Системы энергосберегающего управления. Муромцев Д.Ю - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

− идентификация моделей динамических режимов, в том числе нелинейных и с временным запаздыванием по кана-
лам управления, пригодных для использования в системах энергосберегающего управления;
− принятие обоснованных решений при проектировании систем энергосберегающего управления, в том числе выбор
вида модели динамики объекта, стратегии реализации управляющих воздействий, программно-технических средств и др.
Учебное пособие состоит из нескольких частей, относящихся к различным разделам следующих дис-
циплин: «Основы автоматики и системы автоматического управления», «Аналитическое конструирование
оптимальных регуляторов», «Анализ технических систем», «Основы проектирования радиоэлектронных
средств», «Экспертные системы», предусмотренные стандартом по направлениям 210200 – «Проектирова-
ние и технология ЭС», 657900 – «Автоматизированные технологии и производства».
Авторы будут благодарны за все замечания и пожелания, сделанные по настоящему учебному пособию.
1 ЭНЕРГОЕМКИЕ ОБЪЕКТЫ И ОПТИМАЛЬНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
Класс энергоемких объектов включает различные виды тепловых аппаратов, машин с электроприво-
дами, двигающихся устройств и транспортных средств. Миллионы этих объектов функционируют на про-
мышленных предприятиях, в сферах обслуживания и жизнеобеспечения населения. Как объекты управле-
ния они имеют свои особенности, которые необходимо учитывать в задачах оптимального управления.
1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГОЕМКИХ ОБЪЕКТОВ
Тепловые процессы являются наиболее энергоемкими и распространенными процессами в химиче-
ской, металлургической, машиностроительной, строительной, пищевой и других отраслях промышленно-
сти. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасли занимают первое место, а химическая – второе
место по потреблению тепла, что составляет соответственно 12,6 и 11,0 % от общего потребления тепла в
народном хозяйстве [5 – 7]. Затраты на электроэнергию и различные виды топлива (теплоносителей) для
большинства предприятий этих отраслей относятся к числу основных и становятся сопоставимыми с за-
тратами на сырье. Значительная доля энергозатрат приходится на нагревательные установки, теплообмен-
ники, печи, реакторы и другие аппараты, в которых протекают тепловые процессы. Многие технологиче-
ские процессы протекают в тепловых аппаратах периодического действия.
Традиционно снижение энергетических затрат на производстве в процессах нагрева достигается за
счет:
а) повышения производительности технологического оборудования, уменьшения его простоев в
рабочем состоянии;
б) повышения надежности электротермических аппаратов;
в) улучшения теплоизоляции [8 – 14].
Важным резервом снижения энергопотребления является оптимальное управление динамическими
режимами с учетом изменяющихся состояний функционирования. Теоретические исследования показы-
вают, что при оптимальном управлении снижение энергозатрат в динамических режимах 20 % и более при
условии, что используются алгоритмы синтеза ОУ в реальном времени, реализуемые простыми и дешевы-
ми микропроцессорными устройствами. Наибольший эффект энергосбережения при оптимальном управ-
лении тепловыми аппаратами достигается за счет следующих факторов:
1) оптимальное управление динамическими режимами при нагреве тел;
2) обеспечение достижения требуемой температуры точно в назначенное время (исключаются
потери «заблаговременного» нагрева);
3) устранение отклонений регулируемой величины (режим стабилизации) от заданного значения
с минимумом затрат энергии;
4) использование резервов своевременного отключения энергоносителей (например, за счет оста-
точного тепла разогретого электронагревателя).
Для оценки ожидаемого эффекта от оптимального управления тепловым объектом широко используется эксергетиче-
ский анализ [6, 15]. Этот подход позволяет определить необратимые потери энергии при теплообмене, в частности потери в
окружающую среду, потери, когда вследствие неравенства тепловых эквивалентов теплоносителей возникают неодинако-
вые изменения температур горячего и холодного теплоносителей, и др.
Тепловые аппараты классифицируются по разным признакам. Для решения задач энергосберегающего управления, в
которых первостепенное значение имеют задания минимизируемого функционала и выбор стратегии управления, важную
роль играет классификация объектов по виду используемого энергоносителя и особенностям режимов работы.
Основные классы тепловых объектов, различающиеся видом энергоносителя и соответственно мини-
мизируемого функционала F, представлены на рис. 1.1. Из приведенной схемы видно, что большое число
тепловых объектов используют один вид энергоносителя. Например, в электрических печах сопротивле-
ния, электроводонагревателях, сушилках и др. аппаратах используется электронагрев и в качестве функ-
ционала здесь будет рассматриваться минимум затрат энергии (I
э
) [16, 17]. Широкий класс тепловых объ-
ектов в качестве теплоагентов используют пар, высокоорганические теплоносители, а также продукты
сжигания жидкого или газообразного топлива. К таким объектам относятся теплообменники, бойлеры, пе-

Страницы