Дисертації (ТПЗА)

Постійне посилання зібрання

Переглянути

Нові надходження

Зараз показуємо 1 - 4 з 4
  • ДокументВідкритий доступ
    Моделювання та автоматичне керування тепловим режимом скловарної печі ванного типу
    (КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Ситніков, Олексій Володимирович; Жученко, Анатолій Іванович
    Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – Автоматизація процесів керування. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертацію присвячено питанням підвищення ефективності роботи регенеративної скловарної печі ванного типу шляхом створення системи керування, яка забезпечить режим енергозбереження функціонування процесу при незмінних показниках якості виробництва. Скловаріння – процес, що потребує високої температури для розігрівання компонентів, з яких виготовляється скломаса у варильній частини печі. Всі компоненти після підготовки подаються до варильного басейну, де відбувається виготовлення (варка) скломаси. Процес скловаріння досить енергоємний. В розвинених країнах витрати палива на варку скла в 1,5-2 рази нижче, ніж вітчизняні показники аналогічного виробництва. Україна має обмежені запаси природного газу і практично всі питання постачання пального на промислові підприємства вирішуються за рахунок імпортування. Ціни на пальне зростають згідно тенденціям ринку, тому використання газу необхідно вести з максимальною економією, при цьому не погіршуючи якість виробленої продукції. Для процесу характерні внутрішні збурення, зокрема пов’язані з концентрацією вхідного продукту до варильної зони печі, що можуть призвести до браку готової продукції або небажаних зайвих витрат пального. Для забезпечення означених показників в роботі системи керування тепловим режимом скловарної печі виникла необхідність побудови енергоефективної системи керування, що забезпечить високу якість керування в умовах дії неконтрольованих внутрішніх збурень та зменшення витрат на керування. Розроблена математична модель скловарної печі на основі структурнопараметричної схеми об’єкту. Математичний опис скловарної печі як об’єкту дослідження включає в себе рівняння зовнішнього теплообміну для скломаси, кладки та газу, математичний опис процесу нагрівання. Під зовнішнім теплообміном розуміють теплообмін між об’єктом та його оточенням: теплообмін між скломасою та оточуючим її середовищем – кладкою та газовим простором. Для кожної зі складових розроблено математичний опис, що враховує взаємодію між складовими в моделі об’єкту керування. Скломаса, кладка та газовий простір має по дві контактні поверхні між складовими. Розроблена система рівнянь зовнішнього теплообміну отримується з рівнянь балансу для ефективного та результуючого випромінювання поверхні та середовища у вигляді рівнянь відповідних теплових потоків. Ефективне випромінення поверхні скломаси та кладки підпорядковується закону Ламберта – поглинаючі здібності випромінювачів рівні для всіх променевих потоків та дорівнюють відповідним ступеням чорноти та відповідно складається з власного та відбиваючого випромінення. Аналіз досліджень був проведений для усталеного режиму роботи печі – в першому наближені результуюче випромінення кладки прийнято рівним нулю, температура скломаси та кладки взяті такими, що дорівнюють їх середньоефективним величинам. Користуючись розробленою та дослідженою системою рівнянь для теплових потоків скломаси та кладки розроблена загальна математична модель скловарної печі, яка враховує зв’язки між складовими елементами об’єкта. На основі розробленої моделі отримана передатна функція скловарної печі являє собою складну структуру, що залежить від передатних функцій скломаси, кладки та газового простору за каналами температура газу – вихідна температура скломаси та температура газу – температура кладки у характерних точках. Дана математична модель може бути застосована для аналізу температурного поля скловарної печі в різних перерізах. Досліджена математична модель скломаси, що представляє собою об’єкт з розподіленими параметрами, в роботі описана диференціальним рівнянням теплопровідності Фур’є з граничними умовами 3-го роду на зовнішній поверхні скломаси при контакті «скломаса-газ» та 2-го роду при контакті «скломаса-кладка». Граничні умови назовні обумовлені відсутністю обміну тепла з навколишнім середовищем, тобто розглядається умова ідеальної теплоізоляції. Дослідження показали та виходячи із конструкційних особливостей скловарної печі, скломасу умовно можна вважати прямокутною областю, товщиною h, що дозволяє розглядати скломасу як необмежену пластину товщиною h. Однак на відміну від типового виду необмеженої пластини в моделі процесу нагрівання скломаси у ванні печі враховано ряд її конструкційних особливостей скловарної печі. Результати моделювання показали, що розігрівання внутрішньої сторони кладки відбувається під дією теплових потоків великих значень. Математична модель кладки скловарної печі представлена у вигляді одновимірної задачі теплопровідності, з граничними умовами 2-го роду при контакті «кладкаскломаса». Кладка являє собою напівобмежене тіло товщиною. Представлено перехід від температури скломаси до температури кладки в різних шарах скломаси, з яких видно, що температура