автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Модели и алгоритмы управления многорежимными процессами паротурбинных установок

Р Г Б ОД

1 2 СЕН №

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ТАШКЕНТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени АБУ РАЙХАНА БЕРУНИ

На правах рукописи

КАННУТ МУХАМЕД НАДЖИБ АБДУЛЬ КАРИМ

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОРЕЖИМНЫМИ ПРОЦЕССАМИ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05. 13. 07 — «Автоматизация технологических

процессов и производств»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШКЕНТ —1994 г.

Работа выполнена и Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

3ахидов Б. А.

Научный консультант: кандидат технических наук

Абдукадыров А. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Муминоп Н,- А.

кандидат технических наук Ходжаев А.

Ведущая организация: Институт энергетики и автоматики

АН РУз.

Защита состоится « ^ § г'

в \ ф ^ часов на заседании специализированного Совета

Д 067. 07. 22 по присуждению ученой степени доктора технических наук в Ташкентском государственном техническом университете имени Абу Райхана Беруни по: адресу: 700095, г. Ташкент, ул. Университетская, 2, ТашГТУ, а уд. 602-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского государственного технического университета (г- Ташкент, Вузгородок, ул. Университетская, 2).

Автореферат разослан « ' » с^Ь'ЫЛ ^^ г'

Ученый секретарь Специаличирозанного Сонета доктор технических наук

АЗИМОВ Р. К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы . Важнейшим этапом повышения эффективности теплоэнергетики является скорейшее внедрении в проекты электрических станций, конструкции энергетического оборудования и практику эксплуатации новых высокоэффективных технических разработок и результатов научных исследований. Основной элемент объектов теплоэнергетики - паротурбинная установка, которая, потребляя один или несколько видов топлива, видает пар, используемый непосредственно в производстве или для вращения турбина с цель» получения электрической энергии.

Современные паротурбинные установки представляют. собой сложные технологические система. Создание, ввод в действие и последующая их эксплуатация сопряжены со значительными затратами материальных, энергетических и временных ресурсов. Поиск рвционэльша: путей, сокращающие зти издери®, является многогранной задачей. При е§ решении необходимо использовать имеющиеся достижения в области моделирования, управления, прикладной математики и др. Технологические процессы каждого участка паротурбинной установки описываются сравнительно простыми математическими моделями, но в целой она, в виду большой размерности, трудно поддается количественному анализу. Принципиальную сложность представляют задачи исследования, моделирования и управления многорежшнши процессами паротурбинных установок.

Качественно разработать, спроектировать, а затем управлять технологическими процессами при эксплуатации паротурбинной установки можно, исследовав системные динамические свойства этого класса объектов, проанализировав различные варианты исполнения, промоделировав процессы их функционирования. Эти задачи хорошо поддастся решению с привлечением аппарата логико-динамических структур моделирования и управления.

Б реферируемой диссертации-рассматриваются вопросы разработки логико-динамических структур моделирования и управления технологическими процессами паротурбинной устанм а.

Цель» работы является разработка моделей, алгоритмов и систем управ. ения технологическими процессами паротурбинных установок.

Опа госгагается решением слвдунгга. __••

сиптеи лохико-диваиичвских. коделей ссои~<л . ы (•.•■,■■ .. 1®ротур£йншой установки (турбита к топочьс-;« - ....;

разработка .логйю-виаамичвсккх структур •

управления паротурошашк установками: числег?.:- -овас«-

процессов фушщкоаировэния логкко-давйгшче«^ <• ■

ваяхяое описание логжо-дшгдатески;.- смш. i ы ■ :о; • построение переходных процессов в нш.

Мет-оди исследования. При вшолнешг рефери:---«*г: тацшшой работе использована • теория лотам —дне*! -л- :--> ■■ систем, теория автоматического управление, и^т^ат."-^ аппарат фуги&шальпо преобразованных матриц V иатош-лы-.а-анализа.

Научная новизна раооты:

- обосновала целесообразность к перспективном ь модели? ■ вания и синтеза алгортшв управления пэротур: .шиш-; установка ми в классе логико-динамических систем*

- предлоаеш алгоритма построения переходов; проиессон. • однородных к неоднородных интервальных лошко-линамическк. системаг;

.- на основа гибридных функций и логически! переменны» реализующих таблицы коэ^одентов, разработана логико-линада чэскзя модель топочного устройства, адеквэтно отраяащ?.'! ъо-ыоетые реадаы работ!.;

Практическая ценность и реализация работа:, предлохеяяы алгоритмы моделирования и управления позволяют . синтезировать аффективные системы управления паротурбинными установками, п., шсигь качество переходных процессов к упростить методику ю расчета. Результаты исследования вычислительных аспектов мо делирования логико-динамических систем, методика формирован» логико-динамических моделей составных элементов паротурбинной установки рекомендованы для использования в проектной де; тельности. УзНИИГаз.

