Динамическая модель тепломассообмена для водяного охладителя промышленного кондиционера

Розглядається математичне моделювання процесів тепло- і масообміну для водяного охолоджувача, який використовується в системах штучного мікроклімату для охолодження та осушування повітря. На основі рівнянь матеріального та теплового балансів отримано дві рівноцінні моделі, які дають змогу проводити моделювання перехідних процесів у охолоджувачі за основними каналами регулювання та збурення. Вибір динамічної моделі визначається методами синтезу системи керування промислового кондиціонера. Для підвищення точності математичних розрахунків у статті пропонується експериментальне визначення коефіцієнтів тепло- та масовіддачі, що дає можливість адаптувати динамічну модель до конкретних умов функціонування водяного охолоджувача. Запропоновані математичні залежності зручно реалізуються у середовищі MatLab. Наведено приклад моделювання перехідних процесів для водяного охолоджувача CVP2-СW4 кондиціонера CV-P 2L N-63B/F-N, який виготовлено компанією VTS CLIMA. Отримані перехідні процеси мають аперіодичний характер без запізнення. За характером перехідних процесів для керування водяним охолоджувачем можна рекомендувати ПІ-регулятор. Динамічна модель водяного охолоджувача може використовуватися спеціалістами з автоматизації для аналізу та настройки параметрів систем керування промисловими кондиціонерами.Mathematical modelling of processes heat-mass exchange for a water cooler, which is used in systems of an artificial microclimate for cooling and air unwatering, is observed. Based on the equations of material and thermal balance two equivalent models allowing to spend modelling of transients in a cooler on the basic channels of regulating and perturbation are gained. Sampling of dynamic model is defined by methods of a control system synthesis of the industrial air conditioner. For raise of accuracy of mathematical calculations in paper experimental definition of factors heat-mass exchange, which allows adapting dynamic model for concrete operating conditions of a water cooler, is offered. The offered mathematical dependences are conveniently realized in the environment of MatLab. The instance of modelling of transients for water cooler CVP 2-SW4 air conditioner CV-P 2L N-63B/F-N which is manufactured by company VTS CLIMA is resulted. The gained transients have aperiodic character without delay. On character of transients, for management of a water cooler it is possible to recommend the PI-regulator. The dynamic model of a water cooler can be used by specialists on automation for the analysis and adjustment of parametres of control systems of industrial air conditioners.Рассматривается математическое моделирование процессов тепло- и массообмена для водяного охладителя, который используется в системах искусственного микроклимата для охлаждения и осушения воздуха. На основе уравнений материального и теплового баланса получены две равноценные модели, которые позволяют проводить моделирование переходных процессов в охладителе по основным каналам регулирования и возмущения. Выбор динамической модели определяется методами синтеза системы управления промышленного кондиционера. Для повышения точности математических расчетов в статье предлагается экспериментальное определение коэффициентов тепло- и массоотдачи, которые позволяют адаптировать динамическую модель к конкретным условиям функционирования водяного охладителя. Предложенные математические зависимости удобно реализуются в среде MatLab. Приведен пример моделирования переходных процессов для водяного охладителя CVP 2-СW4 кондиционера CV-P 2L N-63B/F-N, который изготовлен компанией VTS CLIMA. Полученные переходные процессы имеют апериодический характер без запаздывания. По характеру переходных процессов для управления водяным охладителем можно рекомендовать ПИ-регулятор. Динамическая модель водяного охладителя может использоваться специалистами по автоматизации для анализа и настройки параметров систем управления промышленных кондиционеров

Синтез оптимального линейно-квадратичного цифрового регулятора для промышленного кондиционера с паровым увлажнителем

