Характеристики в ременных трендов и их оценивание



Курсовая работа

Разработка системы регулирования температуры смазочного масла турбины

По курсу «Моделирование систем управления»

 

 

Выполнил: студент гр. 02УА2

Размоскин А.Н.

Принял:

доц. Семенов А.Д.

 

2005


Содержание

 

Введение

1. Описание объекта управления.

2. Характеристики временных трендов и их оценивание

3. Идентификация объекта управления по временным трендам

4. Расчет характеристик математической модели

5. Выбор и описание закона регулирования, и расчет параметров регулятора

6. Разработка структурной схемы системы

Заключение

Приложение


Задание на проект

 

Тема работы: «Разработка системы регулирования температуры смазочного масла турбины».

1. Из базы данных оперативных трендов системы управления котельной установки выбрать тренды регулирующей и регулируемой величины.

2. Импортировать преобразованные оперативные тренды в MATLAB и рассчитать статистические характеристики оперативных и исторических трендов (среднее значение, дисперсию, корреляционные функции, спектральные плотности, гистограммы). Привести расчетные формулы и программу преобразования.

3. Провести идентификацию математической модели по параметрам оперативных и исторических трендов. Идентификацию провести, используя приложение MATLAB System Identification Toolbox и рекуррентные методы идентификации. Дать описание используемых методов идентификации и привести программы идентификации.

4. Получить различные формы математических моделей ОУ (ДУ, передаточная функция, модель в пространстве состояний)

5. Рассчитать характеристики математической модели (временные, частотные, собственные векторы собственные значения, матрицы и граммианы управляемости и наблюдаемости, число обусловленности модели).

6. Выбрать закон регулирования тип регулятора.

7. Провести настройку параметров регулятора для полученной модели объекта.

8. Рассчитать временные и частотные показатели качества системы.

9. Провести моделирование системы в Simulink.


Введение

 

Автоматизация управления является наиболее эффективным средством повышения надежности и экономичности котельной установки. Введение автоматического управления позволяет повысить культуру труда и упростить ее обслуживание. Современная техника автоматизации достигла значительного совершенства, однако автоматизация котельных установок еще не нашла достаточного распространения и развития, особенно с применением современных средств автоматизации использующих микропроцессорное управление, и в ближайшие годы предстоит значительная работа в этой области.

В связи с этим в этой области возникает ряд задач требующих своего решения :

1. Автоматическое регулирование основных параметров котельной установки, таких как давление пара и воды в определенных участках, температура пара, уровень воды в котлах и баках, избыток воздуха в топке, расход топлива. Автоматическое регулирование позволяет повысить к.п.д., увеличить надежность работы, облегчить условия труда и сократить количество обслуживающего персонала.

2. Автоматическое управление рабочими процессами, протекающими в котельных установках, и в первую очередь, динамическими процессами перехода из одного рабочего состояния в другое и аварийными режимами. Примером такой автоматизации является автоматизация пуска турбонасоса при падения давления в питательной магистрали и аварийном выключении другого насоса.

3. Ароматическая тепловая защита, преследующая цель предохранения агрегатов котельной от аварий.

4. Автоматизация дистанционного управления, позволяющая осуществлять дистанционное управление исполнительных органов и вспомогательных механизмов со щита управления.

5. Автоматическая блокировка, обеспечивающая автоматическое включение и выключение группы вспомогательных механизмов и органов управления в определенной последовательности, в соответствии с требованиями технологии. Так в аварийных режимах, автоматическая аварийная блокировка устраняет неправильные действия обслуживающего персонала.

Помимо основных задач автоматизации значительный эффект в упрощении обсаживания и облегчения работы может обслуживающего персонала может быть достигнут и при автоматизации вспомогательных операций, которыми являются:

- оперативный и учетный контроль показывающими и регистрирующими приборами, особенно на тепловых щитах.

- различные виды сигнализации (предупредительной, аварийной, контрольной и командной);

- различные виды связи, обеспечивающие переговоры персонала, находящегося на различных рабочих местах.