Апробация работы; Основные материалы и результата диссертационной работь! докладывались, обсуждались и получили оцооре вие на:

I. Республиканской научно-технической конференция " Срс5лечш№

вопросы создания и внедрения экологически числи тохночопй:

.••ччпрдаяях чяашостроепия Лспублика .'/обекистая" <£аа-

Ю'Я г.)

- ¡'^о-.гг'о'лжапсхоЛ пзутао-'л'пп -.-ккой конферэвшж "Рвоблош дмооиад э-окгрической анергая я вопоосн з лвтрот-лно •»гаи -..даюс-дзоонии и других отраслях народного ¡о^уопл .'9сгг/б.тй -гбокистан" (Ташкент, 1932 г.) • из лпучган: семинарам ка$мр1 ИйУС 1а!аГТУ { Тазкезт, '.>"1-1994 гг.).

По тема диссертации опубликовано 5 работ. Структура и объ'т работа. Диссертация состоит из введения, ь-ччюх глав, гзкличення, списка литература нз 147 дажменоза-'г приложений. Работа изложена на 126 страницах, содержт С 'люункоз я 7 таблиц. . •

^о.цгшнив РАБОТЫ.

обоснована актуальность шзбравной теин, -'СорнулфоваЕЫ цель и задали исследования, раскрыта научная опизна исследований, практическая ценность диссертация, •зпокеио краткое содержание работа.

? нервоЛ главе отражено применение системного подхода л фугях методов кибернетики -< моделирован® я оптимизации ■арот'уро'шшга установок. Почазяко, что исследованию мгетемшк зшеигаестп свойств паротурбинюи установок (ПТУ) по являлось достаточно ишмавия, поскольку ! разработанные :исте;лн иааяшюго построения программ и лоиосо-чиеловда итераторы осяоепвэллсь па алгебраичссгап: моделях элементов ¡ТУ. Выполнен анализ теории- и математических моделей югихо-днномтоских систем (ЛДС), с поахали которых предлагался рассматривать теплоэнергетические , объекты.

Это связано, презде всего» с аналитичностью аппарата еории ДЦС, то ' есть способность?) адекватного представления труктуры, элементов и процессов -^упкциоиалыюй дяяакики ложных технических систем, Существенно, что. аппарат теории ложных ЛДС позволяет гибко объединять потпрэ фундаментально одели современной математики - дкЗференцяальгоп уразпэшЗ!, онечнш автоматов, альтерпатившзх сетей и двухзначна «однородных предикат. .

- б -

На основе анализа и обобщения фактического материала, привлеченного в этой главе, носящей обзорный характер, осуществлена уточненная формулировка цели и задач исследования реферируемой диссертационной работа.

Примером различия режимов паротурбинной установки {например, энергоблока) могут быть: прогрев, запуск, нагрузка* останов и др. Модель динамической операции суть система логи-ко-диТгТеренциальннх уравнений:

±(t)=Xwz\ж*'ihiy¡(t)'t}- ^.о^*..«>

f VI X

Логические переменные Lm. I., 1ш являются выходными значениями конечных автоматов Мура и зависят от входных последовательностей и внутренних состояний автоматов

!<**■'<<-.'<>

их'

Аналогично описываются автомата Л и А .

t ' U X

Кроме того, I , I , Ь , представляя собой двузначные многоместные предикаты, подчиняются условиям единственности и полноты

\ К = О, J А = О. "х, Л \ = О, з t d; jtd:

V L » 1, TI = 1, S,J с р. (3)

•С» " ' •<»

Логические переменные ( 3 ) принята в качестве элементов входного алфавита автоматов (2) и организуют порядок смены структурных состояний на множествах S к J. Модели локальных состояний

i(t)*ljm(lx(t),IJOJtJ.t). х((4)

вдлоляемые ю (1) логическими переменными (3), стационарны и линейны. Если имэнтся нелинейности, то, линеаризуя их, можно пр ости (4) к нормальному виду Кош. Тогда справедливы принципы системности функционирования и определения управляемости

(2)

-инвйных стационарны? ддс.

второй главе предлогеаа нвтодаса. облегчзкаая процесс исследования ДДС. Учитывая Л/Яжо-дгаиашчеошЯ принцип управления, производится декомпозиция ДДС аа локальннэ состояния, приводимые к линеаризованному виду.

Пусть з = Тх и система (4> находится в состоя-

нии х(Т). Существует хотя бы одна последовательность мсаентов времени О = 40 < $ = ? - таких; -что на кзздом

интервале з = 0,г-1, ДДС(4) однозначно' описывается

в вариациях:

Ъх(1) = А йх(гш (5)

а решение (5) имеет следувдиЯ вид:

&х(1)=е Оха )* (б>

1'

Здесь индекс определяет, в, каком внутреннем

состоянии находится автомат в промояутаа % с (и, и**).

Интервал интегрирования а с (и,и-ч) шбяраэт так, чтобы ^озшо было считать постоянней. Ото позволяет преобразовать (6) и в итоге посла определения интегралов получить:

.ь (1-й) -» л»,

з^г=Т;

где В - единичная иатркца размерности !ып

Перейдем к дискретно» у сронена !1М - , . где - - постоянная Еолгпша для кяздого штер-

вала, -. натуральное тесло, йо<) - произвольная радиус

круга с центром Ш, 01, в которой содерзатся все собственные числа X матрица <4»,^.

