Full Text

Разработка эффективных систем управления теплопотреблением объектов промышленного и гражданского назначения является одной из важных задач энергетической политики РФ. Задача теплообменной системы горячего водоснабжения - обеспечить стабилизацию температуры обратного теплоносителя при отсутствии потребления либо изменении потребления при различных внешних возмущениях. В статье [1] рассмотрены основные направления оптимального управления нелинейных объектов, например, системы управления с переменной структурой, где показаны робастные свойства автоматических систем в скользящем режиме. Однако высокая частота переключения управляющего сигнала на траектории скольжения исключает его практическое применение. В [2-4] рассмотрена модифицированная релейная система регулирования с применением трехпозиционного релейного элемента с зоной нечувствительности, охваченного отрицательной интегральной связью. Как альтернатива включение модифицированного релейного элемента без зоны нечувствительности в контур управления регулируемого клапана позволило реализовать управляемое включение реверса автоколебаний и тем самым регулировать среднее значение положения регулируемого клапана. Модифицированный скользящий режим релейной системы позволил в условиях нестационарных внешних и параметрических возмущений минимизировать количество переключений и улучшить технические характеристики автоматизированных систем теплопотребления. Исследование автоматической системы регулирования теплопотребления с нестационарными режимами работы является предметом данной статьи. На рис. 1 приведена схема смешения теплоносителя, обладающего структурной нелинейностью и нелинейными свойствами регулирующего клапана. В схеме смешения показан обратный контур, включающий обратный вентиль (ОВ), регулируемый объект (РО), гидравлический насос (ГН). Если температура воды в обратном контуре понижается, то идет регулируемая подпитка обратного контура со стороны регулируемого клапана (РК) водой, температура которой выше заданного значения (регулирующее воздействие). В структурной схеме регулирования температуры воды обратного контура заложен принцип регулирования по отклонению. Обратный контур в дальнейшем формализуем как регулируемый объект с распределенными параметрами, вызванными теплоотдачей труб в окружающую среду, и транспортным запаздыванием. Данный объект относится к классу недетерминированных объектов и требует разработки нелинейного аппроксиматора. В качестве лингвистических переменных принято отклонение температуры воды обратного контура от заданного значения и регулирующее воздействие в виде изменения проходного сечения регулируемого клапана. Рис. 1. Схема смешения теплоносителя: НЭ - нагревательный элемент; НР - нечеткий регулятор; ОВ - обратный вентиль; РО - регулируемый объект; ГН - гидравлический насос; РК - регулируемый клапан На рис. 2. показана структурная схема регулирования горячей воды для подпитки обратного контура. Разработанный нечеткий регулятор температуры горячей воды, где в качестве лингвистической переменной принято отклонение температуры горячей воды от заданного значения, содержит: фаззификатор, блок нечеткого вывода по Ларсену, дефаззификатор. Рис. 2. Структурная схема системы регулирования температуры горячей температуры воды для подпитки обратного контура: Ф - фаззификатор; БНВ - блок нечеткого вывода; РО - регулируемый объект; ДФ - дефаззификатор В статье унимодальная функция принадлежности заменяется пропорцией вида [5, 6] , (1) где хвi, хнi - верхнее и нижнее значения параметра х; - текущее значение параметра х; u*- пропорциональное значение параметра х, которым является отклонение температуры Dt °C. Математическое описание терм-множества из четырех терм фаззификатора, размещенных на интервале 0-1, имеет вид: , (2) (3) (4) . (5) Согласно текущему значению определяются степени принадлежности . Используя импликацию по Ларсену, запишем функцию принадлежности (кривая 0-а-1, рис. 3) для текущего значения : (6) Аналогично, согласно импликации по Ларсену, запишем функцию принадлежности (кривая 0-в-1, см. рис. 3) для текущего значения : (7) Далее согласно импликации по Ларсену, запишем функцию принадлежности (кривая 0-г-1, см. рис. 3): (8) В конце согласно импликации по Ларсену, запишем функцию принадлежности (кривая 0-е-1, см. рис. 3): (9) Результирующая функция принадлежности согласно (6), (7), (8), (9) имеет вид: . (10) Рис. 3. Графическое изображение нечеткой импликации согласно алгоритму Ларсена и нечеткой композиции блока вывода нечеткого регулятора Для определения конкретного значения управляющего воздействия формируется «результирующая фигура», ограниченная результирующей функции принадлежности (10) (жирной линией 0-а-б-в-г-д-е-1, которая показана на рис. 3): . (11) Далее производится поиск координат «центра тяжести» результирующей фигуры согласно модифицированному методу центроида [7-9]: ; (12) , (13) где n - число разбиений; - площади текущих разбиений; , - координаты абсцисс текущих разбиений. Полученное значение согласно (12), (13) преобразуется в численное значение управляющего воздействия на объект управления. Точность поддержания температуры в обратном контуре составляет 3…5 % от заданного значения. Выводы 1. Разработана модифицированная система горячего водоснабжения промышленных и гражданских зданий, которая обеспечивает стабилизацию температуры обратного теплоносителя при отсутствии или наличии потребления либо изменении потребления при различных внешних возмущениях. 2. Разработан нечеткий регулятор температуры воды в обратном контуре водоснабжения промышленных и гражданских зданий, обеспечивающий точность поддержания температуры обратного контура 3-5 % от заданного значения.

About the authors

Yu. N Hizhnyakov

Perm National Research Polytechnic University

Email: Luda@at.pstu.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 24

PDF (Russian) - 8

Refbacks

• There are currently no refbacks.