Успешное решение выше перечисленных задач достигается введением различных устройств автоматизации, роль и функции которых весьма многообразны, а некоторые из них обязательно имеются во всех современных котельных установках средней и большой мощности. Автоматическому регулированию в первую очередь подвергаются процессы питания котла водой и горения [33].

Автоматическое регулирование процессов горения топлива дает возможность более точного поддержания оптимального соотношения между расходом топлива, воздуха и отсосом продуктов горения. Чем точнее работает комплекс регуляторов процесса горения топлива, тем лучше будут поддерживаться оптимальные соотношения процесса горения, тем выше будет к.п.д. агрегата. Особенно значительный выигрыш от автоматического регулирования процессов горения достигается при нестабильных режимах работы котельных агрегатов. В обычных эксплуатационных условиях отклонение от оптимальных режимов тем больше, чем меньше квалификация, количество и внимательность обслуживающего персонала. Особенно эти различия заметны при одновременном обслуживании нескольких котлов.

Даже при равномерной нагрузке, при автоматическом регулировании горения, повышение к.п.д составляет 2-3 % для мощных агрегатов и до 10% для средних и мелких котлов. При пиковых режимах эти цифры удваиваются.


1. Описание объекта управления

 

Масляная система предназначена для снабжения маслом системы регулирования и подшипников турбоагрегата.

В системе регулирования и системе смазки применяется турбинные масла марки: Тп-22 по ГОСТ 9972-74, ТП-22С по ТУ 38.10182I-83 (с вязкостью 22сСт при 500С). При эксплуатации этих масел руководствоваться инструкцией по эксплуатации турбинных масел ТИ 34-70-33-84.

Ёмкость масляной системы, включая маслопроводы, составляет около 16 м3.

Масляный бак, общий для системы смазки и системы регулирования, имеет ёмкость 14м3 (до верхнего предельного уровня). Бак снабжён указателем уровня масла и сигнализатором перепада уровня масла на сетчатых фильтрах.

Указатель уровня имеет контакты для подачи световых сигналов при минимальном и максимальном уровнях масла в баке. В масляном баке установлено два ряда сетчатых фильтров.

На масляном баке установлен фильтр тонкой очистки масла от механических примесей. Фильтрация производится пропуском масла через хлопчатобумажную ткань «фильтр-бельтинг». Масло постоянно поступает к фильтру из напорного маслопровода системы смазки до маслоохладителей и после фильтра сливается в грязный отсек маслобака. Производительность фильтра 7,0 м3/час.

Для обеспечения постоянной фильтрации масла на остановленной турбине предусмотрен шестеренчатый масляный насос типа Ш-40-4-18/4-1 по ТУ26-06-1087-84, задающий постоянную циркуляцию масла через фильтр тонкой очистки с расходом 18 м3/час.

Во время работы турбины снабжением маслом системы смазки и системы регулирования обеспечивается центробежным масляным насосом (главным масляным насосом - ГМН), установленным в корпусе переднего подшипника. Вращение насоса производится от вала турбины (РВД), с которым насос соединён зубчатой муфтой, Муфта допускает осевые перемещения РВД при относительном удлинении или укорочении ротора.

Производительность ГМН при частоте вращения ротора турбоагрегата (РТ) 3000 об/мин составляет примерно 4000 литров в минуту при давлении 1,956 Мпа.

Подача масла в систему смазки подшипников осуществляется с помощью двух инжекторов, питаемых силовым маслом с давлением 1,96 Мпа и включенных последовательно по инвертируемому маслу. Первый инжектор обеспечивает на всасывание ГМН подпор с давлением 0,1 Мпа. Второй инжектор подает масло в систему смазки и обеспечивает давление до маслоохладителей около 0,3 Мпа.

Давление масла после маслоохладителей на уровне оси подшипников 0,1 Мпа поддерживается редукционным клапаном.

Для обеспечения маслом турбоагрегата в период пуска и остановки масляная система имеет пусковой электронасос с двигателем переменного тока на 16,6 с-1 (1000 об/мин) – (пусковой масло насос - ПНМ). Этот же масляный насос обеспечивается электродвигателем переменног7о тока на 25 с-1 (1500 об/мин). На этих оборотах ПМН создает в системе регулирования давление 4,0 Мпа, что необходимо ля гидравлического испытания системы регулирования после монтажа или ревизии.

