CC BY
5УДК 62-531.9
Мелехин В.Н.
магистрант кафедры автоматика и телемеханика Пермский государственный национальный исследовательский университет
(г. Пермь, Россия)
НЕЧЕТКИЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ТЕМПЕРАТУРОЙ
ТЕТРАХЛОРИДА ТИТАНА В ПРОТОЧНОМ НАГРЕВАТЕЛЕ
Аннотация: в данной статье рассматривается регулирование температуры в проточном нагревателе посредством внедрения в систему нечеткого регулятора.
Ключевые слова: проточный нагреватель, нечеткий регулятор, фаззификатор, синглетон.
Для того чтобы титан был надлежащего качества, необходимо соблюдать огромное количество факторов, одним из которых является поддержание определенной температуры Т1С14, на основе которого в дальнейшем изготавливают металлический титан.
Чтобы не допустить колебания расхода и обеспечить правильную работу всей системы целесообразно использовать нечеткий подход для управления всем процессом.
Так как жидкость должна поступать без каких-либо задержек, то в качестве объекта управления целесообразно использовать проточный нагреватель. Необходимо посредством изменения входного напряжения нагревать тетрахлорид титана до температуры от 100°С до 120°С. Исходя из нелинейности подачи жидкости, а также ряда других факторов, нагрев происходит по нелинейному закону, что необходимо учесть при проектировании регулятора.
1. Разработка модели автоматического управления температурой для подогрева тетрахлорида титана. Для того чтобы смоделировать объект управления, необходимо вывести зависимость напряжения, подаваемого на нагреватель, и температуры жидкости, до которой может нагреть данный нагреватель. Температура на выходе проточного нагревателя рассчитывается по формуле (1):
3600•р
т = т +--
1 вых 1 нач ~ тг п >
V • р • Ср
(1)
где твых - требуемая температура на выходе из подогревателя, °С; тнач -температура на входе в подогреватель, °С; р - мощность электрического
нагревателя, Вт; V - нагреваемый объем, —; р - плотность нагреваемой среды,
кг
—; Ср - удельная теплоемкость жидкости,
м
м3
час Дж кг-°С'
Мощность нагревателя высчитывается по формуле (2):
р = иА
и
(2)
где У2 - напряжение, Вт; Я - сопротивление, Ом.
Таким образом, зная все значения наших переменных, а также совместив формулы (1) и (2) мы можем вывести зависимость температуры на выходе от напряжения на входе:
Твых = 24 + 0.00126694921 • У2 Исходя из выведенной зависимости и знания, что процесс, описывающий объект управления, представлен апериодическим звеном первого порядка, смоделируем в системе МЛТЬЛБ систему нагрева тетрахлорида титана. На рис. 1 показана схема моделирования.
Прю6р«жмт4ль неорееекш • '««гщмтауру
Рис. 1. Схема объекта управления температурой в подогревателе тетрахлорида титана в среде моделирования МЛТЬЛБ
На рис. 2 приведен график результата моделирования подогревателя.
>Н | 1
"г—
"Ч /
/
т / "г-
____1_ ___
$ Э 4 Ж • 1 1
Рис. 2. Осциллограмма работы модели нагревателя Определим параметры системы: а% = 0%; £пп = 3.87сек; е(ю) = 0.
2. Разработка нечеткого регулятора. Необходимо разработать систему автоматического поддержания температуры тетрахлорида титана на базе нечеткого регулятора с применением датчика температуры. В качестве лингвистических переменных приняты отклонение выходного напряжения от заданного значения напряжения, подаваемого на нагревательный элемент и его производная. Нечеткий регулятор состоит из фаззификатора с применением трех пяти функций принадлежности и дефаззификатора с применением пяти унимодальных функций принадлежности. Схема регулятора представлена на рис. 3.
Рис. 3. Схема нечеткого регулятора
Промоделируем САР с нечетким регулятором с разработанной ранее моделью объекта управления, как показано на рис. 4.
Рис. 4. Схема САР с нечетким регулятором в среде моделирования МЛТЬЛБ
На рис. 5 представлен результат работы САР с нечетким регулятором, у которого вход представлен разностью текущего напряжения и требуемого.
Рис. 5. Осциллограмма работы САР с нечетким регулятором
Определим параметры полученной системы: а% = 0.52%; £пп = 2.66сек. Выводы. Выполнено моделирование нелинейного объекта (проточного нагревателя):
1. Выполнено построение модели объекта.
2. Выполнено проектирование нечеткого регулятора.
3. Исследована динамика работы САР поддержания температуры в нагревателе тетрахлорида титана с применением нечеткого регулятора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Хижняков Ю.Н. // Алгоритмы нечеткого, нейронного и нейро-нечеткого управления в системах реального времени./ учебное пособие, Пермь, изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. - 156 с.
Заде Л. // Понятие лингвистической переменной и ее применение к принятию приближенных решений. / М., изд-во: Мир, 1976. - 165 с.
Пегат А. // Нечеткое моделирование и управление. / пер. с англ., М., изд-во: Бином, 2009. - 798 с
Melekhin V.N.
Student of the Department of Automation and Telemechanics Perm State National Research University (Perm, Russia)
FUZZY APPROACH TO CONTROLLING
THE TEMPERATURE OF TITANIUM TETRACHLORIDE IN A FLOW HEATER
Abstract: this article discusses the regulation of temperature in a flow heater by introducing a fuzzy controller into the system.
Keywords: flow heater, fuzzy controller, fuzzifier, singleton.
