Тищенко И.В., Суков С.Ф.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Анализ методов регулирования для систем управления теплообменными аппаратами пластинчатого типа

Ранее [1] были рассмотрены 2 метода управления: ПИД-регулирование и fuzzy- регулирование при построении систем управления теплообменными аппаратами пластинчатого типа. Классическое регулирование для объектов данного класса дало вполне удовлетворительные результаты, однако нечеткое регулирование обеспечило чуть более качественные характеристики управления, в особенности те, которые имеют четко выраженный прикладной характер. Следовало ожидать, что сочетание классического и нечеткого методов позволит получить еще более качественные показатели.

Был разработан регулятор, являвшийся комбинированием первых двух методов- ПИД-подобный fuzzy- регулятор [2]. По результатам исследований были получены следующие результаты:

Рис.1-Зависимость температуры нагретой воды

Рис.2- Управляющее воздействие в системе с ПИД-подобным fuzzy- регулятором

Рис.3- Интегральное управляющее воздействие в системе с ПИД-подобным fuzzy- регулятором

Целью данной статьи является анализ результатов использования различных видов регулирования при управлении теплообменными аппаратами с точки зрения областей применения данных объектов.

Очертим основные особенности, которые согласно результатам исследования присущи каждому из регуляторов:1) ПИД –подобное fuzzy-регулирование - меньшее время переходного процесса, но управляющее воздействие (т.е. значения расхода горячего теплоносителя) не имеет четкого установившегося значения, а периодически изменяется в определенной области 2) Обычное fuzzy-регулирование – большее время переходного процесса по сравнению с ПИД-подобным, но управляющее воздействие имеет установившееся значение. Суммарный расход горячего теплоносителя меньше, чем у ПИД -подобного

3) Классическое ПИД-регулирование – имеет большее время переходного процесса, управляющее воздействие содержит значительный скачок в начале, затем приходит к установившемуся значению, суммарный расход горячего теплоносителя больше, чем при fuzzy- регулировании.

Рассмотрим случай, когда теплообменный аппарат применяется в качестве вспомогательного устройства на производстве, т.е. отсутствует непосредственное влияние на процесс формирования конечного продукта, но при этом использование теплообменника необходимо исходя из технологии и особенностей производства. В таком качестве теплообменники используются в целях поддержания определенной температуры на участке цеха промышленного предприятия. В данном случае вполне обоснованным будет выбор классического ПИД-регулирования, либо обычного fuzzy- регулирования, так как для такого рода использования не критично увеличение времени переходного процесса . К тому же оборудование, которое устанавливается на таких вспомогательных установках как правило имеет невысокие(однако достаточные) требования по надежности, поэтому использование регулятора с колебаниями расхода горячего теплоносителя (пусть и не с большой частотой и разбросом значений) не так целесообразно в виду большей нагрузки на элементы управления расходом. Таким образом, выбор между ПИД и fuzzy-регулированием для данной области применения можно ограничить тем, критичным ли является скачок расхода в начале переходного процесса, если нет- то можно использовать классическое ПИД-регулирование.

В тех случаях, когда теплообменник используется как непосредственное звено на участке управления /получения готовой продукции(область применения- пищевая промышленность) , достаточно целесообразно использование ПИД-подобного регулирования, так как уменьшение времени переходного процесса естественно будет способствовать увеличению производительности линии по производству данной продукции .При этом стоит отметить , что не следует забывать о характере управляющего воздействия ПИД-подобного регулирования, однако на подобных производственных участках, выход из строя которых влечет за собой полную остановку главного производства, как правило к надежности элементов системы предъявляются достаточно существенные требования, поэтому внедрение такого вида регулирования не представляет какой-либо сложности. К тому же сравнивая показатели суммарного расхода, fuzzy- регулирование выглядит предпочтительней классического ПИД-регулирования в данном плане, так как снижение расхода влечет за собой меньшие затраты, что способствует большему доходу предприятий пищевой промышленности.

Достаточно часто теплообменных аппараты применяются в области жилищно-коммунального хозяйства. В данной отрасли лучше всего использовать те виды регулирования, которые наиболее выгодны с точки зрения расхода теплоносителей. Таким образом fuzzy- регулирование для жилищно-коммунального хозяйства достаточно целесообразно, так как имеет преимущество по сравнению с классическим ПИД-регулированием как раз в том, что позволяет уменьшить суммарный расход горячего теплоносителя. При этом оборудование , использующееся в системах данной отрасли имеет зачастую не очень высокие показатели надежности, поэтому использование регулирования, более “плавного” по сравнению с остальными также предпочтительнее. Что касается времени переходного процесса, то в жилищно-коммунальном хозяйстве не настолько критично увеличение времени нагрева или охлаждения, как на производственной линии. К примеру, теплообменник может служить элементом системы отапливания какого-либо помещения, и при изменении температуры воздуха снаружи помещения необходимо увеличение отапливания, но при этом естественно диапазон изменения температур окружающей среды не настолько велик ,и изменение температуры не происходит резко и мгновенно, поэтому использование видов регулирования, которые повышают быстродействие, но при этом имеют меньшую эффективность по расходу теплоносителя не является целесообразным.

Выводы: Проведенный анализ результатов использования различных видов регулирования при управлении теплообменными аппаратами в различных областях применения показал, что сочетание классического и нечеткого регулирования имеет положительный результат по большинству показателей.

Данный вид регулирования целесообразно использовать в тех приложениях, в которых теплообменный аппарат используется непосредственно в схеме технологической цепи получения конечного продукта.

Литература:

1. http://www.rusnauka.com/24_PNR_2009/Tecnic/50743.doc.htm

2. Леоненков А. Ю. Нечеткое моделирование в среде Matlab и fuzzyTech. - С. - Птб.: БХВ, 2003. ─ 720 с.