Для промислових комплексів штучного мікроклімату (ПКШМ) запропонована методика розробки комплексної математичної моделі промислового кондиціонера у просторі стану, що передбачає аналіз структури автоматичної системи керування (АСК) та розробки відповідних алгоритмів керування. На основі розробленої методики отримано комплексну модель для технологічних схем промислових кондиціонерів як єдиного багатовимірного об’єкта керування. Для запропонованої методики використовуються динамічні моделі кліматичного обладнання у просторі стану. Для загальної моделі ПКШМ представлено матриці, які визначають комплексну модель промислового кондиціонера із паровим зволожувачем. Розроблено алгоритм синтезу багатовимірного лінійно-квадратичного цифрового регулятора (ЛКЦР) для ПКШМ. Розглянута задача синтезу оптимального ЛКЦР і синтезована матриця зворотного зв’язку ЛКЦР, яка за параметрами стану об’єкта керування визначає траєкторію вектора оптимального впливу, що мінімізує квадратичний критерій. Від класичної процедури синтезу ЛКЦР запропонований алгоритм відрізняється наявністю логічного вибору обладнання для здійснення оптимального керування. Такий підхід дозволяє переосмислити синтез АСК кондиціонера на основі розмежування взаємного впливу регулюючих параметрів. Це дозволяє перевести систему керування кондиціонером на якісно новий рівень і забезпечує ефективне використання енергоресурсів для систем штучного мікроклімату. Отримані розрахункові формули рекомендується застосовувати фахівцям з автоматизації для проектування систем керування й оптимізації існуючих.For industrial complexes artificial microclimate (ICAM) proposed a methodology to develop a comprehensive mathematical model of industrial air conditioning in the space of a condition that involves the analysis of the structure of an automatic control system (ACS) and the development of appropriate control algorithms. On the basis of the developed methodology received a comprehensive model for technological schemes of industrial air conditioners as a single multidimensional control object. For the proposed methods use dynamic models of climatic equipment in the space of States . For the General model ICAM presents matrices that define a comprehensive model of industrial air conditioner with a steam humidifier. The algorithm of synthesis of multidimensional linear-quadratic digital controller (LQDC) for ICAM developed. The problem of synthesis of optimal LQDC considered and synthesized matrix feedback LQDC, which the state parameters of the control object determines the trajectory of the vector of optimal exposure that minimizes the quadratic criterion. From the classical procedure of synthesis LQDC the proposed algorithm is characterized by the presence of the logical selection of accessories for optimal control. This approach allows us to rethink the synthesis of ACS, as air conditioning is based on the separation of the mutual impact of the regulatory options. This allows you to transfer the control system is conditioned to a qualitatively new level and ensures the efficient use of energy for artificial microclimate systems. The obtained formulas are recommended experts on design automation of control systems and optimization of existing ones.Для промышленных комплексов искусственного микроклимата (ПКИМ) предложена методика разработки комплексной математической модели промышленного кондиционера в пространстве состояний, что предполагает анализ структуры автоматической системы управления (АСУ) и разработку соответствующих алгоритмов управления. На основе разработанной методики получена комплексная модель для технологических схем промышленного кондиционера как единого многомерного объекта управления. Для предложенной методики используются динамические модели климатического оборудования в пространстве состояний. Для общей модели ПКИМ представлено матрицы, которые определяют комплексную модель промышленного кондиционера с паровым увлажнителем. Разработан алгоритм синтеза многомерного линейно-квадратичного цифрового регулятора (ЛКЦР) для ПКИМ. Рассмотрена задача синтеза оптимального ЛКЦР и синтезирована матрица обратной связи ЛКЦР, которая по параметрам состояния объекта управления определяет траекторию вектора оптимального воздействия, который минимизирует квадратичный критерий. От классической процедуры синтеза ЛКЦР предложенный алгоритм отличается наличием логического выбора оборудования для осуществления оптимального управления. Такой подход позволяет переосмыслить синтез АСУ кондиционера на основе разграничения взаимного влияния регулирующих параметров. Это позволяет перевести систему управления кондиционером на качественно новый уровень и обеспечивает эффективное использование энергоресурсов для систем искусственного микроклимата. Полученные расчетные формулы рекомендуется применять специалистам по автоматизации проектирования систем управления и оптимизации существующих

