Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 621.317

Синтез СКЛАДНОЇ БАГАТОВИМІРНОЇ
системи управління випарною станцією
на основі рефрактометричних вимірювань

Долина В.Г., Писаренко А.В.

Вступ.

Розвиток сучасної промисловості неможливо уявити без використання систем автоматизації, які дозволяють підвищити ефективність виробничих процесів, зокрема за рахунок зниження енерговитрат. Одним з таких енергоємних процесів є випарювання, в процесі якого поступово збільшується концентрація сухих речовин (СР) у рідині, випарюючи з неї воду у кілька ступеневій випарній станції.

Одним з найважливіших параметрів вихідної рідини є концентрація СР, яку в автоматичному режимі доцільно вимірювати рефрактометричним методом, ефективність якого не залежить від кольору і прозорості рідини, а точність вимірювання досягає 0.01% вмісту СР [1]. Тому задача підтримання вмісту СР у вихідній рідині випарної станції на необхідному рівні, яка дозволить суттєво зменшити виробничі енерговитрати і підвищити якість кінцевої продукції [1,2] є актуальною та потребує вирішення.

Задача побудови систем автоматичного управління виробничими процесами, зокрема, у цукровій галузі, досліджувалася у роботах Яковлева О.А. [3], де було запропоновано систему управління випарною станцією за рівнем рідини у колонах випарної станції і потоком рідини на виході випарної станції. Також у роботах Бугаєнка І.Ф. та Волошина З.С. були представлені методи управління випарною станцією за рівнем у колонах і різницях потоків вхідної і вихідної рідини [4,5]. Такий підхід дозволяє опосередковано визначати значення вмісту СР у вихідній рідині, що може призводити до відхилень вмісту СР у вихідній рідині від оптимального значення, яке визначається параметрами технологічного процесу.

Широке застосування у сучасній теорії управління простору станів, дозволяє виконувати синтез складних багатовимірних систем, зокрема, методами модального управління.

Метою дослідження є побудова системи управління випарною станцією. Можливість виконання синтезу такої системи, обумовлена використанням у якості первинних перетворювачів рефрактометричних елементів, які дозволяють визначати вміст СР у вихідній рідині випарної станції.

Побудова моделі випарної станції.

Для синтезу системи управління випарною станцією необхідно представити її у вигляді моделі. Робота випарної станції описується нелінійною системою диференційних рівнянь. Використаємо для синтезу регулятора лінеарізовану модель представлену у [6]:

 

          ,                                              (1)

де        , ,

– вміст СР у вихідному потоці рідини.

– вхідний і вихідний потоки рідини.

– вхідний потік пару, що гріє.

Спростимо вищенаведену модель до наступного вигляду:

 

                                  .                                                          (2)

 

В якій матриці А, В1, С1, D1 згідно з [2] дорівнюють:

 

;

;

;

.

 

Модель рефрактометричного перетворювача.

Виходячи з фізичної природи перетворення, та принципу дії рефрактометра, його математичну модель можна представити безінерційною ланкою з коефієнтом підсилення, що дорівнює одиниці [7].

Синтез системи управління випарною станцією.

Для моделі випарної станції представленої у просторі станів синтезуємо модальний регулятор як такий, що дозволяє уникнути перерегулювання, яке є недопустимим з точки зору технологічного процесу випарювання.

Перевіримо вимогу керованості, для чого знайдемо ранг матриці керованості Р.

 

,                                          (3)

 

.

 

Ранг матриці керованості Р дорівнює 4, що дорівнює порядку об’єкта, отже система повністю керована.

Визначимо коефіцієнти зворотного зв’язку модального регулятора.

При біноміальному розподілі коренів, характеристичний поліном, для системи четвертого порядку має вигляд:

 

.                (4)

 

Виходячи з того що час перехідного процесу складає tпп = 2 години = 7200с. знайдемо .