Введя обозначения для функциональяо-прэобразоваиют матриц:

Av Av* Av^ к

E*-ГГ -PV.... Q v = Л ;* (D E),(7)

получим выражение для определения переходной функции состояния системы в следующем матричном виде:

Рассмотрим особенности применения численных методов для исследования логико-динамических систем- При моделировании на ЭВМ процессов функционирования, произвольной подсистема ДЦС будем получать численные решения с погрешностью, состоящей из:

- неустранимой погрешности решения, обусловленной некоторой иде а/газированно сть» модели ot и неточностью условна ео;

- погрешности,, вносимой чнсленнши методаш (аппроксимации л . .

Ев и интегрирования е, );

- вычислительной погрешности, . связанно., с особенностями ЭВМ и структурой соответствующих алгоритмов.

Используя аппарат функционально-преобразованных матриц, ограничимся исследованием погрешностей первого и второго

л

рода. Ошибки аппроксимации ва вносят основной, вклад в погрешности второго рода. 'Каждое S-oe состояние ДЦС . линеаризуется методом конечных разностей с порядком

г

точности О (1ък)у Тьл - шаг ' аппроксимации. Помимо ошибок

л

линеаризации s -го состояния ея, значительный вклад в

погрешности второго рода вносят численные методы к

штегрврования

Для достигения цели Сь, т.е. конечного состояния^, tN), приходится последовательно получать В решений ДДЗ, соотввт-ствувдих опрвделеннш состояниям (ft а также произво-

дить л^шеаризацЕ» всвз (s=Tji) локальных состояний ДЦС. Естественно, что оиибки чтлешш решений S-ш локальных состо-

* ■ ' Л

яний ее и ошйси линеаризации ев будут суммироваться и влияют на точность конечного результата моделирования.

I

Вообще говоря, обобщеннне логические условия (La,

I ,1 J с (0,1}, которыа являются выходными значения}®!

автоматов на поверхностях 2 ограничений, обеспечивают стационарность матриц л»^ и иа интервале нэзду

переключениями (1.-1 и). Ото позволяет при получении реаешй (5) в вариациях огра- ничиться однородной системой:

где Avв■^

а соответствуодее решение примет вид :

Pv а -г ) Х(и) = е ' ' х(и-0-

Учитывая (7), обозначим : рV а » р.» , ал. р"

I 11 * а! 4

= ¡¡V Я !='Кг> . * ■

Здесь Ку^- матрица размерности п*п; шаг

интегрирования Я - го состояния; к^-коляество узлов решений для Б -го состояния: в -единичная матрица размерности п*п.

Численное решение стартового состояния МО методом Эйлера можно записать следующим образом:

МЕ+^Л, / 1хао )+ о, + ео+ЕЕ1 2'е,. . (9)

Четвертый член в правой части (Э) е4 = 0(7^ Л.>, в пятой е11— ошибка {-го шага первого состояния ЛДС (з=}>. Суммарную ошибку интегрировгния первого состояния обозначив

е„+ е1к . • (10)

С учетом (8) и (10) запиием (9) в следу идем виде:

Л У

о^ее^п^. си)

Представим общий вид численного решения ЩС методом Эйлера (без учета ошибок округления правых частей)

«г)

Н N Л

Влияние суммарной ошибки (ош+Ее,+Л1>е>; на точ-

ность конечного результата (12) растет с увеличением N - количества моделируемых локальных состояний. Чтобы получить достоверный конечный результат, требуется дополнительная пров<. ка

(14)

результатов ыоделароваат промвзуточки локальных состоя«;:. ДНО ила применение друпн ыагашо-ориентированнж методе; (например, интервальный анализ, соэдашшЯ как теоретически! аппарат автоматического учета дагреиностей при «апзшнш вычислениях). Интервальный . шалаз позволяет учитывать погрешности в заданиях исхода» данзш, погрешности округления и осуществлять вычисления с контролируемое точностью. Иначе говоря, интервальный анализ, крои; исследованных ваше погрешностей первого и второго рода пр'.. получении численных решений логико-дафференциальнш

уравнений, позволяет учесть и ошибки третьего рода, Еактшгоаеш'а в , результате округления и реализации математического описания на конкретной ЭВМ-

Запись полученного математического описания объекта в терминах интервального анализа имеет ввд:

ГШ) ([х(г>у'£п я10) с 1хоК (13>

с логическим» условиями едянственэосш

ъл = О, ь" А « О; • в »» <?„ $ * е.

