Tehnici avansate de control pentru procese Cristina PhD 2009.pdf · UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GH....

download Tehnici avansate de control pentru procese Cristina PhD 2009.pdf · UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GH. ASACHI”

If you can't read please download the document

  • date post

    30-Jul-2018
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Tehnici avansate de control pentru procese Cristina PhD 2009.pdf · UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GH....

  • UNIVERSITATEA TEHNIC GH. ASACHI IAI

    FACULTATEA DE AUTOMATIC I CALCULATOARE

    Tehnici avansate de control

    pentru procese energetice

    Tez de doctorat

    ing. Cristina Halauc

    ndrumtor tiinific

    Prof. univ. dr. ing. Mihail VOICU

    m.c al Academiei Romne

    -2009-

  • Membrii comisiei de analiz a tezei de doctorat:

    Prof. univ. dr. ing. VASILE MANTA Preedinte Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi Iai

    Prof. univ. dr. ing. MIHAIL VOICU Conductor tiinific

    Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi Iai

    Prof. univ. dr. ing. TEFAN PREITL Membru Universitatea Politehnica din Timioara

    Prof. univ. dr. ing. DUMITRU POPESCU Membru

    Universitatea Politehnica din Bucureti

    Prof. univ. dr. ing. CORNELIU LAZR Membru Universitatea Tehnic Gh. Asachi Iai

  • Meniuni Lucrarea reprezint rezultatul activitii de cercetare desfurat n perioada octombrie 2005 aprilie 2009 n domeniul Automatic din cadrul Facultii de Automatic i Calculatoare, Universitatea Tehnic Gh. Asachi din Iai. Doresc s exprim sincere mulumiri domnului prof. dr. ing. Mihail Voicu, membru corespondent al Academiei Romne, pentru ndrumarea acordat n elaborarea tezei de doctorat, pentru modul atent i perseverent n finalizarea acestei teze, precum i pentru suportul moral oferit n toat aceast perioad de cercetare. De asemenea, doresc s transmit mulumiri membrilor comisiei de doctorat pentru onoarea pe care mi-au fcut-o acceptnd s citeasc lucrarea i pentru observaiile i comentariile fcute pentru mbuntirea acestui material. Adresez ntreaga mea recunotin domnului prof. dr. ing. Corneliu Lazr pentru generozitatea cu care mi-a mprtit din bogata sa experien, pentru colaborarea didactic i de cercetare, pentru perseverena, ncrederea i colegialitatea oferite, fr de care nu ar fi fost posibil concretizarea acestei lucrri. O parte dintre rezultatele prezentate au avut ca punct de plecare activitatea desfurat pentru pregtirea lucrrii de licen la Unversitatea Sheffield, U.K. Cu aceast ocazie, adresez deosebite mulumiri domnului prof. dr. ing. Visakan Kadirkamanathan i domnului dr. ing. Sean Anderson din cadrul Universitii din Sheffield, colaborare care a deschis perspective noi n activitatea mea de cercetare. Mulumiri sincere doresc s transmit tuturor colegilor din Catedra de Automatic i Informatic Aplicat, care prin atmosfera plcut creat mi-au oferit un mediu de lucru deosebit. Adresez calde mulumiri doamnei conf. dr. ing. Lavinia Ferariu pentru sugestiile i comentariile oferite, pentru modelul de rigoare, precum i pentru suportul moral oferit n toat aceast perioad. De asemenea, adresez deosebite mulumiri doamnei conf. dr. ing. Letiia Mirea pentru frumoasa colaborare pe care am avut-o n perioada de cercetare. Cu aceast ocazie transmit ncurajri i urri de succes colegilor mai tineri de doctorat, mulumindu-le pentru entuziasmul i atmosfera deosebit creat. Deosebite mulumiri se ndreapt spre grupul Siemens PSE Braov care mi-a acordat o burs privat important n perioada 2005-2007. n final, doresc s mulumesc familiei i prietenilor mei pentru rbdarea i ncurajrile oferite n toat aceast perioad.