Оптимизация системы управления по модульному критерию качества

Розглядається інженерний метод оптимального налаштування аналогового ПІ регулятора. Для оптимізації систем керування запропоновано інтегральний критерій якості з мінімізацією керуючого впливу. З використанням методів оптимізації для одноконтурної системи керування чисельно визначена функціональна залежність оптимальних параметрів регулятора від динамічних властивостей об'єкта керування. Проведено порівняння результатів моделювання перехідних процесів у системі керування з використанням запропонованих та існуючих функціональних залежностей. Розрахункові формули відрізняються від існуючих простою структурою, високою точністю пошуку та забезпечують ефективне керування.The engineering method of optimal tuning of analog PI regulator is considered. The integral criterion of quality control with the minimization of control action for optimization of control systems is proposed. The difference of quality criteria from another is correct accounting of control action to technological process. That allows to minimize the material and/or power resources consumption at management of industrial assemblies. The functional correlation between regulator optimal parameters from the dynamical features of the control object using the methods of optimization theory for one-loop control system is numerically obtained. The results comparison of modeling of transient process in a control system with use of the introduced and existing functional dependences is researched. The design formulas as distinct from existing have a simple structure, high precision of the search and provide the effective control. The design formulas are recommended to use by specialists in automation for control system design and optimization of the existing.Рассматривается инженерный метод оптимальной настройки аналогового ПИ регулятора. Для оптимизации систем управления предложен интегральный критерия качества с минимизацией управляющего воздействия. Используя методы теории оптимизации для одноконтурной системы управления, численно определена функциональная взаимосвязь оптимальных параметров регулятора от динамических свойств объекта управления. Проведено сравнение результатов моделирования переходных процессов в системе управления с использованием предложенных и существующих функциональных зависимостей. Расчетные формулы отличаются от существующих простой структурой, высокой точностью поиска и обеспечивают эффективное управление

Синтез системы управления искусственным микроклиматом с использованием относительной влажности и влагосодержания воздуха в качестве параметра стабилизации

Розглядається синтез автоматичної системи керування (АСК) промислового кондиціонера в рамках єдиного комп’ютерно-інтегрованого комплексу із врахуванням технологічних зв’язків між кліматичним обладнанням, який передбачає, що у просторі стану із наявних математичних моделей кліматичного обладнання отримано комплексну динамічну модель промислового кондиціонера. В якості параметрів регулювання АСК промислових комплексів штучного мікроклімату (ПКШМ) запропоновано використовувати температуру та вологовміст повітря. Такий підхід дозволяє розмежувати вплив між контурами регулювання температури та вологості для єдиного матеріального потоку повітряної суміші. Якщо у двовимірній АСК ПКШМ в контурі регулювання вологості використовується вологовміст, інтегральні показники якості покращуються у 1.5 – 2 рази, також зменшується коливніть та тривалість перехідних процесів.The synthesis of the automatic control system (ACS) of industrial conditioner is examined within the framework of the single computer-integrated complex taking into account technological connections between a climatic equipment, that provides for that in space of the state from the present mathematical models of climatic equipment the complex dynamic model of industrial conditioner is got. In order to avoid the additional cooling and repeating of heating of air the modified method of management is realized in the "optimal mode" for that as parameters of adjusting ACS of industrial complexes of artificial microclimate (ICAM) it is suggested to use temperature and moisture content of the air. Such approach allows to dividing influence between the contours of adjusting of temperature and humidity for the single material stream of air mixture. A synthesis of ACS for an industrial conditioner is conducted, where or relative humidity, or moisture content of air, is used in the contour of adjusting of humidity. The quality of synthesized control system has been studied on the channels of indignation at equal terms. Basic principles of synthesis modern automatic control system for industrial conditioner are considered for a concrete example, that differ from traditional on such points. Firstly, it is an analysis of dynamics of heat- and mass-transfer of equipment of conditioner with creation of complex models of ICAM as a single object of management in the coordinates of temperature and moisture content of air. Secondly, cross-coupling of contours of adjusting of temperature and humidity did differentiation due to using of temperature and moisture content of air as parameters of adjusting. Thirdly, modern algorithms used for synthesis of optimal ACS ICAM. It is possible to draw a conclusion on the research, that the use of moisture content of air instead of relative humidity of air in the contour of stabilizing of humidity allows delimiting a cross-coupling between the contours of adjusting of temperature and humidity in two-dimensional ACS ICAM. If in two-dimensional ACSICAM in the contour of adjusting of humidity the moisture content is used, the integral indexes of quality in 1.5 – 2 times, as well as the shake and duration of transients diminish. The offered principles can be used by specialists on automation for an analysis and tuning of parameters of control system by industrial conditioners.Рассматривается синтез автоматической системы управления (АСУ) промышленного кондиционера в рамках единого компьютерно-интегрированного комплекса с учетом технологических связей между климатическим оборудованием, который предусматривает, что в пространстве состояния из имеющихся математических моделей климатического оборудования получена комплексная динамическая модель промышленного кондиционера. В качестве параметров регулирования АСУ промышленных комплексов искусственного микроклимата (ПКИМ) предложено использовать температуру и влагосодержание воздуха. Такой подход позволяет разделить влияние между контурами регулирования температуры и влажности для единого материального потока воздушной смеси. Если в двумерной АСК ПКИМ в контуре регулирования влажности используется влагосодержание, интегральные показатели качества улучшаются в 1.5 - 2 раза, также уменьшается колебательность та длительность переходных процессов