и полноты

= 1, 7 1'= 1; «Г, 5с г. (15)

•ев .>*.>

Определение. Локальным состоянием иатеральной ДЦС называются подсистемы

г(К)

выделяемые из (13)- (15) автоматами и /* для всех:

Примечание. Локальному состоянию (16) соответствует нелинейная интервальная динамическая- система' с заданной структурой /т и конкретным законом управления' с и, который постоянен на интервале 4 е

Векторный метод построения процессов в однородной интервальной логико-динамической системе. В соответствие с определением локального состояния интервальной ЛДО захшем е8 модель в матричном виде

Ш = ш-.я*^, где } - интервальная матрица ! = + ¡Ву^! .

_ t1 -

■ - интервальная матрица парагтроа локального состояния; ■iv^j it !Cva 1 - патрицы управления tih>, ! » iOvg ! Ixl.

Гчитаяяя слоцифиху перо'хюЕонкя интервальных матриц, в ка-естве IDv^l примем [Dv^l 5 h h^iPrJ; гдо я - степень .¡риближепия функциойально-преобразовапяса мэтрицп. • Здось и .далее m = 1» что приводит к методу Эйлера «ля случая "мтервального анализа.

Алгоритм построения процессов S - го состояния имеет вяд

IX. } — [Dp mjfx'I.

i * i • V

Величина па оси абсцисс непосредственно

соответствует временным интервалам в секундах.

Численное решение 1-го локального состояния интервальной ЛДС можно записать в виде: '

tx(tt)}=iDt î^tmjr,

С учетом ранее введенного обозначения фунхционально-пре-

образованной матрицы (8> запишем её в интервальном виде к fPv ]R h IPv l(t -t J :K J = [/), ») '« 0 ' ' V» " ' . (17)

Mm t» . . '

'ислепяое резеше 1-го состояния ДДС, эквивалентное (9) и (II) и вбирающее в себя ошибки не только первого, второго, по 1 третьего рода, можно записать как

rxftj) = Œ.JIXJ. Приведем без вывода общзй иэд .чпслеппого ротопии ¡ятервальвых логпхо-дмфференциальви! урзгпогг.!*! (13) - <15)

■Я**» =.Р,V- ■ <»>

Полученное интервальное рйшош:в (18) по шду напоминает точную часть роизяия (12), хотя, несмотря ца шягзтчхяь записи, вбярэот в себп все вида позрмшостеа.

Рзалыгаа технические объекта (в той чкодэ и юторвалышэ -ЩС) функционируют в окрузаащей сродо и годЕоргеются шепвгам воздействиям S(t). Моделируя процессы функционирования интервальной ДйС (13) - (15), можно оценить захода! упржзя-ля

Uv.(t) С U и порядок смопп структуршн СОСТОЯНИЯ ; S-773 с .учетом различных воздействия Pt(i) с P(î),

Интервальная да при налита! военного воздействия F(i) >х>-хет быть записана в виде:

- 12 -

(а » т-.лг; + тт. хало) <= 1хго). иэ>

и будет иметь следующую рекуррентную форму: 1x^1 = 1а>втН1хкмI щтш)1.

Выведем 'численное решение V - го состояния интервальной ЛДС (19). Для первого шага имеем

1x^1 = ЦЬ,ят)([хт0)+\ 1?(01)] = 1Ь,шШхго1Н1)т,г)Ы*№)К

Запишем общий вид численного решения - го состояния интервальной ЛДС

= (Ь»9л1 ¡х,+ МО)*',/ ЩО\)} + + га, '(Р ил, .и + ггч. 3ср (гь.)! + ••• +

• в I ■ . • *

к - * « * к -1

Общий вид решения интервальной ДЦС с учетом введенного обозначения для функционально-преобразованной интервальной матрицы (17) запишем в виде:

Выведенное численное решение интервальной ДЦС (20). учи. тшзает все виды погрешгостей, управления и»я и внешние воздействия P|l(t). В то ае время отметим, что полученные ранее численные решения я без учета ошибок , округления (погрешностей третьего рода) с применением ' аппарата функционально-преобразованных матриц, не включающие управлящие (IVг и внешние Р(Х) воздействия, более сложны.

Полученные в реферируемой работе результаты способствуют расширению аналитичности аппарата . теории ДЦС, поскольку позволяют расширить арсенал применяемых моделей современной математики за счет привлечения методов и алгоритмов интервального анализа.

В третьей главе на примере паротурбинных установок сформулированы основные принципы разработки логико-динамических структур-моделирования многорезшмных технических систем. Разработаны логико-динамические модели элементов ПТУ (турбины и топочного устройства).

- 13 -

Логико-динамические модели элементов и самой ПТУ в целом позволяют: формировать облик ПТУ, постепенно учитывая менее значительные элемента принципиальной тепловой схемы; просмотреть большее количество вариантов установок. Практическое применение технологических графов и гибридных графов макросостояний ПТУ для анализа такого класса систем , как логико-динамические, предоставляют всю необходимую для численного моделирования динамических' процессов на ЭВМ информацию. Этого не позволяли суцествуюадо -подхода к исследованию ПТУ.

Процесс управления моделями состоит из внутреннего я внешнего . Внутреннее управление обеспечивает автоматическое функционирование логико-динамической модел! многорежиштой технической системы (МТС) как единого целого •- По логическим условиям (переметом) го логико-динамической иоде ж МТС, исходя из текущих значений независимых переменных, выделяют модель локального состояния и определенный закон управления.