  • i

    Cuprins

    1. Introducere 1.1 Obiectivele i structura tezei ................................................................................................ 1 1.2 Diseminarea rezultatelor cercetrii....................................................................................... 4 2. Tehnici actuale de modelare i conducere a proceselor energetice ................................. 6 2.1 Tendine de dezvoltare a strategiilor de modelare i conducere ......................................... 7 2.2 Modele neliniare simplificate utilizate n proiectarea structurilor de reglare automat....... 8 2.3 Strategii de reglare automat clasice aplicate sistemelor industriale ................................. 17

    2.3.1 Strategii de reglare automat clasice monovariabile........................................... 18 2.3.1.1 Structur de reglare automat cu o singur mrime msurat .............. 18 2.3.1.2 Structur de reglare automat cu regulator feedforward ...................... 19 2.3.1.3 Structur de reglare automat n cascad cu trei mrimi msurate ...... 19

    2.3.2 Strategii de reglare automat multivariabile aplicate proceselor energetice ....... 20 2.4 Tehnici adaptive de acordare a regulatoarelor .................................................................. 22 2.5 Reglarea cu predicie bazat pe model ............................................................................... 25 2.6 Sistem de supervizare utiliznd platforma SCADA n conducerea proceselor energetice 26 3. Proiectarea, modelarea i implementarea unui simulator pentru sistemul tambur-boiler ....................................................................................................................................... 29 3.1 Descrierea procesului ......................................................................................................... 30 3.2 Modelarea analitic i experimental ................................................................................. 33

    3.2.1 Modelarea matematic a tamburului .................................................................. 33 3.2.2 Modelarea matematic a ansamblului conducte ridictoare-cobortoare ........... 35 3.2.3 Modelarea matematic a subsistemului supranclzitor ..................................... 37

    3.3 Dezvoltarea unui simulator pentru ansamblul tambur boiler de abur, pentru instalaia de la S.C. CET 1 S.A., Iai............................................................................................................ 38 3.4 Testarea i validarea simulatorului pe seturi de date preluate din funcionarea real a unui tambur de 420t/h....................................................................................................................... 39

    3.4.1 Funcionarea simulatorului n circuit deschis...................................................... 40 3.4.2 Funcionarea simulatorului n circuit nchis........................................................ 43

    3.5 Concluzii ............................................................................................................................ 51

  • ii

    4. Parametrizarea modelelor cu operatorul de discretizare ........................................... 52 4.1 Operatorul . Definiie ....................................................................................................... 54 4.1.1 Transformata discret Delta ................................................................................ 54 4.1.2 Domeniul de stabilitate. Transformarea planului s n domeniul discret ........... 56 4.2 Determinarea modelelor discrete..................................................................................... 59

    4.2.1 Alegerea perioadei de eantionare....................................................................... 59 4.2.2 Efectele introduse de perioadele mici de eantionare ......................................... 60

    4.2.2.1 Erorile de rotunjire ............................................................................... 60 4.2.2.2 Reprezentarea coeficienilor................................................................. 61 4.2.2.3 Relaii de legtur ntre perioada de eantionare i reprezentarea numeric intern n domeniul ........................................................................ 62

    4.2.3 Reprezentarea prin modele intrare-stare-ieire ................................................... 65 4.2.4 Reprezentarea prin modele intrare-ieire ............................................................ 68

    4.2.4.1 Reprezentarea filtrului de ordin II n domeniul discret ..................... 69 4.2.4.2 Implementarea filtrului de ordin II n domeniul discret .................... 70

    4.2.5 Polii i zerourile de transmisie ale funciilor de transfer n domeniul discret . 71 4.3 Analiza calitativ a transferului intrare-ieire .................................................................... 72

    4.3.1 Controlabilitatea strii sistemelor dinamice liniare n domeniul ...................... 73 4.3.2 Observabilitatea strii sistemelor dinamice liniare n domeniul ...................... 75

    4.4 Estimarea parametric n domeniul discret .................................................................... 77 4.4.1 Modele ARX n domeniul ................................................................................ 76 4.4.2 Modele ARMAX n domeniul .......................................................................... 77

    4.5 Studiu comparativ ntre sisteme discretizate n domeniul clasic q, respectiv discret...... 78 4.5.1 Simulri i discuii pentru un proces monovariabil............................................. 78 4.5.2 Simulri i discuii pentru un proces energetic rapid monovariabil - sistem de conducere a excitaiei unui generator sincron .............................................................. 82

    4.6 Identificarea parametric n domeniul ............................................................................ 91 4.6.1 Studiu aplicativ pentru determinarea modelului parametric al unui ansamblu boiler-tambur n domeniul discret ......................................................................................... 91 4.7 Concluzii ............................................................................................................................ 95 5. Tehnici avansate de reglare automat n conducerea proceselor energetice ............... 98 5.1 Reglarea cu predicie bazat pe model ............................................................................ 101 5.2 Conducerea predictiv generalizat (GPC) ...........................................................