Моделі та методи енергозберігаючого керування розподіленими тепловими об'єктами з використанням систем з прогнозуючим фільтром

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.03 – системи та процеси керування.  Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2018. Дисертація присвячена розробці й удосконаленню методів енергозберігаючого керування розподіленими тепловими об’єктами для застосування в існуючих і нових системах теплопостачання. Запропоновано спосіб керування тепловими об’єктами з розподіленими параметрами з прогнозуванням, де як керуючий вплив використовується ШІМ-сигнал. Набув подальшого розвитку спосіб керування тепловими об’єктами з розподіленими параметрами з прогнозуванням, з керуючим впливом типу ступінчастої функції. Запропоновано формули, які дозволяють перейти від керування об’єктом із зосередженими параметрами до керування об’єктом з розподіленими параметрами в n точках простору, з використанням p нагрівачів. У середовищі ANSYS на основі вимірів на реальному об’єкті з використанням методу скінченних елементів побудована імітаційна модель приміщення. На цій моделі застосовано алгоритми керування температурним полем з використанням ШІМ-керування з прогнозуванням, ПІД-регулятора, двопозиційного керування та промодельована безперервна робота нагрівача. За допомогою розробленого програмно-апаратного комплексу на базі мікроконтролера AtMega 16 для обраних об’єктів керування – сталевого порожнистого стержня і камери стерилізатора – здійснено експериментальні дослідження для підтримання заданої температури за допомогою ШІМ-керування з прогнозуванням. Результати досліджень засвідчили високу ефективність роботи методу з урахуванням зовнішніх збурень і підтриманням температури з точністю не більше ± 1 % від заданого значення температури.

The thesis on Candidate Degree in Technical Sciences: Specialty 05.13.03 – management systems and processes. – National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the development and improvement of energy-efficient control methods of distributed thermal objects for using in heat supply systems. The thesis proposes a control method of thermal objects with distributed parameters with prediction filter, where the PWM signal is used as the control action. The method of controlling thermal objects with distributed parameters with prediction using the step function as control effect has been further developed. The paper presents a formalized description of predictive control methods that allow to control temperature of an object with distributed parameters instead of object with lumped parameters temperature control at n points with p heaters. A simulation room model based on measurements of the room and the finite element method in the ANSYS environment was constructed. Using developed predictive controller, experiments of maintaining the assigned daily temperature mode were carried out. The developed method of PWM predictive control with continuous control, two-position, PID-control was compared. Experiments of maintaining the set temperature of the steel hollow rod and the sterilizer chamber using the developed software and hardware complex, based on the microcontroller AtMega 16 and PWM with prediction control method, were carried out.