Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Инженерные технические системы теплоснабжения и кондиционирования воздушной среды промышленных предприятий, как объекты автоматизации 10
1.1. Производственный микроклимат промышленных предприятий и его влияние на эффективность выполнения технологических процессов 10
1.2. Функциональные задачи инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования параметров воздушной среды 23
1.3. Обоснование методов автоматического регулирования параметров инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий 40
1.4. Анализ существующих технических решений автоматизации процессов теплоснабжения и кондиционирования 58
ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 67
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование параметров автоматического регулирования микроклимата производственных помещений 71
2.1. Зависимость параметров регулирования от теплообменных процессов при взаимосвязанной работе инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования 71
2.2. Исследование статических и динамических характеристик систем теплоснабжения и кондиционирования воздушной среды 76
2.3. Обоснование значений коэффициентов усиления воздухонагревателей и оросительной камеры 80
2.4. Методика расчета количественных значений регулируемых параметров инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования производственных помещений 88
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2 102
ГЛАВА 3. Разработка адаптивных систем автоматического регулирования процессов теплоснабжения и кондиционирования промышленных предприятий 103
3.1. Математическая модель системы автоматического регулирования параметров микроклимата: 103
3.2. Структура построения адаптивных систем автоматического регулирования процессами теплоснабжения и кондиционирования воздушной среды 113
3.3. Разработка автономных САР тепловлажностных параметров воздуха в кондиционируемом помещении с переменным теплоснабжением и влаговыделением 126
3.4. Технические решения по разработке адаптивной системы автоматического регулирования режимами работы устройств теплоснабжения и кондиционирования 139
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 145
ГЛАВА 4. Синтез системы автоматического регулирования процессом теплоснабжения и кондиционирования 146
4.1. Определение динамической погрешности регулирования параметров воздушной среды 146
4.2. Расчет оптимальных коэффициентов пропорциональности и времени интегрирования регуляторов 151
4.3. Обоснование показателей устойчивости работы технических средств автоматизации процессов инженерных систем 156
4.4. Определение коэффициентов коррекции регулятора при отклонении температуры от заданного значения 162
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4 164
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования. разработанных систем управления режимами работы инженерных устройств стабилизации микроклимата промышленных предприятий 165
5.1. Методика проведения эксперимента 165
5.2. Экспериментальное исследование температурных полей для определения мест монтажа первичных преобразователей 167
5.3. Экспериментальное исследование динамики работы первичных преобразователей температуры и влажности 171
5.4. Экспериментальное исследование динамики систем управления при различных режимах работы 174
5.5. Экспериментальное исследование адаптивной системы регулирования теплоснабжением в производственном помещении ОАО«ЗЭиМ» 183
Выводы к главе 5 189
Основные выводы и результаты работы 190
Литература 193
4
- Функциональные задачи инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования параметров воздушной среды
- Исследование статических и динамических характеристик систем теплоснабжения и кондиционирования воздушной среды
- Разработка автономных САР тепловлажностных параметров воздуха в кондиционируемом помещении с переменным теплоснабжением и влаговыделением
- Определение коэффициентов коррекции регулятора при отклонении температуры от заданного значения
Введение к работе
Увеличение объемов выпуска высококачественной продукции в радиоэлектронной, пищевой, химической, текстильной промышленности, повышенные требования к обслуживанию средств вычислительной техники, к микроклимату медицинских учреждений и зданий архивного назначения требуют необходимых технологических и эксплуатационных режимов работы инженерных систем (ИС) теплоснабжения (ТС) и кондиционирования воздуха (KB) промышленных предприятий (рис. 1.1).
Эксплуатационные режимы работы ИС производственных помещений характеризуются нестабильностью поддержания заданных параметров микроклимата, а это приводит к существенным расходам энергоносителей, рост цен на которые во всем мире определяет тенденцию к развитию технологий и мероприятий, обеспечивающих эффективное расходование энергетических ресурсов. В целом по стране на теплоснабжение промышленных предприятий расходуется около одной трети энергетических ресурсов.
