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

Simple item page
dc.contributor.authorСтанько В. Ю.
dc.contributor.authorАндріюк А. В.
dc.contributor.authorStanko Volodymyr Yu.
dc.contributor.authorAndriiuk Andrii V.
dc.date.accessioned2026-09-29T11:31:11Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractМета. 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.
dc.description.abstractengPurpose. The main purpose of the study is to develop, synthesize, and parametrically optimize a splitrange proportional-integral-derivative controller for asymmetrical multi-loop heat exchange systems, specifically for applications in the food industry (kvass and brewing production), ensuring minimized integral control errors and rational use of energy resources. Methodology. A heat exchange unit with separated heating and cooling loops, characterized by a pronounced asymmetry of dynamic characteristics along the control channels, was selected as the object of the study. The object is approximated by a first-order model with pure transport delay (FOPDT). The synthesis of the control system with a split range is based on the Siemens TIA Portal environment using the specialized PID_Temp function block. The algorithm applies a two-stage tuning procedure using the Integral Time-weighted Absolute Error (ITAE) criterion to optimize the controller's settings separately for heating and cooling loops. Results. Experimental studies conducted on an industrial Simatic S7-1200 controller confirmed the effectiveness of the approach. The system achieved precise temperature stabilization with an error margin not exceeding ±05, C in steadystate modes. The phenomenon of valve chattering at the split-range point was successfully eliminated by introducing a 0,5% deadband. The ITAE criterion reduced the overshoot to 10,7%, improving the transient time by 15%. Scientific novelty. The study formalizes and proves the effectiveness of automated tuning for highly asymmetric heat exchange objects using a Gain Scheduling strategy within standard PLC functional blocks. It quantitatively establishes the superiority of the ITAE criterion for minimizing transition times and overshoots in such nonlinear thermodynamic systems without requiring external computing units. Practical significance. The developed algorithm enables highly stable temperature support in beverage production processes. It prevents rapid mechanical wear and tear of executive mechanisms, significantly increases actuator lifespan, reduces noise, and improves the overall energy efficiency of the enterprise.
dc.identifier.citationСтанько, В. Ю. Синтез та параметрична оптимізація регулятора з розділеним діапазоном для несиметричних систем теплообміну = Synthesis and parametric optimization of split-range controller for asymmetrical heat exchange systems / В. Ю. Станько, А. В. Андріюк // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2026. – № 1 (504), т. 2. – С. 56–61.
dc.identifier.govdochttps://doi.org/10.15589/znp2026.1(503).2.7
dc.identifier.issn2311-3405 (Print)
dc.identifier.issn2313-0415 (Online)
dc.identifier.urihttps://eir.nuos.edu.ua/handle/123456789/13720
dc.language.isouk
dc.relation.ispartofseriesУДК 681.518:66.045.1
dc.subjectпропорційно-інтегрально-диференціальний регулятор
dc.subjectкерування з розділеним діапазоном
dc.subjectнесиметричні об'єкти
dc.subjectбагатоконтурний теплообмінник
dc.subjectпараметрична оптимізація
dc.subjectінтегральний критерій зваженої абсолютної помилки
dc.subjectproportional-integral-derivative controller
dc.subjectsplit-range control
dc.subjectasymmetrical objects
dc.subjectmulti-loop heat exchanger
dc.subjectparametric optimization
dc.subjectintegral time-weighted absolute error
dc.titleСинтез та параметрична оптимізація регулятора з розділеним діапазоном для несиметричних систем теплообміну
dc.title.alternativeSynthesis and parametric optimization of split-range controller for asymmetrical heat exchange systems
dc.typeСтаття

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
Stanko_ Andriiuk.pdf
Size:
627.47 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download

Collections

№ 1 (504), Том 2, 2026