Анализ и синтез энергосберегающего управления процессами нагрева : На примере нагревательных установок

• Автор: Муромцев, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 170 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРОЦЕССЫ НАГРЕВА ТЕЛ

И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Тепловые объекты как объекты энергосберегающего управления

1.2 Оптимальное управление тепловыми объектами

1.3 Постановка задачи исследования

2 ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕПЛОВЫХ ОБЪЕКГОВ

2.1 Постановки задач энергосберегающего оптимального управления

2.2 Моделирование процесса нагрева тел

2.3 Идентификация моделей динамики тепловых объектов
на множестве состояний функционирования
3 АНАЛИЗ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
НА МНОЖЕСТВЕ СОСТОЯНИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
3.1 Стратегии и структурные схемы реализации оптимального управления.
3.2 Определение видов функций оптимального управления
при программной стратегии л
3.3 Определение оптимального управления
при позиционной стратегии
3.4 Анализ оптимального управления
для нелинейных объектов
4 СИНТЕЗ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
4.1 Синтез оптимального управления.
4.2 Синтез квазиоптимального управления
4.3 Синтез оптимального управления нагревательными
установками
4.3.1 Электрический водонагреватель
4.3.2 Плиты вулканизационного пресса.
4.3.3 Электропечь для термообработки магнитолроводов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Заметных успехов на практике в этом направлении достигли США, Канада, Япония и страны Западной Европы, в теоретических вопросах энергосбережения одно из ведущих мест занимает российская наука. Количество потребляемой населением Земли энергоресурсов постоянно возрастает, однако эффективность использования их остается достаточно низкой. По данным Европейской комиссии ООН уровень полезного использования энергоресурсов составляет лишь %, а уровень полезного конечного использования топлива -менее % [9]. Вместе с тем обостряется проблема загрязнения окружающей среды, быстро уменьшаются запасы высокоэнергетических сырья и растет стоимость получения энергии. В настоящее время выделены следующие направления в решении энергетической проблемы: 1) поиски и использование альтернативных направлений в энергетике; 2) снижение прямых потерь энергии; 3) внедрение энергосберегающих технологий; 4) использование вторичных энергоресурсов. Затраты на мероприятия по энергосбережению обычно значительно ниже затрат на дополнительное получение энергии. В общем случае выделяют технологические и управленческие методы энергосбережения. Технологические методы предполагают переход на новые прогрессивные технологии. Эффект энергосбережения при автоматическом управлении тепловыми объектами достигается за счет следующих факторов: 1) оптимальное управление динамическими режимами при нагреве тел; 2) обеспечение достижения требуемой температуры точно в назначенное время (исключаются потери '’заблаговременного” нагрева; 3) устранение отклонений регулируемой величины (режим стабилизации) от заданного значения с минимумом затрат энергии; 4) использование разрывов своевременного отключения энергоносителей (например, учет остаточного тепла разогретого электронагревателя). Для оценки ожидаемого эффекта от оптимального управления тепловым объектом широко используется эксергетический анализ [3,]. Этот подход позволяет определить необратимые потери энергии при теплообмене, в т. Во-первых, вследствие потерь в окружающую среду. Во-вторых, вследствие неравенства тепловых эквивалентов теплоносителей возникают неодинаковые изменения температур горячего и холодного теплоносителей. В-третьих, из-за фиксированных значений поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи. Во всех отраслях промышленности и особенно на химических предприятиях широко распространены теплообменные аппараты. Существуют разные признаки классификации теплообменных аппаратов химических производств. Например, широко распространена классификация теплообменников но конструктивным признакам [,]. Вместе с тем для решения задач энергосберегающего управления, в которых первостепенное значение имеют задания минимизируемого функционала и выбор стратегии управления, важную роль играют классификация объектов но виду используемого энергоносителя и особенностям режимов работы. Классификация тепловых объектов по виду энергоносителя представлена на рис. Из приведенной схемы видно, что большое число тепловых объектов используют один вид энергоносителя. Например, в электрических печах сопротивления, электроводо-нагревателях, сушилках и др. Широкий класс тепловых объектов в качестве теплоагентов используют пар, высокоорганические теплоносители, а также продукты сжигания жидкого или газообразного топлива. К таким объектам относятся теплообменники, бойлеры, печи для нагрева жидких продуктов, выпарные установки, сушилки и т. Здесь в качестве функционала берется расход "топлива" [. Наряду с рассмотренными объектами, для которых минимизируются или только затраты энергии, или только расход топлива, назовем их монообъектами, в последнее время начинают получать распространение, так называемые, гибридные объекты []. В задачах энергосберегающего управления гибридными объектами используются комбинированные функционалы в виде взвешенной суммы затрат энергии и расхода топлива или различных видов топлива. К таким объектам относятся водогрейные котлы, отопительные и нагревательные системы и др. Здесь следует выделить два типа гибридных объектов (см. К гибридным объектам близко примыкают тепловые аппараты с электроприводом. На рис. Эти факторы имеют большое значение при выборе стратегии реализации ОУ [.