В период перехода на экономические рыночные отношения в РФ ведется крупномасштабная работа по экономии всех видов энергоресурсов. Усиливаются товарно-денежные отношения, постоянный рост на энергоносители заставляет производителей и потребителей энергии делать оценку стоимости и искать эффективные направления ее экономии.
Без поддержания заданных параметров воздушной среды невозможно обеспечить микроклимат в технологических цехах промышленных предприятий, а так же качественное функционирование многих технологических процессов в различных областях промышленности, позволяющие обеспечить повышение производительности труда, улучшение качества выпускаемой продукции и снижении ее брака. По данным литературных источников [8] применение кондиционирования воздуха увеличивает производительность труда в различных промышленных производствах на 20 — 30%.
Актуальность работы определяется бoльшим^ объемом затрат на обеспечение эффективности инженерных систем ТС и KB, которые составляют до 40% твердого топлива и до 10% вырабатываемой в стране электроэнергии.
Развитие технических инженерных систем способствует созданию в последние годы новых промышленных производств, технологический процесс которых невозможен без точного поддержания заданных параметров воздушной среды, что является необходимым, а часто решающим условием развития нанотехно-логий. К ним, в первую очередь относятся производство микропроцессорной и микроэлектронной техники, телерадиосистем, продукции точного приборостроения и машиностроения, промышленное производство искусственных материалов.
Большое значение имеет техника кондиционирования в создании строго заданного температурно-влажностного режима на объектах для переработки и хранения сельскохозяйственной продукции, в животноводческих и культивационных сооружениях; при выполнении исследований в области биологии, физики, химии; при хранении измерительных эталонов и при работе с ними; для сохранности культурных и исторических ценностей в зданиях и помещениях архивного назначения.
Создание чистой, стерильной среды с заданными температурными и влаж-ностными условиями является важной составляющей качественного производства лекарственных препаратов.
Необходимость разработки новых современных систем автоматического управления параметрами микроклимата промышленных предприятий (ПП) в настоящее время способствуют объективные причины: развитие новых производств машиностроительной, электронной, химической и других отраслей промышленности, нуждающихся в поддержании определенных и постоянных параметров состояния воздушной среды; возрастающие требования, к улучшению условий труда и повышению производительности в горячих и мокрых цехах, рудниках; новые тенденции в архитектуре, затрудняющие борьбу с избыточным теплом и влагой обычными вентиляционными средствами.
Поэтому необходимо разработать мероприятия и провести научно-исследовательские работы по снижению удельных расходов энергетических ресурсов и созданию энергосберегающих технологий за счет автоматизированного управления режимами работы ИС.
Необходимость комплексной автоматизации ИС подтверждается- прежде всего тем, что она позволяет на 20 — 30% сократить расходы топливоэнергетиче-ских ресурсов. Сроки окупаемости капитальных и эксплуатационных затрат на устройство таких систем значительно меньше затрат на добычу, переработку и доставку к потребителю топлива, экономию которых обеспечивает автоматизация ИС теплоснабжения и кондиционирования микроклимата за счет регулирования технологических параметров на базе микропроцессорных систем со специальной резвлетвленой программой. Для обеспечения эффективной работы ИС, которые характеризуются крайней индивидуальностью, необходимо выполнить ряд исследовательских работ: определить статические характеристики при различных режимах работы ИС, как элемента формирования задания в контуре регулирования, и обосновать значения динамических характеристик системы автоматического регулирования (САР); определить показатели оптимальных настроек САР и разработать на основе этого систему адаптивного регулирования с высокой степенью эффективности ее работы. Повышение затрат на энергетические ресурсы обуславливают актуальность этих направлений исследования.
Условия взаимосвязной работы инженерных СТС и СКВ определяют режимы, во время которых объект управления находится в состоянии нестационарного движения, что ведет к увеличению потерь тепловой энергии из-за неопределенности траектории воздушных потоков, с одной стороны отопления, а с другой стороны кондиционирования.
