dynamics of the gas-air tract of average power drum-type boiler is considered. The obtained model has been applied for constructing a modern high-quality com- puter control system of the boiler. This article is also concerned with research and development of the digital optimal multivariable regulator, which is used for control- ling the standard technological section — gas-air tract of average power drum-type boiler. Besides this, the quality control criteria of the technological parameters are presented. The physical model design of gas-air tract of energetic steam generator is considered as well. 1. Кокорев С.В., Давыдов Н.И., Анисяев Е.М. Разработка, исследование и испытания системы регулирования разрежения в топке котла-утилизатора комплекса по обезвреживанию и пе- реработке твердых бытовых и биологических отходов // Электрические станции. — 2006. — С. 38–42. 2. Ложечников В.Ф., Стопакевич А.А. Структура многомерной математической модели ди- намики барабанного котла средней мощности // Оптимизация управления, информацион- ные системы и компьютерные технологии: Труды Украинской академии экономической кибернетики (Южный научный центр). — Киев; Одесса: ИСЦ. — 1999. — Вып. 1, ч. 2. — С. 167–176. 3. Стопакевич А.А. Сложные системы: анализ, синтез, управление. — Одесса: КРЕД, 2004. — 277 с. 4. Ложечников В.Ф. Оптимальное цифровое управление газовоздушним трактом барабанного котла средней мощности // Холодильная техника и технология. — 2008. — 1 (111). — С. 69–72. Получено 08.02.2016 После доработки 25.05.2016

Синтез многомерной оптимальной цифровой системы управления газовоздушным трактом энергетического котла

Institution

Ähnliche Einträge