Тищенко И.В., Суков С.Ф.

Донецкий национальный технический университет, Украина

Применение FUZZY – регулирования при управлении теплообменным аппаратом

Теплообменный аппарат(тепломассообменный аппарат) — устройство,

в котором одно вещество — горячий теплоноситель — передает теплоту другому веществу — холодному теплоносителю. В качестве теплоносителей в тепловых аппаратах используются разнообразные вещества в самом широком диапазоне давлений и температур

Рис.1-Расчетная схема ТО

Теплообменник имеет 2 канала: горячего и холодного теплоносителя, каждый из которых характеризуется температурами на входе и на выходе (соотвественно холодного и нагретого в канале холодного теплоносителя и горячего и охлажденного в канале горячего теплоносителя ). Каждый из потоков теплоносителя обладает своей тепловой энергией. Теплообмен происходит через металлическую пластину, расположенную между каналами. Горячий теплоноситель отдает свою тепловую энергию пластине, а та, в свою очередь- холодному теплоносителю. Также каждый из каналов характеризуется массой находящегося в нем теплоносителя. Задачей регулирования является установление температуры нагретого теплоносителя в заданное значение.

В последнее время распространение стали получать системы управления, основанные на нечеткой логике (т.н. fuzzy-логика). Нечеткие регуляторы(fuzzy-регуляторы), построенные на основе нечетких множеств и нечеткой логики, зачастую способны обеспечить более высокие показатели качества переходных процессов по сравнению с традиционными регуляторами . Благодаря применению нечетких регуляторов возможно осуществлять регулирование объектами без проведения всесторонних исследований по разработке классических математических моделей.

В представленной работе проведено сравнение результатов работы нечеткого регулятора с использованием модели Мамдани и классического ПИД-регулятора.

Исходя из классической теории автоматического управления для данного объекта был разработан ПИД-регулятор со следующими параметрами настройки: К= 0,17, Ti=150, Td=6, которые были рассчитаны по методу реакции на входное воздействие и дают наилучший переходный процесс.

В результате моделирования системы с ПИД-регулятором был получен переходный процесс :

Рис.2- Зависимость температуры нагретой воды в системе с ПИД-регулятором(tзад=65 )

Рис.3- Управляющее воздействие в системе с ПИД- регулятором

Для построения нечеткого регулятора были разработаны функции принадлежности для входной и выходной переменных регулятора, изображенные на рис. 4 и 5. Входная переменная имеет 6 терм, неравномерно расположенных по оси возможных входных значений, выходная переменная имеет также 6 терм ,с еше более неравномерным расположением по оси значений. Все функции принадлежности имеют треугольную форму (тип trimf в пакете Matlab)

Рис.4 – Функции принадлежности входной переменной регулятора(уставка температуры)

Рис.5- Функции принадлежности выходной переменной регулятора(расход горячего теплоносителя)

В результате моделирования системы с нечетким регулятором был получен переходный процесс:

Рис.6- Зависимость температуры нагретой воды в системе с fuzzy-регулятором

Рис.7- Управляющее воздействие в системе с fuzzy- регулятором

Анализ рис.2-3 и 6-7 показывает, что для системы с fuzzy-регулятором время установления меньше ,к тому же отсутствует перерегулирование. Перерегулирование при управлении является крайне нежелательным для данных объектов по той причине, что это способствует износу конструкции в результате колебаний температуры .

Что касается управляющего воздействия,то оно в системе с нечетким регулятором не имеет резких выбросов или скачков на всем своём диапазоне, что тоже следует отнести к плюсам данного метода регулирования. В то же время управляющее воздействие у ПИД-регулятора имеет значительный скачок в начале .Это свидетельствует о том, что в данном случае нечеткое регулирование является более экономичным, так как обеспечивает меньший расход горячего теплоносителя.

Выводы: Классическое регулирование для объектов данного класса дает вполне удовлетворительные результаты, однако нечеткое регулирование обеспечивает чуть более качественные характеристики управления, в особенности те ,которые имеют четко выраженный прикладной характер. Следует ожидать, что сочетание или комбинирование классического и нечеткого методов позволит получить еще более качественные показатели. Литература

1. Леоненков А. Ю. Нечеткое моделирование в среде Matlab и fuzzyTech. - С. - Птб.: БХВ, 2003. ─ 720 с.

2. Золотухин Ю.Н., Кущ А.В. Вариант построения базы правил для нечеткого контроллера./ ermak.cs.nstu.ru