Кроме того, существующая проблема обоснования коэффициентов настроек автоматических регуляторов, носящая скорее эмпирический, чем аналитический характер, приводит к стремлению получения высокого качества переходного процесса системы управления, без учета переменных параметров инженерного оборудования. Определяемые коэффициенты настройки регулятора должны учиты- вать изменение динамических свойств и параметров объекта управления, так как несоответствие динамических характеристик различных ИС в процессе своего функционирования приводит к перерасходу энергоносителя.
Как показал обзор научно-технической литературы, для создания математических моделей применяется подход, который базируется на материальных и энергетических балансах, но формирование критерия и построение модели не рассматриваются как единый процесс, а это приводит к серьезным просчетам при решении задач оптимального управления и создания управляющих устройств, закон функционирования которых не учитывает свойства объекта управления [15, 76, 93]. Поэтому критерий должен давать возможность аналитического решения задачи оптимально управления.
Построение математической модели ИС ТС и KB с учетом сформированного критерия оптимальности позволяет аналитически решить задачу оптимального управления, определить оптимальную траекторию движения воздушных потоков и обосновать регулирующее устройство, алгоритм которого максимально учитывает свойства объекта. При этом закон управления может быть представлен в виде явной функции состояния объекта. Отсюда следует вывод, что решение задачи оптимального управления сводится к решению задачи идентификации оптимизируемого объекта управления.
На основании результатов решения задачи оптимального управления определяется структура системы регулирования, ее передаточные функции и численные значения коэффициентов. Такой подход дает существенные преимущества при проектировании и внедрении адаптивных оптимальных систем управления.
Вплоть до настоящего времени разработка САР сводится к выбору типовых технических средств автоматизации без проведения научно-исследовательских разработок, поэтому, в большинстве случаев, САР параметров воздушной среды не обеспечивает заданное качество регулирования ввиду неуправляемого технологического процесса. Кроме того, ввиду ограниченной возможности изменения настроечных параметров регулятора (ручная, интуитивная, субъективная настройка по решению оператора), такие САР не "отвечают основным показателям качества регулирования, что не обеспечивает надежности работы таких систем. Отсутствие теоретических (включая математические модели) и экспериментальных обоснований о статике и динамике процессов в промышленных ИС обеспечения микроклимата не позволяет разработать надежные и высокоэффективные САР.
Отечественный и зарубежный опыт разработки и эксплуатации автоматизированных систем ТС и KB показывает, что непременным условием развития автоматизации является не только совершенствование технических средств автоматики, но и создание адаптивных САР режимов работы ИС, обеспечивающих существенную экономию топлива и электроэнергии. Обеспечение технологического и эксплуатационного микроклимата промышленных предприятий при изготовлении особых видов высококачественной продукции возможно только при автоматизации процессов в аппаратах ТС и KB, чему и посвящена тематика данной работы и определена ее актуальность.
Функциональные задачи инженерных систем теплоснабжения и кондиционирования параметров воздушной среды
Режим отпуска теплоты для отдельных видов потребителей зависит от параметров наружного воздуха, а потребление теплоты на горячее водоснабжение определяется расходом воды, который изменяется в течение суток и по дням недели.
Теплопотребление на кондиционирование воздуха связано как с режимом работы технологии производства, так и с изменением параметров наружного воздуха.
Автоматизация инженерных систем теплоснабжения, как объектов управления должна решать следующие задачи:
обеспечить в разные периоды времени стабильность температур в отапливаемых помещениях на уровне, заданном потребителем; снизить затраты тепловой энергии и топлива, а также средств, расходуемых на их оплату, путем максимального использования для теплоснабжения «бесплатных» теплопоступлений в помещения от освещения, солнечной радиации, электрических приборов и снижения температуры воздуха во временно неэксплуатируемых помещениях. При использовании средств автоматизации экономия энергоресурсов составляет около 20 % от их годового расхода. Например, для Московской области такая экономия может составить около 0,45 Гкал на 1 кВт расчетной мощности системы отопления, что эквивалентно 53 м3 газа;
повысить эффективность эксплуатации системы теплоснабжения, так как автоматизированная система не требует вмешательства человека в управление ее работой;
устранить загрязнение окружающей среды за счет исключения выбросов в атмосферу продуктов сгорания сэкономленного топлива. Поддержание заданной температуры в двухконтурной инженерной схеме (рис. 1.9) осуществляется по показаниям термодатчиков ТЕ15 ТЕ2, ТЕ10 (1, 2, 10).
