国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程
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Jaya s Lahane1,米拉A.Khandekar2
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本文是一个案例研究,包括数学建模的锅炉和热交换器试验工厂系统识别过程。这是通过使用系统辨识工具箱。一些基本面向控制系统识别等问题,数学建模和控制器设计通过使用基本的控制策略进行了讨论。首先从锅炉和热交换器获得的数据设置。这个数据是用来获取数学模型的帮助下在MATLAB系统辨识工具箱可用。传递函数模型获得系统辨识和控制器响应是观察这个模型。传统的PID控制器设计和控制器的性能进行了研究
关键字 |
| 系统识别、矩阵实验室(MATLAB)、数学模型、锅炉和热交换器 |
介绍 |
| 系统辨识是一种实验方法来构造模型的输入和输出数据。模型应该能够描述的行为过程在一个操作点。模型将采用系统辨识的帮助在MATLAB工具箱。的目标是给经验如何使用系统识别设计模型。 |
| 控制器设计了这个模型。传统的PID控制器设计过程反应曲线。实验是在锅炉和热交换器设置。开环实验获得数据进行的热交换器。在开环模式下设置操作获得过程反应曲线。过程的反应曲线是用来发现控制器参数。通过使用控制器参数PID控制器设计。 |
| 文献调查:1965被称为出生年出版系统识别理论在控制系统,因为两个开创性论文即。(Ho和卡尔曼,1965)和(Astrom和波林,1965)。这两个文件是负责两个鉴定技术的发展即子空间识别和预测误差识别今天主导领域。1970年,盒子和詹金斯发表了他们的书,“时间序列分析、预测与控制”使识别的主要动力应用程序。1974年,调查论文Astrom Eykhoff和特殊的问题系统识别时间序列分析IEEE出版的交易在1974年12月自动控制。在1978年第一次尝试系统识别作为一个近似理论是由(安德森et al ., 1978;Ljung和该隐,1979)。 |
| 事实证明,偏差和方差误差研究移动非常迅速的表征参数错误传递函数的错误,由于一些显著的分析Ljung基于的想法让模型秩序趋于无穷(沃尔伯格和Ljung Ljung, 1985年,1986年)。一个可以调整这些设计变量对模型的目标是识别(Gevers Ljung, 1986)。这本书为用户“系统识别:理论”(Ljung, 1987)产生了深刻的影响工程的社区系统标识符。识别控制已发展,因为其早期在1990年左右开始。因为这个话题拥抱识别和鲁棒控制理论的许多方面,它也打开或重新试验设计等领域新的研究兴趣。 |
二世。锅炉和热交换器设置 |
| 锅炉和热交换器设置包括电锅炉和热交换器。电锅炉操作栏4日压力在144ºC的温度给30公斤/人力资源利用蒸汽的蒸汽热交换器管的管类型和操作在逆流流动的液体。飞行员植物都配备发射器和致动器的工业品位。 |
| 一个试验工厂的电锅炉和管道管换热器如下所示: |
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| 过程描述:锅炉鼓由SS304包含水与PWM控制器并生成电热蒸汽4条和144ºC。从锅炉给水加热的水注入水箱容积泵。产生的蒸汽流向换热器通过同等比例截止阀控制蒸汽流量。 |
| 管式逆流式热交换器,水加热用泵从冷水箱的另一端使用离心泵。在换热器传热形成的冷凝水收集在一个单独的冷凝槽。热水箱的热水收集也会在寒冷的水混合罐或可以添加部分/全部的饲料的锅炉给水温度变化。 |
| 变量测量:以下流程变量测量: |
| 1)锅炉的水鼓(LT-1) |
| 2)鼓压(PT-1) |
| 3)蒸汽温度(TT-1) |
| 4)锅炉给水温度(TT-5) |
| 5)锅炉给水流量((尺2) |
| 6)从水从热水箱温度和锅炉给水(TT-4)混合 |
| 7)蒸汽流量(英尺3) |
| 8)换热器蒸汽入口温度(TT-2) |
| 9)换热器进水口温度(TT-4) |
| 10)换热器水出口温度(TT-3) |
| 11)热交换器水流(尺1寸) |
三世。实验和数学模型 |
| 有三个控制回路在这个设置如下: |
| 一个¯·锅炉循环水平 |
| 一个¯·锅炉温度循环 |
| 一个¯·换热器出口温度循环 |
| 实验时锅炉保持在稳定状态,输入汽流换热器将恒定和入口水流热交换器也在恒定速度。水平循环和温度循环锅炉视为干扰系统和它们保持在稳定状态即温度、锅炉和压力水平速度常数。达到这个条件水平和温度循环锅炉的操作在封闭循环和温度循环热交换器操作的开环反应是观察获得数学模型的系统辨识和控制器设计。 |