Система смазки имеет резервный маслонасос смазки с электродвигателем переменного тока и аварийный маслонасос с ЭД постоянного тока.

Для отсоса поров масла из бака установлен вентилятор - эксгаустер.

Турбоустановка имеет два маслоохладителя (МО) с поверхностью охлаждения 225 м2 и номинальным расходом масла через каждый МО 165 т/ч. Один МО резервный. Номинальный расход охлаждающей воды через каждый охладитель 150 м3/ч.

Гидравлическое сопротивление МО по маслу - 20 кПа по воде – 20,1 кПа.

Маслоохладители конструкции ПО ЛМЗ герметичные, с трубами, из коррозионно-стойкой стали, которые привариваются к трубным доскам. Конструкция МО обеспечивает плотность и исключает при нормальной эксплуатации возможность попадания масла в воду и наоборот (при этом давление воды больше давления масла).

Рекомендуемая разность давлений между водой и маслом должна быть минимальной.

Система смазки турбины снабжена шестью реле падения давления масла в системе смазки до II предела. Два РПДС используются в схеме защиты, один для включения ЭД аварийного маслонасоса и один для отключения ВПУ.

В защите участвуют одно РПДС с уставкой I предел и два РПДС с уставкой II предел. Срабатывание защиты по давлению масла происходит при условии срабатывания не менее двух РПДС (схема «2 из 3-х).

РПДС, участвующие в схеме защиты, объединены в одну группу, остальные во вторую. Каждая группа имеет самостоятельный подвод напорного масла и вентиль для снижения давления масла в РПДС при испытании.

Маслопроводы турбины снабжаются арматурой, необходимой для нормального её обслуживания, на трубопроводах слива из каждого подшипника имеется смотровое окно.

Основные технические данные МП-165-150-I

Расход масла                                                                   165 м3

Расход воды                                                                    150 м3

Поверхность охлаждения                                               225 м2

Число ходов масла                                                          4

Число ходов воды                                                           2

Начальная температура масла                                       550С

Конечная температура масла                                                  440С

Максимальная температура масла на входе                 650С

Начальная температура воды                                                 330С

Конечная температура воды                                                   390С

Максимальная температура воды на входе                  370С

Скорость масла (между ребрами труб)                   0,33м/с

Скорость воды (в трубах)                                              2,06м/с

Гидравлическое сопротивление:

- по маслу                                                                     20кПа

- по воде                                                                        20,1кПа

Максимальное рабочее давление:

- масла                                                                          0,5Мпа

- воды                                                                         0,5МПа

Функциональная схема системы регулирования температуры смазочного масла приведена на рис. 9. Она содержит два маслоохладителя параллельно подключенных к охлаждающей воде и охлаждаемому маслу. Охлажденное до нужной температуры масло подается в общий трубопровод, где происходит измерение его температуры с помощью термометра сопротивления. ТС. Измерительный сигнал от термометра сопротивлений поступает в регулирующий контроллер, где происходит его сравнение с заданной уставкой. При отклонении температуры масла от заданной контроллер вырабатывает сигнал управления, поступающий на исполнительный механизм М типа МЭО. Исполнительный механизм воздействует не задвижку изменяя расход охлаждающей воды, обеспечивая тем самым стабилизацию температуры масла.

 


Рис. 1.1. Функциональная схема регулирования температуры масла.


Характеристики в ременных трендов и их оценивание

Внешние воздействия на объект управления могут быть полезными (управляющими сигналами u) и помехами (возмущающими воздействиями f). Управляющие сигналы, вырабатываемые устройством управления, являются полностью наблюдаемыми. Возмущающие воздействия, в отличие от них, как правило, ненаблюдаемые и случайные сигналы. В результате выходные переменные объекта y(t) определяются не только входными сигналами x(t), но и ненаблюдаемыми и неуправляемыми воздействиями (помехами), что вызывает неконтролируемые отклонения выходных переменных от заданных значений. При повторения процессов управления, происходящих в системе, выходные переменные могут иметь различные значения при одних и тех же значениях времени отсчитываемых от начала процесса. Выходная величина объекта при каждом повторном цикле управления, в этом случае, представляет собой реализацию одного и того же случайного процесса управления.