Терморегулятор (5) в соответствии с полученным значением осуществляет коррекцию сигнала управления исполнительным механизмом (ИМ) регулирующего крана (РК) Y2.
Поддержание заданной температуры в помещениях осуществляется по показаниям термодатчиков ТЕ5, ТЕ8, ТЕ4. Терморегулятор ТЕ4 осуществляет коррекцию сигнала управления ИМ Y3 в соответствии с полученными значениями. Контроль за работой циркулирующих насосов (М3 и М4) и насосов контуров (М6, М7, М8) осуществляется с помощью датчиков-реле разности давления PDEj, PDE2, PDE3. В случае выхода насоса из строя, он автоматически заменяется дублирующим. Для предохранения котла от образования конденсата и ускорения прогрева в системе используется байпасный насос, который управляется по сигналам датчиков температуры ТЕб, ТЕ7.
Для поддержания необходимого количества воды в. системе автоматически происходит пополнение расширительного бачка по сигналам поплавкового датчика LEj с помощью насоса М5.
Для подачи газа на запальник котла; смонтирован ИМ Y8, который управляется терморегулятором ТС,. Для разрешения подачи газа на основную горелку используется датчик давления РЕ,, который с помощью регулятора давления PC управляет работой РК Y7. Поддержание заданного давления газа, подаваемого на горелку и запальник котла, производится РК Y6.
Схема предусматривает коррекцию подачи газа на горелку в целях его экономии с помощью датчика температуры ТЕ6, который воздействует на ИМ
РК Y4. Коррекция подачи воздуха в зависимости от количества подаваемого газа осуществляется с использованием датчиков расхода FE,, FE2, с помощью устройства сравнения вырабатывается сигнал на управление ИМ РК Yg. В случае погасания пламени фотосигнализатор BE посылает сигнал на регулятор, который повторно пытается зажечь пламя, и в случае неудачных 6 попыток происходит блокировка подачи газа. Температура наружного воздуха tH контролируется термодатчиком ТЕ9.
Поддержание температуры воздуха на определенном уровне достигается регулированием количества теплоты, передаваемой в помещение отопительным оборудованием.
Теплоотдача от источника;, Вт, равна: Q = 0,27 G;CitKm)., (1.1)
где G—расход теплоносителя, кг/ч; С—удельная теплоемкость носителя,. кДж/(кг С); ґвх, tBbK — температура теплоносителя на входе и выходе ис
точника тепла, С. Теплоотдачу (1.1) можно регулировать путем изменения-расхода,теплоносителя1 G или температуры теплоносителя на входе/вх.
Максимальная температура теплоносителя в системе определяется, допустимой температурой на поверхности отопительного оборудования; которая зави сит от его типа и функционального назначения помещения. Для промышленных зданий температура теплоносителя может достигать 130-150С, в помещениях с повышенными санитарными требованиями — 85С, а в случае применения систем панельно-лучистого отопления — 45С.
Наиболее надежной и энергетически эффективной является схема независимого присоединения системы к тепловым сетям через водоводяной теплообменник (рис. 1.10). При такой схеме гидравлический режим системы отопления не связан с гидравлическим режимом тепловых сетей. Появляется возможность регулирования температуры и расхода теплоносителя в широких пределах, что в сочетании с индивидуальным изменением теплоотдачи отопительных приборов позволяет обеспечивать требуемые внутренние температурные условия при минимальном расходе энергии.