| 热交换器的温度循环如下所示: |
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| 在这个循环入口水流(尺1寸)热交换器保持常数和温度(TT-1)、压力(PT-1)和水平(LT-1)锅炉保持在稳定状态的条件。一步改变了进口蒸汽流换热器(FCV-1)和温度(TT-3)热交换器。 |
| 系统辨识:从实验数据获得的用于系统辨识获得的数学模型。系统识别过程如下: |
| 策划和预处理:它涉及到进口输入/输出实验数据对时间。趋势从进口数据预处理的一部分。预处理改善数据质量通过删除不必要的数据导入数据。预处理包括过滤、选择范围、de-trending、删除等手段。 |
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| 传递函数模型的评估和验证:传递函数模型为: |
| 传递函数= (0.2304 + 0.01265)/ (s2 + 0.06689 + 0.005244) |
| PID控制器是专为这传递函数模型 |
四、PID控制器设计 |
| PID控制器:使用PID控制器作为控制好技术如今在工业应用中由于其简单性和鲁棒性。此外他们可以在小成本。 |
| Proportional-plus-Integral-plus-Derivative(比例积分微分)控制器发现广泛接受和应用的行业在过去的几十年。它有一个简单的控制结构由核电站运营商,他们发现理解相对容易调整。尽管简单的结构、PID控制器被证明是足够的对于许多实际控制问题,因此尤其吸引练习工程师。丰富的研究工作已经被报道在过去的优化PID控制器。PID意味着比例积分-微分,指的是三项操作误差信号产生控制信号。因为许多事实证明控制系统采用PID控制满意,它仍然有一个广泛的应用在工业控制。 |
| 过程的反应曲线法:这种方法仍然是一个受欢迎的技术,优化控制器,使用比例,积分,微分动作。齐格勒Nichols开环优化方法是一种有关工艺参数——延迟时间,过程增益和时间常数-控制器参数控制器增益和重置时间。它已经被开发出来用于delay-followed-by-first-order-lag过程但也可以适应真正的过程。 |
开环(前馈回路) |
| 一个¯·开环一步测试 |
| 一个¯·从流程反应曲线确定交通滞后或死亡的时间,响应时间常数或时间变化,和响应的最终价值达到稳态。 |
| 一个¯·确定循环优化常数。插入反应速率和滞后时间值Ziegler-Nichols openloop调谐方程相应的控制器P, PI或PID控制器常数计算。使用下面的表格 |
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| 在那里, |
| P =输入变化百分比 |
| N =输出变化百分比/τ |
| L =τ(死) |
| R =τ(死)/τ |
| 和计算通过使用以下方程: |
| P =过程变量的变化/操纵变量的变化 |
| N = K(被控变量的变化)/τ |
| R = L /τ |
计算: |
| P =(87.42 - 40.3) / 4.712(数量)= |
| 时间延迟= 30秒 |
| τ= 720秒 |
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| 从系统辨识得到传递函数模型和PID控制器设计是通过控制器参数获得过程反应曲线。锅炉和热交换器温度循环的仿真图给出如下: |
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诉结果和讨论 |
| 该控制器响应与阶跃变化观察输入和响应。观察控制器响应如下所示: |
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| 在图10中,它显示了图的时间和振幅的控制器。 |
| 控制器特点给出了表如下所示: |
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VI.CONCLUSION |
| 数学建模的锅炉和热交换器设置是通过系统辨识方法。系统辨识方法是更好的选择预测数学模型的一个复杂的系统需要更少的时间比第一原理方法估计模型。 |
| 从控制器响应图可以看出轻微的延迟和超过控制器遵循模型用更少的振荡和非常快的响应。 |
引用 |
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