ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ СЛУЧАЙНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Гусенцова Я.А.¹, Гусенцова Е.С.², Коваленко А.А.³, Андрийчук Н.Д.⁴

¹доктор технических наук, доцент, Луганский национальный аграрный университет;  ²ассистент, Восточноукраинский национальный университет  имени В. Даля; ³кандидат технических наук, профессор, ⁴доктор технических наук, профессор, Луганский  университет имени В. Даля

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ С ПОМОЩЬЮ СЛУЧАЙНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Аннотация

В работе выполнено сравнение различных методов идентификации динамических  характеристик  объектов, связанных с генерацией тепловой энергии. Показано, что в ряде случаев для рассматриваемого типа объектов целесообразно использовать их реакцию на случайные возмущения.

Ключевые слова: динамические характеристики, теплогенерирующий объект, случайный процесс

Gusentsova Y.A.¹, Gusentsova E.S.² Kovalenko A.A.³, Andriychuk N.D.⁴

¹Ph.D., professor, Lugansk National Agrarian universiy, ²assistent, East Ukrainian National  Dalh’s university; ³Ph.D., professor, ⁴Ph.D., professor, Lugansk Dalh’s University

DETERMINING  OF THE DYNAMIC CHARACTERISTICS OF HEAT GENERATING OBJECTS USING RANDOM EFFECTS

Abstract

This paper presents the comparison of different methods of identification of dynamic characteristics of the objects associated with the generation of heat. It is shown that in some cases for the type of object it is advisable to use the responses to random perturbations.

Keywords: dynamic characteristics, heat generating facility random process

Повышение надежности и экономичности установок, тем или иным образом связанных с генерированием тепловой энергии, зависит от работы рационально спроектированной тепловой схемы, широкого внедрения энергосберегающих технологий и альтернативных источников энергии, экономии топлива, тепловой и электрической энергии. Это относится, как непосредственно к установкам, производящим тепло [1, 6], так и другим, связанным с тепловой энергией системам, таким как системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Во всех случаях экономичность установок зависит от правильного выбора  регулятора температуры, его закона регулирования, а это, в свою очередь, зависит от динамических характеристик объекта регулирования – теплогенерирующего  устройств или двигателя внутреннего сгорания [2, 3].

Целью представленной работы является идентификация объекта, т.е. определение коэффициентов уравнения динамики по его реакции на случайное воздействие.

Для определения коэф­фициентов уравнений требуется постановка специаль­ных исследований [2, 5]. Их результаты  позволяют сравнительно быстро полу­чить математическое описание объекта. Вследствие этого они получили широкое распространение при исследовании динамики объектов для целей автома­тизации.

Переходные процессы в линейном объекте с сосредо­точенными параметрами однозначно описываются линейными диф­ференциальным уравнением с постоянными коэффициентами [3].

Определение коэффициентов уравнений  исследуемых объектов может производиться экспериментальным путем, как реакция исследуемого устройства на задающее воздействие.  В реальных условиях работы задающее воздействие может быть любой функцией времени. Более того, она может менять свой характер при переходе от одного режима работы системы к другому. Чтобы не решать каждый раз частную задачу исследования динамики элемента при конкретном входном сигнале, а получить довольно полное представление о динамических свойствах элемента в результате одного решения уравнения динамики, целесообразно ввести некоторое типовое задающее воздействие, которое отражает наиболее вероятный режим работы элементов.

В качестве типовых задающих воздействий используют единичное ступенчатое воздействие, дельта-функцию Дирака, гармонический сигнал [5, 6].

Приведенные методы определения динами­ческих характеристик объектов с по­мощью подачи на вход исследуемого канала испытательного воздействия не всегда применимы. В этих случаях для определения динамических ха­рактеристик могут быть использованы статистические характеристики сигналов на входе и выходе объекта, имеющих место в процессе его нормальной эксплуата­ции.

Задача разбивается на два этапа:

1. Определение статистических характеристик слу­чайных процессов, воздействующих на объект.
2. Вычисление по ним характеристики исследуемого объекта.

Как теплогенератор, так и система охлаждения двигателя [2, 5] являются системами, охваченными отрицательной обратной связью через  регулятор. В этом случае входной случайный процесс, определяемый рядом возмущений, оказывается коррелированным через обратную связь с шумом. В этом случае импульсная функция исследуемого объекта имеет вид

          (1)

Затем решение  проводят различными методами, например, методом перебора коэффициентов импульсной функции с минимизацией среднеквадратичной ошибки аппроксимации.