Внешнее управление предназначено для генерирования число--вых и рехимннх ситуаций, структур, а также для выбора очередной ситуации, в которую необходимо доставить логико-динамическую модель объекта для достижения конкретной цели. Пользователь осуществляет основные вида внешних управления логико-динамическими структурами, производя:

1) числовую, параметрическую вариацию Х(2,и):

2) вариацию исходам данных г и законов-управления и=Кя(х);

3) режимные вариации процессов функционирования, разраба-

X

тнвая гибридные графы макросостояний Ьт> и логические ' пере-

и

менные законов управления X ;

I

4) структурные вариации 1е (рис.1.) с возрастающей степень»

детализации объекта и соответствующим усложнением гибридного . *

графа макросостояний (рис.2) логической переменной управления Ът, вариации числовых переменных Х(х,и) .

На основании перечисленных управлений можно решать задачи, относящиеся к сфере анализа, синтеза, управления Функционированием ПТУ.

Задачи анализа. Простейшие типы управлений позволяют решить ряд задач анализа. Изменяя информационную структуру х.

и, L , можно наблвдать и анализировать поток мосол-систвмн У . Планируя серил аксшрямектов , мохяо делать аеко -торш вшода ■ о свойствах объекта и принимать болс-обосновашше peaemw.

Задачи синтеза. Задачу синтеза »¿догорезшмнок тсмэтчвскс'

системы можно . .сфорыужфовать слэдуадка образом: для заданий, внешних воздействий найти такие независю.шо церемонные (х, и ,

- I U к

а также логические переменные Ъ , Ъ , Ims, чтобы обеспечить выход У=5Г0+е, где У0 - вектор заданных свойств, которые должна обседать МТС, описываемая логико-динегдаескими моделями; е - допустимая погрешость.

При параметрическом синтезе структура МТС остается г ' • ~

неизменной const), варыфуются только тзатаяшь

поремэшшо и логические переменные. Задача структурного • f

Синтеза МТС (Lc - vor) относится к ' кшбшаторнкл, логическим, вследствие чего но имеет в общем случае формальные методов решения.

Задача управления. В процессе эксплуатации могут изменятьсг вдевшие условия й- среда , а также некоторые параметры объекта В-результате возникает необходимость получать действительные характеристики объекта Y(t)=Y(ta)te. При этом требуете;, определять соответствующие значения переменных Х(х,ч(х)) ъ

и х

логические условия I , Lmt, которые обеспечили бы получение выходных Характеристик У.

В общем случае программу ижтации паротурбинной установки можно задать при помощи совокупности логических пере-

I * U

менних: структур Lc , макросостояний Lme и управления L режимами логико-динамической модели ПТУ. Задавая ра^чи-аше ком-

бинащш Ьт> и L при - фиксированиях Ъ , можно составлять ■шкеты динамических операций функционирования паротурбжотш установок, т.е. fXe,Imi,I,OmMPi.

<1

4

¿7*

Ф

I

/

47

ГТ^]

?ке- 1 Ри.~, 2 '

Упрощенная принципиальная

.теплегля сх&!!а ПТУ Гкбрцдш^ "ра'

I*

оот

- -16 -

Логико-динамическую модель пуска турбины можно записать следующим образом:

di

®ан

= вд" SM" SK'

dí - Sn£ - «н1- «кГ'

Т 1 кЛ- (Sjvwjwji-I

át 1 »<11 w «etf

реБ reR

ш = TTI; 0 = Т7Б; г = ÍTE.

Логические условия Imp и определяют: конкретный вид пусти - индекс m; режимы запуска - индекс и>, подрежимы в соответствии с графиком-заданием - индекс р; реким нагруясения - индекс N; а его график - индекс г.

КонкретнкЗ вид пуска установки (по времени останова Тост> температуре цилиндра высокого давления Тв и температуре цилиндра среднего давления Тс) выбирается по алгоритму, разработанному на основе формализации типовых инструкций пуска энергоблока с турбиной К-300-240 ЛМЗ.

В работе предлагается логико-динамическая модель топочного устройства (горелка+топка). Процесс функционирования, топочного устройства описывается линеаризованными уравнениями с переменными коэффициентами К (Д,а). Значения этих коэффициентов берутся из таблицы. Они зависят от процентных концентраций низко - (Д) и высококалорийного (П) газов (причем, всегда да +■ íl% = 100%), а также от коэффициента избытка воздуха а.

При такой характеристике режимов топки переменные коэффициенты ) представим в виде гибридной функции;

SJR.a) =Д!/Д.а; К , , (21)

где - L (Д.а)- логические переменные как функции действительных 'переменных Д - концентраций и a-избытка воздуха;

Kt¡ - значения коэффициентов модели топки, в общем случав функции подмокни! Kl ¡ (Д,- а), приведенные в табл. I.

