СИНТЕЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КОМБІНОВАНИХ РЕГУЛЯТОРІВ ДЛЯ КЕРУВАННЯ ЕНЕРГОЄМНИМИ ПРОЦЕСАМИ

Анотація

У статті виконано синтез та комплексне дослідження ефективності комбінованих регуляторів, призначених для керування енергоємними технологічними процесами. Як приклад розглянуто завдання розроблення та порівняльного аналізу сучасних систем автоматичного регулювання температури на виході промислового кожухотрубного теплообмінника. Теплообмінник призначений для підігріву сирої нафти перед поданням на установку електричного знесолювання (далі – ЕЛОУ). Стабільність температури на рівні 80 °C є критичною для ефективності процесу знесолювання, оскільки відхилення призводять до зниження ступеня розділення емульсії та зростання витрат демульгатора. Запропоновано спрощену модель з розподіленими параметрами першого порядку із часовою сталою τ = 720 с. Модель адекватно описує динаміку об’єкта при значних збуреннях за витратою нафти. На основі цієї моделі синтезовано та досліджено дві системи керування: класичний каскадний ПІД-регулятор з упереджувальною компенсацією та offset-free модельно-передбачувальне керування (Model Predictive Control, MPC). Моделювання проведено при кроковому збуренні витрати нафти на +45 %. Результати показали, що ПІД-регулятор забезпечує максимальне відхилення температури -8,4 °C з інтегральною абсолютною похибкою (Integral of Absolute Error, IAE) IAE = 1820 °C·с, тоді як offset-free MPC зменшує відхилення до -1,8 °C (IAE = 378 °C·с), що відповідає покращенню в 4,7 раза. Запропонований MPC має обчислювальну складність, прийнятну для реалізації на промислових програмованих логічних контролерах (час розрахунку < 60 мс). Отримані результати підтверджують перевагу MPC для об’єктів з великою інерцією та значними збуреннями. Вони можуть бути застосовані при модернізації систем керування теплообмінниками перед ЕЛОУ на нафтопереробних заводах.