Використаємо формулу Акермана для знаходження коефіцієнтів зворотного зв’язку за станом:

 

,                                                 (5)

.

 

Оскільки, вимірюванню підлягають тільки вихідні параметри процесу, для організації зворотніх зв’язків за станами необхідно розрахувати спостерігаючий пристрій повного порядку.

Визначимо спостережуваність системи. Для цього визначимо ранг матриці спостережуваності:

 

,                                               (6)

 

.

 

Ранг матриці Q дорівнює 4, що дорівнює порядку об’єкта, отже система повністю спостережувана.

Для забезпечення своєчасного спостереження змінних стану системи обираємо . І обчислюємо коефіцієнти зворотного зв’язку пристрою, що спостерігає за формулою Акермана:

 

.                                                             (7)

 

Визначивши коефіцієнти зворотного зв’язку визначаємо векторно-матричну модель пристрою, що спостерігає у просторі станів:

 

,       ,       ,      .

 

Використовуючи пакет MATLAB/Simulink побудуємо модель отриманої системи. Модель системи управління випарною станцією представлена на рис.1.

 

Рис. 1 Модель системи управління випарною станцією

 

Графік перехідного процесу системи представлено на рис.2

З графіку видно, що в коридорі у 1% час перехідного процесу складає  Стала похибка не перевищила 0.01 %. Перерегулюванння відсутнє.

 

Рис. 2 Графік перехідного процесу

Висновки

Отриманий перехідний процес ілюструє ефективність використання автоматичного рефрактометра, який вимірює вміст СР у вихідній рідині і дозволяє розрахувати модальний регулятор для управління випарною станцією. Модальний регулятор дозволяє уникнути перерегулювання в перехідному процесі, яке є неприпустимим в процесах випарювання, тому що може призвести до надмірного загустіння або кристалізації вихідної рідини, що призведе до аварійної зупинки випарної станції. Також слід відмітити ефективність використання формули Акермана для обчислення коефіцієнтів зворотного зв’язку пристрою, що спостерігає.

Перспективним представляється проблема використання більш деталізованої моделі випарної станції, що враховує такі параметри як температура і кількість пару, тиск, рівень рідини і температура в колонах випарної станції. Також розширення автоматичної системи управління на інші технологічні ділянки процесу виробництва цукру є актуальною та перспективною задачею.

ЛІТЕРАТУРА

1.                  Гришко В.Ф., Долина В.Г. Автоматический рефрактометр для выпарных установок. // Автоматика – 2004: 11-а Міжнародна конференція по автоматичному управлінню. Київ, 27-30 вересня 2004р. – Київ, 2004. – Т.2.– C.17.

2.                  Гришко В.Ф., Долина В.Г. Оптичні вимірювачі вмісту сухих речовин і чистоти рідких продуктів // Приладобудування 2006: стан і перспективи: 5-а науково-технічна конференція. Київ, 25-26 квітня 2006р. –Київ 2006. – С.74-75.

3.                  Системы автоматизации технологических процессов сахарного производства / О.Яковлев, С.Танцюра, А.Войтюк, Ю.Рудаков и др. // Современные технологии автоматизации. – 2000. – № 1. – С.44–53.

4.                  Бугаенко И.Ф. Принципы эффективного сахарного производства // М.: Союзроссахар, 2004 – 287с.

5.                  Волошин З.С., Макаренко Л.П., Яцковский П.В. Автоматизация сахарного производства. – М.: Агропроиздат, 1990. – 271 с.

6.                  Cardoso, A. J. and Dourado, A. , "A reduced order model and a robust controller's synthesis of an evaporation system", IFAC Conference on System Structure and Control, Nantes, France, July 1998 807-812pp.

7.                  Гришко В.Ф. Долина В.Г. Математическая модель рефрактометра на основе полого прозрачного цилиндра // Тез. докл. XVI научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (Датчик-2004) Судак, 2004. - С. 43―45.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.