канд. техн. наук, доц.
г. Магнитогорск
Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor
Magnitogorsk city, 455000, Chelyabinsk Region
канд. техн. наук, доц.
г. Магнитогорск
Magnitogorsk city, 455000, Chelyabinsk Region
студент
г. Магнитогорск
Magnitogorsk city, 455000, Chelyabinsk Region
Рассмотрена задача регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки при возмущающих воздействиях, связанных с резкими и значительными изменениями температуры входного пара. На примере пароперегревательной установки Магнитогорского металлургического комбината показано, что медленное реагирование на такие возмущения систем регулирования по отклонению приводит к нежелательным колебаниям температуры выходного пара. Выполнен обзор известных предложений в области регулирования температуры пара на выходе пароперегревательной установки и определены основные причины снижения качества регулирования, обусловленные наличием значительного запаздывания и непостоянством характеристик объекта управления, что затрудняет упреждающее управление по возмущению. Для управления в подобных условиях предложена система с двумя степенями свободы, комбинирующая пропорционально-интегральный регулятор и регулятор, основанный на нечеткой логике. В предложенной системе изменение управляемого параметра в зависимости от заданного значения регулируется в основном контуре со стандартным регулятором и отрицательной обратной связью, а возмущение устраняется с применением дополнительного контура, также с отрицательной обратной связью, регулятором на основе нечеткой логики и моделью объекта без компонента, учитывающего запаздывание. Для случая точной информации о свойствах объекта определены особенности взаимодействия контуров, при которых контур отработки задания не будет реагировать на возмущения по температуре входного пара, что обеспечивает возможность раздельной настройки регуляторов контуров. При этом влияние запаздывания на качество регулирования при возмущениях по температуре входного пара проявляется только в смещении во времени траектории переходного процесса на величину запаздывания, что соответствует идее предиктора Смита. Система ориентирована на синтез правил нечеткой логики и уточнение параметров используемой при регулировании модели на основе результатов автоматизированного компьютерного имитационнного моделирования управления. Предложена структурная модификация системы управления, позволяющая компенсировать остаточные ошибки регулирования, связанные с нелинейностью нечеткого регулятора, что уменьшает требования к числу параметров настройки, значения которых подбираются на основе затратного в вычислительном плане имитационного моделирования. Представлены результаты компьютерных вычислительных экспериментов по сравнению эффективности управления с использованием предложенной системы, а также системы с применением только стандартного регулятора. Компьютерное моделирование осуществлялось в среде MATLAB Simulink. Показано, что комбинированная система регулирования температуры пара имеет лучшие показатели качества.
This paper discusses the issue of adjusting the temperature of steam exiting a superheater in an environment that is affected by perturbations due to the sudden and significant fluctuations in the inlet steam temperature. Using the superheater at the Magnitogorsk Iron & Steel Works as an example, we highlight that a slow response to the aforementioned perturbations in the systems that adjust for deviations leads to undesired rises and drops in the outlet steam temperature. We review the current suggestions on adjusting the temperature of steam exiting a superheater and determine the main reasons behind the drop in adjustment quality. These reasons are related to a significant lag and the variability of the control object’s features, which make preemptive perturbation control difficult. In order to control such environments, we propose a system with two degrees of freedom, which combines a proportional-integral controller and a fuzzy logic-based controller. In the system that we are proposing, the changes in the controlled parameter (depending on the input value) are adjusted within the main loop that has a standard controller and negative feedback, while the perturbations are removed by using a secondary loop, which also has negative feedback, a fuzzy logic-based controller, and a simulation of the object without the component that accounts for the lag. For situations when the information on the object’s features is precise, we describe the specifics of the loops’ interaction, specifically in cases when the task processing loop does not respond to the perturbations in the inlet steam temperature, thus allowing for setting up the loops’ controllers separately. In situations when the inlet steam temperature is experiencing perturbations, the impact of the lag on adjustment quality only becomes evident when the trajectory of the transition process shifts along the time scale by a lag value, which is completely in line with the Smith predictor principles. The system is focused on synthesizing the fuzzy logic rules and refining the parameters of the simulation used for adjustment purposes, based on the results of automated computer-aided control simulation. We propose a structural modification of the control system that makes it possible to compensate for any residual control errors caused by the non-linear structure of the fuzzy controller; this reduces the number of requirements for those set-up parameters where the value selection is based on the needs of simulation modeling, which requires a lot of computing resources. We demonstrate the results of simulation experiments that compare the efficiency of control using the system suggested and the efficiency of control using a system with a standard controller only. The computer simulation was performed in the MATLAB Simulink environment. We reaffirm that a combined control system performs better when adjusting the steam temperature.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.