Определение динамических характеристик теплогенерирующих объектов с помощью случайных воздействий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение динамических характеристик теплогенерирующих объектов с помощью случайных воздействий

Повышение надежности и экономичности установок, тем или иным образом связанных с генерированием тепловой энергии, зависит от работы рационально спроектированной тепловой схемы, широкого внедрения энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, экономии топлива, тепловой и электрической энергии. Это относится, как непосредственно к установкам, производящим тепло [1, 6], так и другим, связанным с тепловой энергией системам, таким как системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Во всех случаях экономичность установок зависит от правильного выбора регулятора температуры, его закона регулирования, а это, в свою очередь, зависит от динамических характеристик объекта регулирования - теплогенерирующего устройств или двигателя внутреннего сгорания [2, 3].

Целью представленной работы является идентификация объекта, т.е. определение коэффициентов уравнения динамики по его реакции на случайное воздействие.

Для определения коэффициентов уравнений требуется постановка специальных исследований [2, 5]. Их результаты позволяют сравнительно быстро получить математическое описание объекта. Вследствие этого они получили широкое распространение при исследовании динамики объектов для целей автоматизации.

Переходные процессы в линейном объекте с сосредоточенными параметрами однозначно описываются линейными дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами [3].

Определение коэффициентов уравнений исследуемых объектов может производиться экспериментальным путем, как реакция исследуемого устройства на задающее воздействие. В реальных условиях работы задающее воздействие может быть любой функцией времени. Более того, она может менять свой характер при переходе от одного режима работы системы к другому. Чтобы не решать каждый раз частную задачу исследования динамики элемента при конкретном входном сигнале, а получить довольно полное представление о динамических свойствах элемента в результате одного решения уравнения динамики, целесообразно ввести некоторое типовое задающее воздействие, которое отражает наиболее вероятный режим работы элементов.

В качестве типовых задающих воздействий используют единичное ступенчатое воздействие, дельта-функцию Дирака, гармонический сигнал [5, 6].

Приведенные методы определения динамических характеристик объектов с помощью подачи на вход исследуемого канала испытательного воздействия не всегда применимы. В этих случаях для определения динамических характеристик могут быть использованы статистические характеристики сигналов на входе и выходе объекта, имеющих место в процессе его нормальной эксплуатации.

Задача разбивается на два этапа:

1. Определение статистических характеристик случайных процессов, воздействующих на объект.

2. Вычисление по ним характеристики исследуемого объекта.

Как теплогенератор, так и система охлаждения двигателя [2, 5] являются системами, охваченными отрицательной обратной связью через регулятор. В этом случае входной случайный процесс, определяемый рядом возмущений, оказывается коррелированным через обратную связь с шумом. В этом случае импульсная функция исследуемого объекта имеет вид

(1)

Затем решение проводят различными методами, например, методом перебора коэффициентов импульсной функции с минимизацией среднеквадратичной ошибки аппроксимации.

Передаточная функция теплогенераторов искалась в виде

(2)

тепловой энергия динамический

Такой вид передаточной функции вызван тем, что процесс теплоотдачи от газа к теплоносителю в котле происходит через достаточно толстую стенку, тепловую инерционность которой необходимо учесть [1, 6]. Ей соответствует уравнение кривой разгона

(3)

где: k₀ - коэффициент усиления, t₀ - время транспортного запаздывания, T - постоянная времени.

При экспериментах в качестве исходных данных использованы записи температуры теплоносителя на выходе объекта и расхода топлива на входе, которые осуществлялись стандартными приборами [4].

Выполненные эксперименты и их анализ позволил сделать следующие выводы.

1. Общий вид передаточной функции теплогенерирующих установок может быть представлен в виде статического звена третьего порядка и звена транспортного запаздывания.

2. Предложенный метод определения передаточной функции с помощью случайных входных воздействий дает хорошее совпадение с результатами активного эксперимента (эксперименты выполнялись на котельных установках КВ-ГМ-10, ТВГ-8М, КСВ, ДЕ-4-13ГМ). В таблице приведено сравнение экспериментальных данных, полученных в результате активного эксперимента и обработкой реакции на случайное воздействие.

Динамические характеристики теплогенерирующих установок

Литература

1. Андрийчук Н.Д. Термодинамика для инженеров - строителей / Н.Д. Андрийчук, Е.А. Иващенко, А.А. Коваленко. - Луганск.: Изд-во СНУ им. В. Даля, - 304 с.

2. Кулешова Э.И. Динамическая статистика теплогенерирующих объектов / Э.И. Кулешова, А.А. Коваленко, Я.А. Гусенцова. - Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля №18 (207). - Луганськ. Вид. СНУ ім. В. Даля. 2013 р. - С. 29 - 32.

3. Регуляторы в системах воздушного отопления и вентиляции / Я.А. Гусенцова [и др.]. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2006. - 141 с.

4. Бородин И.Ф. Автоматизация технологических процессов / И.Ф. Бородин, О.А. Судник. - М.: Колос, - 344 с.

5. Elizabeth Gusentsova. Influence of Aerodynamic Characteristics on the Heat Exchange in the Cooling Systems. TEKA, Vol. 12. #3, Lublin, 2012, p. 46-50.

6. Klaus Landerheinecke. Thermodynamik fьr Ingenieuren / K. Landerheinecke, P. Gany, E. Satter. - Vieveqes Fashbьsher Der Technik, 2003. - 336 p.

Размещено на Allbest.ru