Таблица 3

Коэффициенты логико-динамической моде'ли топки

N N Па- \ раме-тры а /а 1 г 0-10 10-30 30-50 50-70 70-90 90-100

Л 1 г 3 4 5 б

г.53 г. 46 2.43 3.00 2.76 1.93

г.в1 2.73 г.69 3.27 3.00 2.07

Зх(Кв) о.оег 0.053 0.042 о.огг 0.015 0.007

0.049 0.042 о.оэз 0.017 0.017 0.006

Эз (Кп) лг.б 44.4 45.5 34.0 39.2 66.2

36.3 38.0 39.0 29.2 34.2 60.5

Я*(Кз) 0.116 0.115 0.115 0.116 0.114 0.103

0.120 0.120 0.120 0.120 0.117 0.105

Б^(Тт) 4.00 4.05 4.03 3.71 3.92 4.61

3.75 3.81 3.85 3.46 3.70 4.50

0.0024 О.0025 0.0025 0.0019 о.оогг 0.0037

0.0С21 о.оогг о.оогг 0.0016 о.0019 О.0034

1881 1853 1839 1795 1705 1401

1778 1754 1742 1704 1620 1368

■ Зк(Тэ) 1&31 1боз 1589 1545 1455 1 161

1528 1520 1504 1492 1454 1377

Запишем перечень логических переменных X (Д,а), по которым выбираются коэффициенты Я^ из таблицы I:

I при 50<Д%<70,

О -в противном случае;

X

Х- =

I при 0<Д%<10,

0 -в противном случае;

1 при 10<Д%<30,

О -в противном случае;

Г при 30<&%<50, О -в противном случае;

X.

к-!1 ц

' |с -в

=

при 70<де<90, про шном случае;

I при 90<Д%<100, О -в противном случае.

£

" - -

''■лл&мвзвп та^ггшхэ «дахюга (21) в петуэт» модель

.••013»!, приводим ей к допко-дшаотдскозу сйдуг

[ ' 1 • 5г -Ч

( йг ---лу ¿г^ * -1 ¿т + ¿г,',

! " " (22)

ДО,--- ЛГ--йО.

[ 3 5. ^ '

где переменные коэффициента 5* иогно расписать в ввде:

яДг/д,^ • хп.

кз.

Подученная система лотсо-да$£орендаюлъных уравнений (22) списывает тепловые процесса в топке. Используя данные табл. I, ;гз (22) шгно последовательно вэделять модели локальных состояний, представлешак а виде систем линеаризованных дойяровцгалыш ураваоний с шстокшшш коэффициентами.

У.'.ол. I является и^рааегшем автомата к* логико-динашчес-: оа коде«; и реализует сяогнае нвлшвйаости и ограничения в :. сг.оае; неравенств, отрагаюздх стационарность локальных

¿детомод (4) для кпирвалов ^ = 1,6.

*му*уъоЯ г.ют кг ■ осаоьэ логико-данамячесхой модели '.-.гюйоге ^строыстса (22) разработан алгоритм построения ::<?(>очодшз1 процессов, Пригодятся результата экспериментального глслздо&ащта яьргхтсрцот парогенератора, синтезируется янва-риаятисп система уирьолмт тепловой нагрузкой парогенератора.

Гозультатц ыодоларсвапия представлены на рис.3.

Ф 1

но'

30

20-

и>>

1Г

____ £

"То Й за Т/а еЬ

Рис.3. Переходные процесса топочного устройства.

Топочное устройство находилось в установившемся режиме с расходом доменного газа 0=б0.54Ж,что соответствует: объемным расходам доменвого газе 05=22860 м'/ч и природного газа ю=14900и9/ч, коэффициентам /=4-го столбца табл.1, Кг =3.00, К =0.022г К =34.0, Я, =0.116, Т =3.71 с, Г =0.0019 с и

О

начальным значениям температур дымовых газов То(0)=1?95 К, Тв(0/=1545вК.

Расход " доменного гззз скачкообразно увеличен до 40000 »'/ч, что соответствует относительному увеличению расхода топлива &В=0.25. В результате возникает переходные процессы, представленные на рис. 3. Температура дымовых газов <3,

о

увеличивается на 13 С, а температура! загрязнена д£}э - на

о

39 С. Имеет место хорошее согласование теоретических и экспериментальных данных.

Кривая изменения температуры дымовых газог у гораздо круче, чем кривая температуры загрязнений С, » что согласуется с значениями тостоявной времени аккумуляции тепла в дымовых газах Тг =0,0013 с и постоянной времени аккумуляции т*плэ в отложениях Тщ = 3,71 с для данного случая {]=4}.

(О

- го -

Экспериментальное исследование статических и динамически? характеристик парогенератора.

На основе использования соответствующих усредненных значений о теплотворных способностей газов в работе получена зависимость статической величины изменения расходе пара от вариации расходов совместно сжигаемых газов:

£>= 1,1 Вдг+ 12.5 В^. Г23)

Используя (23), можно заранее определить регулируемую величину расхода совместно сзсигаешх газов, их соотношение для получения вуашой величины набора и сброса паровой нагрузки ПГ.

