Bakošová, M., Fikar, M., Čirka, Ľ.: Základy automatizácie. Laboratórne cvičenia zo základov automatizácie. STU, Bratislava 2003. Kap. 10: experimentálne metódy syntézy regulátora.
prednášky
Forma cvičenia: samostatná práca
Cieľ cvičenia: navrhnúť riadenie chemického reaktora s významnou poruchou na vstupe
Opis reaktora:
Chemický reaktor, ktorý treba riadiť, je prietokový chemický reaktor s dokonalým miešaním reakčnej zmesi.
Prebiehajú v ňom dve paralelné exotermické reakcie 1. poriadku typu: z východiskovej látky A vzniká pri optimálnej teplote
produkt B, ale pri teplote vyššej než je optimálna teplota vzniká z východiskovej látky A nežiadúci produkt C.
Aby neprebiehala konkurenčná paralelná reakcia, treba v reaktore zabezpečiť dosiahnutie optimálnej teploty.
Riadená veličina je teda teplota reakčnej zmesi J a riadiaca veličina je prietok chladiaceho média qc.
Porucha, ktorá sa vyskytuje na vstupe do reaktora, je meniaca sa teplota Jcv vstupného prúdu chladiaceho média, ktorý vstupuje do plášťa reaktora . Táto teplota je najprv
298K, v čase 100min sa Jcv zmení na hodnotu 328K a v čase 200min opäť poklesne, ale až na teplotu 293K.
Hodnoty riadiacej veličiny qc a stavových veličín na začiatku sú:
prietok chladiaceho média: qcs= 0,004 m3min-1;
koncentrácia látky A: cAs= 0,49 kmol m-3;
koncentrácia látky B: cBs = 2,00 kmol m-3;
koncentrácia látky C: cCs= 1,72 kmol m-3;
teplota reakčnej zmesi: Js = 363,61 K;
teplota chladiaceho média v plášti reaktora: Jcs = 350,15 K.
Pri riadení predpokladajte, že žiadaná optimálna hodnota teploty reakčnej zmesi v reaktore je 359K.
Pri tejto teplote sa získa maximálne množstvo produktu B. Teplotu treba riadiť s presnosťou na 1K.
Úlohy:
V predošlej časti cvičenia bol navrhnutý pomocný regulátor, ktorého úlohou je zabezpečiť, aby sa zmenou prietoku chladiaceho média zabezpečila požadovaná teplota v plášti reaktora. Teraz treba navrhnúť hlavný regulátor.
Urobte syntézu hlavného regulátora. Kvôli syntéze hlavného regulátora:
Identifikujte prenos, ktorý opisuje vplyv teploty v plášti reaktora Jc na teplotu reakčnej zmesi v reaktore J. Identifikáciu treba urobiť tak, že pomocný regulačný obvod je už v činnosti. Pre identifikáciu prenosu simulujte odozvu systému (pomocný regulačný obvod + ďalší subsytém riadeného systému) pomocou programu rsekopch na skokovú zmenu teploty v plášti reaktora v čase t0=10min z pôvodnej hodnoty Jcs na hodnotu o 15K nižšiu.
Identifikovaný prenos porovnajte s pôvodným systémom pomocou ich odozvy na skokovú zmenu teploty v plášti reaktora Jc z pôvodnej hodnoty Jcs na hodnotu o 15K nižšiu (program rsekonp) .
Ak je identifikovaný prenos dobrý, navrhnite pomocou neho známymi metódami hlavný regulátor ako PI regulátor.
Odsimulujte riadenie reaktora s poruchami pomocou rozvetveného spätnoväzbového obvodu riadenia (RSOR) s pomocnou riadenou veličinou, t.j. pomocou kaskádovej regulácie. Použite program rekarsm. Máte k dispozícii pomocný P regulátor a niekoľko hlavných PI regulátorov. Vyskúšajte všetky ich kombinácie. Pri každej kombinácii Vyhodnoťte maximálne preregulovanie po prvom výskyte poruchy a maximálne preregulovanie po druhom výskyte poruchy. Vyberte najlepší hlavný regulátor.
Ešte raz odsimulujte riadenie reaktora s poruchami pomocou kaskádovej regulácie pomocou pomocného regulátora z minulého cvičenia a najlepšieho hlavného PI regulátora (opäť program rekarsm). Výsledky spracujte graficky a porovnajte s výsledkami riadenia reaktora s poruchami len pomocou jednoduchého spätnoväzbového obvodu riadenia (JSOR).
Z cvičenia vypracujte protokol.
V závere zhodnoťte použitie JSOR a kaskádovej regulácie pri riadení chemického reaktora s poruchami.
Nové súbory k cvičeniu (3 súbory):