скломаси тим вища, чим вищий шар розглядається, та по глибині температура кладки спадає, що підтверджує прийняті граничні умови на правій поверхні кладки. Окремо розглянута кладка дна печі, як та що контактує з останнім шаром скломаси; дана особливість врахована в загальній моделі об’єкту керування. Для використання в системі керування на базі моделі скловарної печі, необхідно перевірити адекватність розробленої математичної моделі. Дослідження показали, що модель динаміки нагрівання скломаси в печі відповідає відповідним критеріям адекватності та може бути використана для синтезу системи керування. Експериментальні дослідження температурних полів скломаси, кладки, газового простору проведені, використовуючи засоби імітаційного моделювання, для кожної із зон печі побудовані у вигляді температурного розподілу в конкретному перерізі. Дослідження дозволили виявити реакцію температурного поля скломаси та кладки на дії збурення. В дисертаційній роботі ставилася задача розробки системи керування процесом виготовлення скломаси, яка мала б зберігати стійкість в роботі системи керування та підтримувати на заданому рівні якість готового (вихідного) продукту, шляхом підтримки заданого температурного режиму в заданих технологічним регламентом межах оптимальній витраті пального. Тому сформульована і розв’язана задача адаптивного керування процесом скловаріння, що полягає у підтримці заданого розподілу температур в об’ємі скломаси. Для розв’язання задачі адаптивного керування розроблений та застосований критерій керування Ji(T*i(t),Ti(t),ui), що залежить від вектору ui, який розглядається в якості керувальної дії (витрати палива) по пальниках печі. Результатом розрахунку критерію керування виступає оптимізація витрати пального та призводить до зміна вектору керуючих дій uі. Синтез системи керування опирається на розроблену математичну модель скловарної печі, що моделює поведінку скломаси в певних точках у вигляді зміни температур. Як результат синтезу системи є вдосконалення існуючої системи керування та формування нових параметрів системи виходячи із поставлених в роботі задач. Послідовності нових вхідних керуючих дій ui для пальників печі є визначальною в питанні оптимізації витрати пального. Проведено дослідження системи керування подачі газу на пальники печі та керування реверсом факелу в парі протилежних пальників з використанням загального регулятора, використовуючи метод системного аналізу. Даний метод дозволяє більш точно вирішити задачу підтримки температурного режиму печі та підтримки параметрів на різних етапах (в різних перерізах) процесу варіння скломаси. При формуванні алгоритму керування спиралися на розроблений критерій керування. Розроблення структури системи керування та алгоритму адаптивного програмного керування відбувалися з використанням мови програмування UML та UML –діаграм, що дало можливість дослідити всі можливі зв’язки в системі. В роботі приведено порівняння результатів роботи розробленої системи з існуючою каскадною системою керування тепловим режимом по кожному перерізу печі, виявлено переваги в роботі розробленої системи, існуюча система керування не дає можливість зменшити перегулювання зони розігріву, що призводить до перевищення та не раціонального використання пального. Розроблена система керування, реалізувала ряд функцій по оптимізації витрати пального, реагування на дію збурення, що діє на об’єкт керування. По даним температур в зонах скловарної печі, для забезпечення оптимального використання газу, відбувається адаптації параметрів налаштування регулятора в залежності від температури у відповідній зони. Для вирішення поставленої в роботі задачі розроблена загальна структура та програмне забезпечення експертної системи керування тепловим режимом скловарної печі, використовуючи бази правил нечіткої логіки та адаптивний нечіткий регулятор. Основна задача, що висувається до адаптивного нечіткого регулятору, є формування нових параметрів налаштування загального ПІДрегулятора. В дисертаційній роботі проведено дослідження шляхом порівнянь результатів роботи розробленої адаптивної система, експертної та загальної системи керування тепловим режимом скловарної печі. З отриманих результатів, видно що адаптивна система показала переваги над звичайною системою та експертною системою, що відображається у зменшенні витрати на керування (раціональне використання витрат пального по пальниках печі) У навчальний процес кафедри технічних та програмних засобів автоматизації Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» впроваджені математичні моделі процесу скловаріння, системи керування процесом виготовлення скломаси.
  • ДокументВідкритий доступ
    Автоматизація процесу керування багатокамерними печами випалювання вуглеграфітових виробів
    (2020) Коротинський, Антон Петрович; Жученко, Олексій Анатолійович
  • ДокументВідкритий доступ
    Моделювання і робастне керування процесу контактної мембранної дистиляції
    (2019) Дубік, Роман Миколайович; Ладієва, Леся Ростиславівна
  • ДокументВідкритий доступ
    Автоматизація процесів керування прогріванням паперового полотна у сушильній частині папероробної машини
    (2017) Черьопкін, Євгеній Сергійович; Жученко, Анатолій Іванович