Передаточная функция теплогенераторов искалась в виде

          (2)

Такой вид передаточной функции вызван тем, что процесс теплоотдачи от газа к теплоносителю в котле происходит через достаточно толстую стенку, тепловую инерционность которой необходимо учесть [1, 6]. Ей соответствует уравнение кривой разгона

          (3)

где: k₀ - коэффициент усиления, t₀ - время транспортного запаздывания, T - постоянная времени.

При экспериментах в качестве исходных данных использованы записи температуры теплоносителя на выходе объекта и расхода топлива на входе, которые осуществлялись стандартными приборами [4].

Выполненные эксперименты и их анализ позволил сделать следующие выводы.

1. Общий вид передаточной функции теплогенерирующих установок может быть представлен в виде статического звена третьего порядка и звена транспортного запаздывания.
2. Предложенный метод определения передаточной функции с помощью случайных входных воздействий дает хорошее совпадение с результатами активного эксперимента (эксперименты выполнялись на котельных установках КВ-ГМ-10, ТВГ-8М, КСВ, ДЕ-4-13ГМ). В таблице приведено сравнение экспериментальных данных, полученных в результате активного эксперимента и обработкой реакции на случайное воздействие.

Таблица 1 - Динамические характеристики теплогенерирующих установок

Литература

1. Андрийчук Н. Д. Термодинамика для инженеров – строителей /  Н. Д. Андрийчук, Е. А. Иващенко, А. А. Коваленко. – Луганск. :                 Изд-во СНУ им. В. Даля,  – 304 с.
2. Кулешова Э. И. Динамическая статистика теплогенерирующих объектов / Э. И. Кулешова,  А. А. Коваленко, Я. А. Гусенцова. – Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля  № 18 (207). – Луганськ. Вид. СНУ ім. В. Даля. 2013 р. - С. 29 - 32.
3. Регуляторы в системах воздушного отопления и вентиляции / Я. А.  Гусенцова [и др.]. – Луганськ : Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2006.  – 141 с.
4. Бородин И. Ф. Автоматизация технологических процессов / И. Ф. Бородин, О. А. Судник.  – М. : Колос,  – 344 с.
5. Elizabeth Gusentsova. Influence of Aerodynamic Characteristics on the Heat Exchange in the Cooling Systems. TEKA, Vol. 12. #3, Lublin, 2012, p. 46-50.
6. Klaus Landerheinecke. Thermodynamik für Ingenieuren / K. Landerheinecke, P. Gany, E. Satter.- Vieveqes Fashbüsher Der Technik, 2003. – 336 p.

References

1. Andrijchuk N. D. Termodinamika dlja inzhenerov – stroitelej / N. D. Andrijchuk, E. A. Ivashhenko, A. A. Kovalenko. – Lugansk. : Izd-vo SNU im. V. Dalja, – 304 s.
2. Kuleshova Je. I. Dinamicheskaja statistika teplogenerirujushhih ob#ektov / Je. I. Kuleshova, A. A. Kovalenko, Ja. A. Gusencova. – Vіsnik Shіdnoukraїns'kogo nacіonal'nogo unіversitetu іmenі Volodimira Dalja № 18 (207). – Lugans'k. Vid. SNU іm. V. Dalja. 2013 r. - S. 29 - 32.
3. Reguljatory v sistemah vozdushnogo otoplenija i ventiljacii / Ja. A. Gusencova [i dr.]. – Lugans'k : Vid-vo SNU іm. V. Dalja, 2006. – 141 s.
4. Borodin I. F. Avtomatizacija tehnologicheskih processov / I. F. Borodin, O. A. Sudnik. – M. : Kolos, – 344 s.
5. Elizabeth Gusentsova. Influence of Aerodynamic Characteristics on the Heat Exchange in the Cooling Systems. TEKA, Vol. 12. #3, Lublin, 2012, p. 46-50.
6. Klaus Landerheinecke. Thermodynamik für Ingenieuren / K. Landerheinecke, P. Gany, E. Satter.- Vieveqes Fashbüsher Der Technik, 2003. – 336 p.