Динамические параметры передаточных функций объекта по каналу "расход топлива - расход пара" определены геометрическими приемами обработки соответствующих кривых разгона. В этом случае объект регулирования аппроксимируется апериодическим звеном первого порядка с чистым запаздыванием.

Комбинированная система управления тепловой нагрузкой парогенератора.

Топочное устройство, как и большинство промышленных объектов, подвержено действию многих внешних и внутренних параметрических возмущений.

Среди высококачественных систем автоматического управления подобными промышленными объектами особого внимания заслуживают системы, создаваемые на основе принципа инвариантности.

Систему автоматического управления, включавцую замкнутый цикл регулирования по отклонению тепловой нагрузки парогенератора, предлагается дополнить компенсирующим устройством по скорости изменения расхода доменного газа.

Однако трудность технической реализации системы, обеспечим идей инвариантность регулируемых параметров к изменен«» внешних возмущений, вынуждает ограничиться частичной жвирлактность» (до С):

К(Р>= > % 1

. > к - ко&Яициеят передачи компексируидего устройства, оОоспечизанцег«"" выполнение условий автономности, £ " 0.0035 —,

Т - постоянная времени, Г = 36.2 с.

Опытно-производственные испытания разработанных

аппаратурных средств и программных продуктов в условиях опытного производства УзНИИГэз подтвердили достоверность результатов исследований и эффективность их использования в системах автоматизации паротурбинных установок большой, средней и малой производительности.

ЗШШШ

Основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Анализ задач моделирования и управления технологическими процессами паротурбинных установок позволил выявить недостаточную изученность их системных динамических свойств. Показана целесообразность применения концепций теории логико-динамических систем, с позиции которых предлагается рассматривать паротурбинные установки.

2. Путем декомпозиции логико-дша.'я-зческих систем на локальные подсистемы на основе аппарата функционально-преобразованных матриц получены реиения, отражающие состояния объекта. Предложен общий вид численного решения логико-дифференциальных уравнений, исследовано влияние на конечный результат моделирования логико-динамических систем погрешностей задания начальных условий, моделей локальных состояний, их линеаризации и интегрирования.

3. Обоснована перспективность применения методов интервального анализа к моделированию логико-динамических систем. Предложены определения структурного и локальных состояний интервальных логико-динамических систем. Разработаны алгоритмы получения решений однородных и неоднородных интервальных логико-дифференциальных уравнений, позволяющие также учитывать погрешности третьего рода.'

4. На примере' паротурбинных установок сформулированы основные принципы и выделены этзгш разрчоотки логико-динамических структур при моделировании многорежимных технических систем. Рассмотрены основные виды управлений логико-динамическими структурами, позволяющие решать задачи

- Í.2 -

анализа, синтеза и управления шогореаишшми объектами.

б- На основе формализации технологического регламента, типовых инструкций и известных математических моделей разрабо-таяы логико-дивамическме модели турбины 'и топочного устройства - основных подсистем паротурбинной установки. Выявлена роль и показано значение гибридных функций и логических переменных при формализации режимов функционирования паротурбинной установки.

6. Экспериментальными приемами получены кривые разгона парогенератора по каналам "расход пара - расход природного и доменного газов". Получена статическая модель парогенератора. На основе принципа инвариантности предложена комбинированная система управления тепловой нагрузкой парогенератора. Разработанная система характеризуется высокой эффективностью, заклю-

. чающейся в значительном повышении точности поддержания оптимальных режимов парогенератора, рассчитываемых на верхнем уровне иерархической системы.

7. Алгоритм решения логико-дифференциальных уравнений с различной точностью, методика построения логико-динамических моделей и результаты синтеза системы управления паротурбинными установками рекомендованы к использованию в УзНИИГаз при проектировании высокогнйектиышх комбинировавших горелочных устройств и систем управления паротурбинными установками.

По теме диссертации опубликованы следущие работы:

1. Абдукадыров A.A., Каабаров A.C., Каннут М.Н. Логико-ди-намяческвд'модели управления теплоэнергетическими системами.// Республиканская научно-техническая конференция "Проблемные вопроси создания и внедрения экологически чистых технологий на предприятиях машиностроения Республики Узбекистан", Ташкент:-1991. - с. 79-80.

2. Абдукадыров A.A., Каннут. М.Н. Построение процессов в итервалыш логико-динамических системах.//Тезисы республиканской научно-техниччской конференции "П[к>блемы ьнработки .электрической энергии и вопросы энерготехнологии ь машиностроении и других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан", Ташкент, 1902. - с. 106-103.

'i. Абдукчдырив A.A., Камбароь P.O.. Капнут M.ii. Синтез т-¡•ико-дгаямич-'оких мг>д«лей т-ииманер^тичвских объектов.//Труди

республиканской научно-технической конференции "Проблемы выработки электрической энергии и вопросы анерготехнологии в мааи-ностроении и других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан", Ташкент, 1992. - с. I37-I4I.

