Способ детерминированной адаптации регулятора температуры электрической печи сопротивления Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 62-551.454

СПОСОБ ДЕТЕРМИНИРОВАННОИ А ДАПТАЦИИ РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕЧИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Е.Ю. Воронцов, В.Г. Лисиенко

В статье рассматривается способ детерминированной адаптации регулятора температуры электрической печи сопротивления. Способ включает оценку выходных параметров объекта, сравнение выходных параметров и заданных значений выходных параметров объекта, расчет настроек и коррекцию настроек регулятора. При этом для расчета настроек регулятора определяют коэффициент теплоотдачи с использованием эффективной температуры печи, определяемой термопарой, установленной в своде печи, и температуры металла, определяемой с использованием пирометра излучения

Ключевые слова: регулятор, адаптация, температура, электрическая печь сопротивления

Проблемы адаптации являются центральными в современной теории и технике автоматического управления. Решение этих проблем позволяет осуществлять оптимальное управление сложными объектами в условиях весьма малой априорной информации относительно состояния управляемого объекта и его характеристик.

Электрические печи сопротивления широко используются на металлургических предприятиях. В некоторых случаях есть необходимость ограничить скорость нагрева, чтобы снизить температурный градиент в изделиях, который может привести к появлению в них трещин, а так же снизить скорость остывания изделий по сравнению с естественной. При этом приходится осуществлять программное регулирование процессов нагрева и остывания по заданной технологами программе [9].

Таким образом, ставится задача по улучшению качества автоматического регулирования, уменьшению динамических погрешностей процесса регулирования за счет определения необходимых параметров адаптации применительно к электрическим печам сопротивления, которые отличаются тем, что атмосфера в печи - прозрачная и для описания процессов теплообмена может быть использована эффективная температура. Указанная задача решается тем, что предложен способ определения параметров адаптации регулятора температуры электрической печи сопротивления, который включает оценку выходных параметров объекта, сравнение выходных параметров и заданных значений выходных параметров объекта, расчет настроек и коррекцию настроек регулятора, а необходимой

Воронцов Евгений Юрьевич - УГТУ-УПИ, аспирант, e-mail: vorjohn@inbox.ru

Лисиенко Владимир Георгиевич - УГТУ-УПИ, д-р техн. наук, профессор тел. (343) 375-44-68

величинои для корректной настроики регулятора являются постоянная времени объекта.

Для определения коэффициента теплоотдачи используется эффективная температура печи, определяемая термопарой, установленной в своде печи, и температура металла, определяемой пирометром излучения.

Данный способ осуществляется следующим образом. Аналитическое выражение для определения температуры пирометра с учетом отраженного излучения выглядит следующим образом [7]

T

4

пир

4

+ Тэф4 *(1 — ем ),

(1)

где

Тпир - температура пирометра; ем - степень черноты металла;

Тм - температура металла;

Тэф - эффективная температура печи.

Откуда температура металла определяется

Тм _

_4

T

пир

4 + Тэф4 *(1 єм)

(2)

м

Для высокотемпературного теплового объекта при использовании для описания процессов теплообмена закона четвертой степени температур (закона Стефана - Больцмана) вместо закона первых степеней температур (закона Ньютона) величина коэффициента теплоотдачи [1,2]

%ечи * а0 * (Тэф4 Т'м^)

4ч

луч

Тэф

— T-м

(3)

где %ечи - видимый коэффициент теплоотдачи излучением, определяемый по формуле:

_ 1

%ечи

-I-+Л. — 1

ем ек

(4)

^кл

где

м

е^ - степень черноты кладки, а коэффициент

а0 _ 5,6704 • 10-8 Дж • с-1 • м -2 • К4.

По рассчитанным значениям коэффициента теплоотдачи определяются скорректированные значения постоянной времени

Тнел _ Я • С , (5)

где

Я - обобщенное сопротивление;

С - обобщенная емкость объекта.

