Príprava na cvičenie:
Bakošová, M., Fikar, M., Čirka, Ľ.: Základy automatizácie. Laboratórne cvičenia zo základov automatizácie. STU, Bratislava 2003. Kap. 10: experimentálne metódy syntézy regulátora.
Materiál o vybraných experimentálnych metódach syntézy PID regulátorov.
Forma cvičenia: samostatná práca
Cieľ cvičenia: navrhnúť regulátor pre riadenie chemického reaktora
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.
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:
Identifikujte reaktor ako sústavu vyššieho rádu s dopravným oneskorením. Pre identifikáciu náhradného prenosu reaktora simulujte prechodovú charakteristiku (program reaksm) tak, že qc sa v čase t0=10min zmení skokom z pôvodnej hodnoty qcs=0,004 m3min-1 na hodnotu qc = 0,01m3min-1.
Identifikovaný prenos porovnajte s pôvodným nelinárnym modelom reaktora pomocou ich odozvy na skokovú zmenu prietoku chladiaceho média z pôvodnej hodnoty qcs=0,004 m3min-1 na hodnotu qc = 0,013min-1(program reaknpsm).
Identifikujte reaktor ako sústavu 1. rádu s dopravným oneskorením.
Identifikovaný prenos 1. rádu porovnajte s pôvodným nelinárnym modelom reaktora pomocou ich odozvy na skokovú zmenu prietoku chladiaceho média z pôvodnej hodnoty qcs=0,004 m3min-1 na hodnotu qc = 0,013min-1(program reaknpsm).
Každou zo známych metód navrhnite podľa možnosti jeden P regulátor a jeden regulátor s I zložkou.
Simulujte riadenie reaktora navrhnutými regulátormi pomocou programov reakrasm (Aströmov regulátor) a reakrsm (všetky ostatné). 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 (parameter d pri simulácii riadenia).
Navrhnuté regulátory porovnajte na základe známych ukazovateľov kvality: času regulácie a trvalej regulačnej odchýlky. Výsledky spracujte do tabuľky.
Z cvičenia vypracujte protokol. Protokol musí obsahovať riešenia alebo odpovede ku všetkým bodom zadania v takej forme, aby bolo možné overiť ich správnosť. V závere protokolu uveďte, ktorý z regulátorov by ste použili na riadenie opísaného reaktora v praxi a prečo.
Nové súbory k cvičeniu (6 súborov):