Разработка автоматических систем, обеспечивающих синтез оптимального управления в реальном времени : На примере топливных печей

• Автор: Голушко, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 138 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 .ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Топливные объекты. Проблемы оптимального энергосберегающего
управления
1.2 Технические средства и технологии
1.3 Задачи исследования
2. МОДЕЛЬ ДИНАМИКИ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧ
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Структура модели топливной печи
2.2 Математические постановки задач энергосберегающего управления
3. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
3.1 Метод анализа и синтеза оптимального управления многостадийными
процессами
3.2 Анализ оптимального управления
3.2.1 Определение видов функции оптимального управления
3.2.2 Построение областей существования видов функций
оптимального управления
3.2.3 Получение соотношений для расчета параметров
оптимального управления
3.2.4 Определение границ областей допустимого управления
3.3 Синтез оптимального управления
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ
УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Проектирование микропроцессорных устройств
4.1.1 Задачи проектирования
4.1.2 Разработка микропроцессорных устройств управления
4.2 Проектирование специализированной микросхемы

4.2.1 Разработка конструкции
4.2.2 Технология изготовления микросхемы
4.3 Система энергосберегающего управления печью с газовой
горелкой
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Одной из важнейших проблем управления является экономия энергоресурсов. Среди множества направлений энергосбережения в отдельный класс выделяются задачи оптимального управления динамическими режимами по энергетическим критериям. Так в химической промышленности более половины технологических процессов представлены аппаратами периодического и полунепрерывного действия, в металлургической и машиностроительной отраслях актуальны задачи оптимального управления топливными печами, энергоемкими процессами нагрева и охлаждения металлов, на транспорте - задачи разгона и торможения. К подобным задачам относятся, например, достижение заданной скорости за требуемое время при минимальном расходе топлива, нагрев тела за определенное время с минимальными затратами энергии.
Анализ литературных данных и промышленных систем оптимального управления минимизирующих энергозатраты, показывает, что в настоящее время технологии управления нагрева, разгона и других динамических режимов находятся на исследовательской стадии [1, 2]. В то же время растущие возможности микропроцессорной техники и энергетические потребности производства требуют перехода к системам с более качественным уровнем управления [3, 4]. Желательно чтобы, кроме традиционных функций системы обеспечивали синтез оптимальных управляющих воздействий в реальном времени с экономией энергоресурсов не менее 10-40% [5]. Такие системы называются энергосберегающими системами управления (ЭСУ).
Как правило разработка энергосберегающей системы оптимального управления представляет собой специальное научное исследование [6, 7], требующее больших временных и материальных затрат. Однако, для удовлетворения возрастающей потребности промышленности в такого рода автоматических системах необходима дешевая и оперативная технология их проектирования.
Существующие при этом проблемы объясняются следующими причинами. Во-первых, неопределенностью исходных данных к задаче проектирования

Рассмотрим применение данной методики на примере топливной печи с газовой горелкой. Печь представляет собой замкнутое пространство с одной стороны находится газовая горелка (рис. 2.1), а с противоположной - отверстие для вытяжки сгоревших газов. По периметру, внутри топки, располагаются трубы с нагреваемой водой.
Строятся модели объекта для трех основных динамических режимов работы печи: 1) пуск (разогрев); 2) переходный режим (режим изменения задаваемого значения регулируемой температуры); 3) стабилизация требуемой температуры.
Выделим основные составные части объекта и обозначим их усреднение температуры в соответствии со схемой, представленной на рис 2.1, т.е. Ту = Тк-температура в камере сгорания (топке); Т2 = 7Тгр - температура стенок труб; Т3 =ТЪ - температура нагретой воды на выходе топки; Т4 = Тст- температура стенок печи; Т5 = Тш - температура холодной воды в теплообменнике; Т6 = Тср- температура окружающей среды.

л3 вода внутреннего круга
Модель строится при следующих допущениях: а) основными частями печи, теплоемкость которых учитывается в модели, являются камера сгорания, нагреваемая вода, стенки печи и труб; б) данные части рассматриваются как объекты с сосредоточенными параметрами; в) наибольшие скорости изменения