Таким образом, под действием ненаблюдаемых, неуправляемых и случайных внешних воздействий наблюдаемые переменные объекта также становятся случайными сигналами, являющимися реализациями случайного процесса управления. Для количественной оценки и сравнения различных случайных сигналов используют различные характеристики этих сигналов, представляющие собой абстрактные математические понятия, которые существуют объективно, но не могут быть измерены или определены в строгом смысле слова.

К таким характеристикам относятся

1. Функция распределения вероятностей случайного процесса, или интегральная функция распределения. F(y,t), Функция распределения вероятностей, это вероятность того, что случайный процесс x(t) в момент времени t принимает значения меньше у


.                                        (2.1)

 

2. Плотность вероятностей, или дифференциальное распределение (распределение) w ( x , t ).

 

,                             (2.2)

откуда .                                       (2.3)

 

3. Математическое ожидание случайного процесса

 

,

.                          (2.4)

 

4. Дисперсия случайного процесса

 

    ,                      (2.5)

или .                                 (2.6)

 

5. Корреляционная (автокорреляционная) функция Rxx(t1,t2) . Корреляционная функция это математическое ожидание произведений двух значений одного и того же сигнала, сдвинутых по времени.

 

.                  (2.7)


6. Взаимная корреляционная функция Rxy(t1,t2). Взаимная корреляционная функция это математическое ожидание произведений двух сигналов один из которых сдвинут относительно другого по времени.

 

.                           (2.8)

 

Точное определение этих характеристик невозможно, так как неизвестен вид закона распределения и конечно число реализаций случайного процесса. Поэтому в реальных условиях эти характеристики вычисляют приблизительно, оценивая их с какой-то погрешностью.

Оценка характеристик случайных процессов проводится на основе роинятия гипотез о стационарноси и эргодичности случайного процесса.

Случайный процесс называют стационарным , если характеризующая его функция распределения не зависит от времени. Отсюда следует, что от времени не будут зависеть и все характеристики случайного процесса. Условие стационарнрсти значительно упрощает вычисление характеристик случайных процессов, так как в выражениях (2.1) - (2.8) исчезает аргумент времени. Однако и вэтом случае для вычисления характеристик необходимо достаточно большое количество независимых реализаций случайного процесса (ансамбль реализаций).

Эргодическая гипотеза позволяет заменить ансамбль реализацй одной реализацией снятой за достаточно продолжительный интервал времени. Согласно эргодической гипотезе средние значения случайного сигнала по множеству и времени совпвдают.

 

.                            (2.9)


Тогда для случайных стационарных эргодических процессов оценки их характеристик (2.1) - (2.8) с учетом конечности времени наблюдения Т , записываются в следующем виде.

1. Оценка математического ожидания

 

.                                      (2.10)

 

2. Оценка дисперсии

 

,                           (2.11)

или .                    (2.12)

 

3. Оценка корреляционнгой функции

 

,                (2.13)

 

где  - центрированный случайный сигнал.

Корреляционную функцию центрированного сигнала еще называют ковариационной или автоковариационной функцией.

4. Спектральная плотность мощности , связанная с корреляционной функцией преобразованием Фуре.


.                         (2.14)

 

Для получения приемлемой точности оценох характеристик случайных процессов длительность реализации процесса по которой вычисляются оценки должна превышать интервал корреляции. Интервал корреляции ето значение аргумента корреляционной функции начиная с которого все ее последующие значения не превышают .

Более подробно о вычислении характеристик случайных процессов и их оценок можно познакомиться в специальной литературе [8, 12, 23, 25, 27, 31, 32, 38, 49, 54, 59, 63, 77, 99].

На рис.2.1- 2.4 приведены статистические характеристики временных трендов системы.

 

Рис. 2.1. Временные тренды входного и выходного сигналов


Рис. 2.2. Корреляционные функции входного и выходного сигналов.

 

Рис. 2.3. Спектральные плотности входного и выходного сигналов.

 

Рис. 2.4. Гистограммы входного и выходного сигналов.


Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 165; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!