Možnosti riadenia chemického reaktora pri pôsobení porúch

1. SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVEFAKULTA CHEMICKEJ A POTRAVINÁRSKEJ TECHNOLÓGIEÚSTAV INFORMATIZÁCIE, AUTOMATIZÁCIE A MATEMATIKY Možnosti riadenia chemického reaktora pri pôsobení porúch Vypracoval: Bc. Danko Peter Vedúci sem. projektu: Ing. Mária Karšaiová, CSc.

2. Náplň semestrálneho projektu II • Jednoduchý prietokový chemický reaktor • Rozvetvené regulačné obvody • Kaskádová regulácia • Vplyv porúch na riadený systém • Návrh regulátorov pre chemický reaktor na ktorý pôsobia poruchy

3. Jednoduchý prietokový chemický reaktor • Identifikácia chemického reaktora ako systém vyššieho rádu s dopravným oneskorením pričom, riadená veličina bola teplota reakčnej zmesi theta a riadiacou veličinou bol prietok chladiaceho média qc. • Reaktor sme identifikovali ako sústavu vyššieho rádu, konkrétne 4. rádu s dopravným oneskorením D= 0.982, hodnotou zosilnenia Z= -1266.6667, časovej konštanty T= 4.928. • Identifikovaný prenos sme porovnávali s pôvodným nelineárnym modelom reaktora pomocou ich odozvy na skokovú zmenu prietoku chladiaceho média.

4. Ďakujem za pozornosť Teraz je čas na vaše otázky...

5. Návrh regulátora a simulácia riadenia • S pomedzi známych metód sme navrhli P, PI a PID regulátor. Koeficienty: • Pre P regulátor, Zr= -0.001336 • Pre PI regulátor, Zr= -0.0012024 a TI= 43.29 • Pre PID regulátor, Zr= -0.0016032, TI= 26 a TD= 6.5 V simulácii riadenia reaktora, sme predpokladali, že žiadaná optimálna hodnota teploty reakčnej zmesi theta= 359 K. Teplotu sme riadili s presnosťou 1K, čo bola naša hodnota delta.

6. Rozvetvené regulačné obvody • V praxi sa nedá všetko riešiť jednoduchými regulačnými obvodmi. Ide hlavne o problémy spôsobené výskytom porúch a problémy spôsobené veľkými dopravným oneskorením. • Riešenie rozvetvenými regulačnými obvodmi obsahuje: - Obvod s pomocnou riadenou veličinou - Obvod s doprednou kompenzáciou poruchy - Priamu väzbu - Obvod s kompenzáciou dopravného oneskorenia

7. Obvod s pomocnou riadenou veličinou(Kaskádová regulácia) • Spôsob riadenia spočíva v rozdelení regulačného obvodu na dve časti tým, že sa okrem hlavnej riadenej veličiny určí aj pomocná riadená veličina. • V našom prípade bola hlavnou riadenou veličinou teplota reakčnej zmesi v reaktore a pomocnou riadenou veličinou bola teplota chladiaceho média. • Vplyv porúch, ktoré nastali v čase 100 a 200 sme mali vhodným návrhom regulátorov minimalizovať.

8. Identifikácia pre návrh pomocného regulátora • Riadenou veličinou bola teplota chladiaceho média a riadiacou veličinou prietok chladiaceho média. • Reaktor sme identifikovali ako sústavu vyššieho rádu, s dopravným oneskorením D= 0.2, hodnotou zosilnenia Z= -2816.6667 a časovou konštantou T= 11. • Porovnávali sme identifikovaný prenos s naším pôvodným modelom na základe skokovej zmeny prietoku chladiaceho média

9. Identifikácia pre návrh hlavného regulátora • Riadenou veličinou bola teplota reakčnej zmesi a riadiacou veličinou bola pre nás teplota chladiaceho média. • Identifikáciu sme robili tak, že náš navrhnutý pomocný P regulátor bol už súčasťou identifikovaného systému. • Identifikovaný prenos a pôvodný nelineárny model resp. ich odozva na skokovú zmenu chladiaceho média v plášti reaktora sa rovnala. • identifikovaný prenos bol v tvare:

10. Syntéza regulátora • Navrhli sme dva PI regulátory a dva PID regulátory. • Na návrh regulátorov sme použili Strejcovu, Halmanovú a Rivera- Morari metódu. Tabuľka vypočítaných hodnôt regulátorov a ich čas regulácie:

11. Záver Pri simulácii riadenia reaktora navrhnutými regulátormi sa hodnota theta u všetkých ustálila na žiadanú hodnotu, t.j. 359 K. Použili sme dva PI regulátory, jeden navrhnutý Haalmanovou metódou a druhý navrhnutý Strejcovou metódou. Pri Haalmanovej metóde bol čas regulácie podstatne kratší a vplyv poruchy vedel rýchlo kompenzovať. PID regulátory a PI regulátory sa líšili časom regulácie. PID regulátor navrhnutý Strejcovou metódou bol rýchlejší ako regulátor, ktorý sme navrhli Rivera-Morari metódou, no vplyv porúch bol zreteľnejší pri u Strejcovej metóde.