4. Абдукадыров A.A., Каыбаров P.C., Каннут М.Н. О существовании и единственности решения логико-дафференциальннх уравнений: //ёшларнинг изланишлариг ва шлаб чикаришнмгг истккболя. Илмий маколалар туплами, Таакент, 1994. - 6.I3-I5.

5. ШариповН., Каннут М.Н., Захвдов Б.А. Комбинированная система управления тепловой нагрузкой парогенератора.// Тезисы докладов и материалов студенческой конференции ТашГТУ, Ташкент. - 1994. - с. 27-28. ' ' • .

ьУк

.,Г-г'11«лшл 13 £ »фи

ш^жцвх ал. «.хм-аи^л

*.7г-гурошади цур»шшарни свдатдн гшявв чшдао ва фойда-лашсэда техиа.'югик ¿арайнларни бошрриа учун удартшг тизиьш; дкнака хусуотларшш урганш, тур ли нжро вариашгдаршш га^лил ншаал, ив рехиидаргаш шде-гтаитириш иунш.дир.

Ялсергаф'л кашшкг асоеий насади буг-турбинали ¡йтжлма- • ^зрдаги '¿'охнологик ларайшшр шделлари, алгорятмдари ва оошаджз ткзимларни щиаб шщищдан иСорат. Бу ыш^задга ьуй и д ата иасадаяарнк ечка с^злп зризшадн:

- ьур-турбинали ффшшдарни- турбина ва 619121 куршшасн олагавтларщ!Ш1Г данма^й-динамик иоделларини синтез цилиш;

- «Зуг-турбинали курш&адарни . бошфриш ва ыоделлашгириш-шгаг мантий-динамик сгрукгурасини иилаб чшдаз;

- кзнтшфй-динашк ва интервал мантией-динамик тиэимдар-да утки жзрайнларини ишлаб »щиа.

Олииган ипмиа натижавардаи ^уйидагилари >;икэяга одиб чй^цаяада:

- буг-турбинали 1Щ)идшлардаги технологии яарабнларни к.а-т^иЬдшгашк тизим сифатвда тизиыди тазуш даш са фор-г лллаагирка;

- 1.'л1;т.-.1чий-ишаыик тпзимягрпи дадэдлашгирип алторитилари;

- г:ш1Т!!^'.я-дина1ла-: тазимларни интервал параметрам оОъек-»■лар куришишда тасв1!р.кав ва уларда утиш жараёнларини куриш алгоритшарй;

- ¿¡'¿за цурилмасинйяг кантга$1й-динамик модели ва буг генератора псс»жщ;к цувватини бошедяшивг инвариант тиаими.

^»кфиьдинамак тизишарни шделяашгиришнннг *исоблаш гипатдаршл тадчнц натшшарини ва буг-турбинали цурил-!.-л здемэнгларииииг ыаатюдай-динамик иоделларини тузит усули УаГагКТй лзйюф иодарила фдлашга тавсйя килкнган.

Еииинг девыуни Суйича 5та иший ии эълон к^линган.

w.: . k/'nw.

"Ii>f <!«.•••«: wH nlTx-Unf- of tfc" control ol railti-w i" -Uirbii! viW-

r-i "rurctijnr GV'rli'"' (ivrrnira! !'i><it hi j, Jockinf over I; vanoir. WTiicn. o' M— r»ecut»oii of :'Wi-lur!iinc nl.u;::-: .". r.odellir" tt-" (re-: <■•:,•■.- or it'. fu"ci »mjRS V'-1V cjanorw in dotallr. «»¡I tnen cnr«t»ol eve* tr-. tcciiolcfncai prwv.' during u.--c. o: steoT-turblnc plmtj, T(i> iv probh:"r nr<-cessfully soivec' b;> the apparatus oi JOfic-dviKaScai rtru turcs or modelline and control I in," over the isul t. t-rrom-ii o ,) ec; ,

The basic object of dissertation vtiri: is ffie elAbwatm; of mocicls, algorithms anO systems of control over technolo~'-cal processes of steam-turbine plants. It's reached by involution of the following problems: synthesis of loylc-dvnr-mical models of stea-n-turbine plants" elements.(turblnos end furnace devices), elaboration of logic-dynamical structuie^ of modelling and controllig over the steam-turbine plant;;, elaboration of algorithms of transition processes building in the logic-dynamical and interval logic-dynamical svsteift.

Fran the obtained scientific results the folicwinr ri~r' presented to the discussion- analysis of system features and formulation of tram-, logical processes of ste»7>-tiirbine plants as logic- avn;<;;<k'a' system; :

- algorithms of modelling of logic-dynamical systems:

- introduction the logic-dynanical systems as the objects with interval parameters and algorithms transition processes building in them;

- logic-dynamical model of furnace device and invariant control system over heat-loading of steam-generator;

The results of research of computational aspects of model ling- of logic-dynamical systems, the methods of logic-dynamical systems' formation and dynamical models of stea^-turbine plants' elements are recommended for using in designing at UiSJUSas.

7he basic contents of the work is elucidated in 5 publication.-.