При этом

1

C _ m * C уд и R _

“луч *F

(6)

где

т - масса объекта;

С уд - удельная теплоемкость материала;

Г - поверхность нагрева.

Таким образом, скорректированные значения постоянной времени принимают вид т • С у

T

-уд

нел

“луч * F

(7)

Так же выявляется и другая существенная для процесса нагрева нелинейность - зависимость удельной теплоемкости нагреваемого материала С уд от температуры металла Тм . Большинство материалов характеризуются ростом удельной теплоемкости с температурой. Например, для цветных сплавов достаточно типичной является температурная зависимость типа [8]

Суд _ Со + 2 •щ • Т, (8)

где

Со - теплоемкость сплава при 0° С;

- температурный коэффициент теплоемкости; Т - температура °С.

Далее по методике Копеловича определяются скорректированные значения настроек ПИД-регулятора для апериодического процесса регулирования [7]

0.95 • Тн

Таким образом, непрерывная корректировка настроек регулятора позволяет обеспечить процесс регулирования с минимальными динамическими отклонениями.

Реализация данного способ будет осуществляться посредством устройства адаптации регулятора, включающего систему автоматического регулирования параметров объекта с отрицательной обратной связью, а также блок линейной модели объекта, блок расчета настроек регулятора (ПИД-регулятора) и блок коррекции настроек регулятора, блок нелинейной модели объекта, блок сравнения параметров линейной и нелинейной моделей объекта [3-6].

Литература

1. Невский А.С. Лучистый теплообмен в печах и топках. М.: Металлургия, 1971. - 439 с.

2. Кривандин В.А., Арутюнов В.А., Белоусов В.В. и др. Теплотехника металлургического производства. Т.1. Учебное пособие для вузов. М.: МИСиС, 2002. - 608 с.

3. Рей У. Методы управления технологическими процессами. М.: Мир, 1983. -368 с.

4. Ротач В.Я., Кузишин В.Ф., Клюев А.С.и др. Автоматизация настройки систем управления /Под ред.

B.Я.Ротача. Чесноков Ю.Н., Гусев О.А. - М.: Энергоатом-издат, 1984.

5. Сметана А.З. Автоматическая и автоматизированная настройка регуляторов теплоэнергетических процессов. Теплоэнергетика, 2004, №11, с.47-52.

6. Куликов Г.Г., Флеминг П.Дж., Брейкин Т.В., Арь-ков В.Ю. Марковские модели сложных динамических систем. Идентификация, моделирование и контроль состояния на примере цифровой САУ ГТД. Уфа: УГ АТУ,1998.-103 с.

7. Лисиенко В.Г., Волков В.В., Гончаров А.Л. Математическое моделирование теплообмена в печах и агрегатах. - Киев: Наук.думка, 1984. - 232с.

8. Советкин В.Л., Федяева Л.А. Теплофизические свойства веществ. Свердловск: УПИ, 1990. - 104 с.

9. Гоман В.В., Мезенин С.М., Прахт В.А., Сарапулов

C.Ф., Сарапулов Ф.Н., Федореев С.А. Структурное моделирование тепловых процессов в электротермических установках: учебное пособие. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. - 343 с.

Кр _

К *т

нел ^ _ 2.4 * ^ел , ^ _ 0.4 * ^(9) зап

Уральский государственный технический университет - Уральский политехнический институт

THE DETERMINED ADAPTATION METHOD OF THE TEMPERATURE REGULATOR OF THE ELECTRIC FURNACE OF RESISTANCE

E.Yu. Vorontsov, V.G. Lisienko

This article is about the determined adaptation method of a temperature regulator of the electric furnace of resistance. The method includes an estimation of output object parameters, comparison of output parameters and fixed values of output object parameters, calculation and correction of regulator settings. Thus when we calculate regulator settings we define heat-transfer coefficient with use of the effective furnace temperature defined by the thermocouple established in the furnace roof arch, and the metal temperature defined with use of a radiation pyrometer

Key words: regulator, temperature, adaptation, electric furnace of resistance