Исследование статических и динамических характеристик систем теплоснабжения и кондиционирования воздушной среды
Динамика температурного режима помещений характеризуется нестационарными процессами теплообмена и теплопередачи, и поэтому современные инженерные методы их расчета требуют анализа температурного режима и учета специфики лучисто-конвективного теплообмена в ограниченном объеме помещения на основе теории теплоустойчивости [9].
Тепловая обстановка помещения определяется температурой воздуха /в одинаковой по всему объему помещения и усредненной по площадям температурой всех поверхностей ограждений tor. Теплоаккумулирующая способность помещения при гармонических тепловых воздействиях оценивается показателями тегоюусвоения Ym4 и теплопоглощения Рпом. При этом уравнение динамики температурного режима помещения записывается в виде:
где 7К — коэффициент конвективной составляющей теплопоступлений О в помещение; Утч —данная величина является вектором. Решение уравнения (2.3) при различных частотах со изменения теплопоступлений позволяет построить частотные динамические характеристики помещения, необходимые для выбора параметров регулирующих устройств. В современных СКВ к объектам регулирования, в которых необходимо поддерживать постоянное статическое давление, относятся приточный коллектор статического давления и смежные кондиционируемые помещения с регулируемым параметром — разностью давлений между ними.
Приточный коллектор рис. 2.4 представляет собой емкость, куда подается обработанный воздух одним или несколькими вентиляторами. Из коллектора воздух через сетевые клапаны распределяется по зонам производственного помещения. В зависимости от интенсивности тепловыделений в зоне помещений необходимо автоматически изменять расход приточного воздуха в данную зону. С уменьшением общего количества расходуемого воздуха должна уменьшаться и производительность приточных вентиляторов так, чтобы статическое давление в коллекторе оставалось постоянным. Осуществление данной задачи усложняется тем, что по длине коллектора при различных режимах статическое давление должно быть постоянным.
В общем случае при нормальной работе СКВ статическое давление в приточном коллекторе зависит от режима работы приточных вентиляторов, степени открытия сетевых каналов и от места отбора давления по длине коллектора. P(t) = f(n,Zarl), где n — число оборотов двигателя приточных вентиляторов; /.а — угол открытия сетевых клапанов; / — координата по длине коллектора; Р — статическое давление.
Изменение числа оборотов п и соответственно изменение производительности Qn приточных вентиляторов является каналом, по которому подается регулирующее воздействие.
Зависимость Р = f(Gn) представляет параболу, которая в интервале регулирования близка к линейной функции (рис. 2.5, б).
Особый интерес представляет рабочая статическая характеристика P = f(UB), где UB — напряжение возбуждения ИМС-75 индуктивной муфты скольжения (регулирование скорости вращения привода вентилятора). По оси абсцисс отложено усредненное значение напряжения UB. Как видно из зависимости Р = f(UB) (рис. 2.5, а) статическую характеристику с достаточной точностью для инженерных расчетов можно линеаризировать. На рис. 2.5, а приведены статические характеристики n = f(UB) индукторных муфт скольжения. Несовпадение характеристик объясняется состоянием токосъемных щеток и неодинаковым падением напряжения в проводах от автотрансформатора до индукторной муфты.
Как видно из приведенных диаграмм (рис. 2.6), величина расслоения статического давления по длине коллектора в значительной степени зависит от поло жения сетевых клапанов Yx — У3. При этом максимальное расслоение для различных параметров колеблется в пределах: Р{-Р2 =15+80 Н/м2, где Ру, Р2 — максимальное и минимальное значения статического давления в данном режиме.
Разработка автономных САР тепловлажностных параметров воздуха в кондиционируемом помещении с переменным теплоснабжением и влаговыделением
В практике проектирования САР тепловлажностных параметров воздуха в кондиционируемом помещении не учитывается взаимосвязь отдельных регулируемых координат объекта. Такой подход к решению данного вопроса допустим в том случае, когда не требуется высокая точность автоматической стабилизации тепловлажностных параметров воздуха (например, At±2,5 С, Д рв±5%).