OPTYMALIZACJA STEROWNIKA CYFROWEGO DLA SYSTEMU REGULACJI STOCHASTYCZNEJ

The article deals with the synthesis of an optimal digital controller for a stochastic plant. In order to optimize the control system, an integral quality criterion together with minimization of the controlled parameter variance that is offered here, besides the control actions the control objects are taken into account. Using the methods of optimization theory for a single-loop control system, the structure and parameters of the digital regulator are determined. The structure of the digital controller is analysed from the parameters of the quality criterion and the mathematical description of the control object. An example of the synthesis of a digital controller for an automatic control system for the air temperature at the output of the CV-P°2L°N-63B/F-N ceiling conditioner, which showed the efficiency of the digital controller when compensating for random disturbances, is given here. The obtained results are recommended to be used by the specialists on automation for the control system design as well as optimization of the existing ones.Artykuł dotyczy syntezy optymalnego sterownika cyfrowego dla stochastycznego obiektu kontrolnego. Aby zoptymalizować system regulacji, zaproponowano integralne kryterium jakości z minimalizacją wariancji kontrolowanego parametru, oprócz  działań kontrolnych obiektów sterujących. Wykorzystując metody teorii optymalizacji dla jednopętlowego systemu sterowania, określana jest struktura i parametry sterownika cyfrowego. Strukturę kontrolera cyfrowego przeanalizowano na podstawie parametrów kryterium jakości i opisu matematycznego obiektu kontrolnego. Podano przykład syntezy kontrolera cyfrowego dla automatycznego systemu kontroli temperatury powietrza na wyjściu klimatozatora CV-P°2L°N-63B/F-N, który pokazał wydajność cyfrowego regulatora przy kompensacji zakłóceń losowych. Uzyskane wyniki są zalecane do wykorzystania przez specjalistów w dziedzinie automatyki przy projektowaniu i optymalizacji już istniejących systemów regulacji

NIESTACJONARNY MODEL WYMIANY CIEPŁA I MASY DLA NAWILŻACZA PAROWEGO

The dynamical model of heat-mass exchange for a steam humidifier with lumped parameters, which can be used for synthesis of control systems by inflowing-exhaust ventilation installations, or industrial complexes of artificial microclimate, is considered. A mathematical description that represents the dynamical properties of a steam humidifier concerning the main channels of control and perturbation is presented. Numerical simulation of transient processes for the VEZA KCKP-20 humidification chamber to the influence channels was carried out. The achieved dynamical model of a humidification chamber can be the basis for the synthesis of automatic control systems and simulation of transient states. A significant advantage of the obtained mathematical model in the state space is the possibility of synthesis and analysis of a multidimensional control system.Rozważono model dynamiczny wymiany ciepła i masy nawilżacza parowego o parametrach skupionych, który można zastosować do syntezy układów sterowania przez instalacje wentylacyjne nadmuchowo-wywiewne lub przemysłowe kompleksy sztucznego mikroklimatu. Przedstawiono opis matematyczny przedstawiający właściwości dynamiczne nawilżacza parowego dotyczące głównych kanałów regulacji i zaburzeń. Przeprowadzono symulację numeryczną procesów przejściowych dla komory nawilżającej VEZA KCKP-20 z kanałami wpływowymi. Powstały model dynamiczny komory nawilżania może być podstawą do syntezy automatycznych układów sterowania i symulacji stanów nieustalonych. Istotną zaletą uzyskanego modelu matematycznego w przestrzeni stanu jest możliwość syntezy i analizy wielowymiarowego układu sterowania