Синтез та параметрична оптимізація регулятора з розділеним діапазоном для несиметричних систем теплообміну

Abstract

Мета. Основною метою дослідження є розробка, синтез та експериментальна верифікація методики параметричної оптимізації пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора з розділеним діапазоном (Split-Range) для асиметричних багатоконтурних систем теплообміну. Дослідження спрямоване на мінімізацію інтегральної помилки регулювання та забезпечення раціонального використання енергоресурсів на підприємствах харчової промисловості (зокрема у виробництві квасу та пивоварінні). Методика. Динамічні процеси теплообмінника апроксимовано моделлю першого порядку з чистим транспортним запізненням (FOPDT). Синтез системи керування реалізовано в середовищі Siemens TIA Portal з використанням спеціалізованого функціонального блоку PID_Temp. Параметрична оптимізація регулятора здійснюється за допомогою інтегрального критерію зваженої абсолютної помилки (ITAE) для двох незалежних наборів параметрів (канали нагріву та охолодження). Результати. Експериментальні дослідження, проведені на базі промислового контролера Simatic S7-1200 діючої установки, підтвердили ефективність розробленої методики. Досягнуто стабілізації температури з похибкою, що не перевищує ±05, C в усталеному (квазістаціонарному) режимі. Усунуто явище автоколивань виконавчих механізмів (цокотіння клапанів) у точці розділення діапазонів завдяки введенню зони нечутливості у 0,5%. Застосування критерію ITAE дозволило зменшити величину перерегулювання до 10,7% та скоротити час перехідного процесу приблизно на 15%. Наукова новизна. У роботі формалізовано метод автоматизованого налаштування для сильно асиметричних об'єктів теплообміну з використанням стратегії Gain Scheduling на рівні базових функціональних блоків ПЛК, без застосування зовнішніх обчислювачів. Кількісно доведено перевагу критерію ITAE для мінімізації часу перехідного процесу та перерегулювання у подібних нелінійних термодинамічних системах. Практична значимість. Розроблений алгоритм забезпечує стабільну підтримку температурних режимів у процесах обробки сусла. Впровадження методики запобігає механічному зносу виконавчих механізмів, підвищує ресурс роботи обладнання, знижує рівень шуму та сприяє загальному підвищенню енергоефективності харчових виробництв. Запропоноване рішення легко масштабується на інші технологічні процеси.