Однако, в производственных помещениях требуется более высокая точность поддержания тепловлажностных параметров воздуха. Так, например, в отдельных производственных цехах требуется стабилизация тепловлажностных параметров воздуха с точностью А(ръ±2,5% и А в±1 С, а в лаборатории физико-механических исследований и помещений для производства микроэлектронной техники — А(рв ± 2%, AtB ± 1 С. Поэтому необходимо учитывать взаимосвязь тепловлажностных параметров воздуха при разработке САР, так как возможно возникновение автоколебательных режимов между отдельными элементами системы. Необходимо, чтобы прецизионные САР тепловлажностных параметров были автономными по задающим воздействиям.
Ниже приводятся результаты конкретных решений по разработке высокоточных автономных САР тепловлажностных параметров воздуха.
Основные технические решения при разработке автомных САР тепловлажностных параметров воздуха были выполнены с использованием специфических особенностей термодинамических процессов изменения параметров влажного воздуха.
В анализе взаимосвязанного регулирования установлено, что некоторые выходные координаты объекта инвариантны по отношению к соответствующих входным каналам. Это свойство и было использовано при разработке автономных САР, так как инвариантность между регулируемыми координатами есть условие автономности (рис. 3.14). По заданию в каждой зоне регулирования необходимо стабилизировать температуру и относительную влажность. По такой схеме при точной стабилизации тепловлажностных параметров воздуха, что требует технологический процесс, возникают автоколебательные процессы между САР температуры и относительной влажности. Для устранения автоколебательного режима необходимо вводить перекрестные компенсирующие связи.
Регулирование температуры в зоне осуществляется изменением теплопро-изводительности калорифера, а относительная влажность регулируется производительностью зонального парогенератора. В качестве первичного преобразователя использован датчик, измеряющий температуру «точки росы» воздуха. Таким образом, САР относительной влажности и температуры воздуха в процессе регулирования развязаны, так как процесс изменения температуры протекает при dR = const, а процесс изменения относительной влажности ръ при tB = const.
При разработке автономных САР температуры и относительной влажности воздуха для однозональных СКВ также была использована инвариантность выходных координат по отношению к входным каналам.
Калорифер второго подогрева связан с регулятором температуры воздуха в помещении, а регулятор относительной влажности — с регулирующими органами температуры «точки росы» после ОК. Регулирование относительной влажности воздуха осуществляется через сепаратный канал, так как относительная влажность воздуха практически инвариантна к воздействиям по каналу изменения температуры «точки росы» воздуха после ОК. Это свойство использовано при разработке новой схемы автоматизации СКВ, в которой регулятор относительной влажности воздуха связан с калорифером второго подогрева, а регулятор температуры — с регулирующими органами температуры «точки росы» воздуха после ОК. По данной схеме автоматизации координата относительной влажности инвариантна к регулирующим воздействиям САР температуры, а для достижения инвариантности температуры воздуха в помещении по отношению к регулирующим воздействия регулятора относительно влажности в схему введена компенсирующая перекрестная связь (рис. 3.15).
Инвариантность выходной координаты объекта влажности достигнута применением датчика влагосодержания, который не реагирует на регулирующее воздействие регулятора температуры воздуха, так как они протекают по линии dB = const. Для достижения инвариантности выходной координаты объекта — температуры— предусмотрена перекрестная компенсирующая связь. В данном случае она выполняется в виде разомкнутой САР температуры, включающая малоинерционный воздухонагреватель и применима к тем производственным помещениям, где необходима прецизионная стабилизация температуры и относительной влажности.
Разработанная схема автоматизации наибольший эффект дает применительно к тем СКВ, которые обслуживают помещения, где требования к точности поддержания относительной влажности воздуха более высокие, чем к температуре (рис. 3.16).
Определение коэффициентов коррекции регулятора при отклонении температуры от заданного значения
Большой набор параметров регулирования — F , которыми оснащена система автоматизации инженерных устройств ТС и KB и многообразие внешних воздействий— FB, которые по разному влияют на технологические параметры
микроклимата производственных помещений, имеют достаточно сложный алгоритм функционирования систем автоматизации. Поэтому наиболее эффективным методом оценки и выбора оптимальных режимов регулирования параметров микроклимата является математическое моделирование этих процессов.
Методика исследований на модели режимов работы инженерных устройств ТС и KB построена на использовании результатов теоретических разработок, полученных в предыдущих главах диссертации.
Основное внимание на этом этапе было уделено изучению технологического режима работы исследуемого объекта, выявлению основных возмущающих и регулирующих воздействий переходными процессами САР, выходных контролируемых и регулируемых величин, определению пределов допустимых правилами эксплуатации их отклонений.
В практике экспериментального исследования объектов регулирования параметров воздушной среды существует два метода: активный и пассивный. К объектам регулирования более применим активный метод, так как проведение этого метода, как правило, возможно по технологическим режимам работы инженерных систем.
При выборе контрольно-регистрирующей аппаратуры руководствовались следующими условиями:
инерционность первичных преобразователей должна быть минимальной;
скорость выработки команд микропроцессорного регулятора должна соответствовать динамическим свойствам исследуемого объекта;
максимальное обеспечение регистрации всех значений контролируемых параметров объекта.
При активном методе исследования объекта управления датчики размещались с таким расчетом, чтобы обеспечить усредненный контроль регистрируемых величин. Время наблюдения Ат выбиралось из условия:
Дт = (1 2)Гр, (5.1)
где Тр — время переходного процесса (время регулирования).
Значение возмущающего воздействия выбиралось с таким расчетом, чтобы на выбранном диапазоне статическая характеристика была близка к линейной для обеспечения минимальной ошибки измерения.
Обработка результатов эксперимента
Значения входных и выходных величин определялись в процессе эксперимента с некоторыми погрешностями, обусловленными наличием неконтролируемых помех внутри самого объекта, в связи с нестационарностью технологических процессов. Поэтому возникает задача аппроксимации экспериментальных характеристик аналитическими выражениями.
При обработке экспериментальных данных технологических процессов применялись следующие методы:
сглаживание по методу скользящего среднего значения. Задача метода заключается в нахождении среднеарифметической суммы экспериментальных данных на некотором интервале около каждой фиксированной величины;
сглаживание по методу наименьших квадратов. Сущность метода заключается в аппроксимации пяти соседних значений параболой второго порядка, коэффициенты которой находятся с помощью метода наименьших квадратов.
Объектами регулирования инженерных систем являются тепловлажностные поля, параметры которых распределены в пространственных координатах, т.е. относятся к объектам с распределенными параметрами. Обычно в инженерных расчетах их рассматривают как объекты с сосредоточенными параметрами. Такая аппроксимация упрощает схемы автоматического регулирования, но снижает достоверность информации о регулируемом параметре, что часто приводит к недопустимой статической погрешности стабилизации тепловлажностного поля.
Аппроксимация объекта с распределенными параметрами означает регулирование параметров тепловлажностного поля воздушной среды по информации от одного датчика, поэтому выбор места установки датчиков имеет первостепенное значение для обеспечения точности регулирования. К настоящему времени вопрос размещения датчиков в СТС и СКВ не изучен [92].
Экспериментальными исследованиями установлено, что основными элементами СКВ, которые создают расслоение тепловлажностных параметров воздуха в поперечном сечении кондиционера и воздуховодов, являются различные теп-лообменные аппараты (рис. 5.1).
Схемы наиболее характерных узлов СКВ, являющихся источником расслоения тепловлажностных параметров воздуха, приведены на рис. 5.2.
Степень неоднородности температурного поля зависит от режима регулирования СКВ. Если при регулировании трехходовым клапаном исследуемые поля достаточно однородны и можно их считать постоянными относительно точности регулирования температуры воздуха, то совершенно другая картина наблюдается при смешивании двух потоков воздуха на входе ОК. Величина расслоения температурных связей в этом случае за ОК носит нестационарный характер и изменяется в процессе регулирования по абсолютной величине и по пространственным координатам поперечного сечения кондиционера в зависимости от многих факторов (рис. 5.1).
