DOOSAN Škoda Power s. r. o. a Západočeská univerzita v Plzni
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND Autor práce:
Ing. Lukáš Kanta
Obsah prezentace 1. Seznámení s aerodynamickým kalibračním tunelem 2. Analýza experimentálně naměřených dat 3. Identifikace modelu kalibračního tunelu • System Identification Toolbox v Matlabu • Rekurzivní metoda nejmenších čtverců s exp. zapomínáním 4. Návrh PID regulátoru • Metoda stabilizujících regulátorů (afinní parametrizace) 5. Závěr
1. Seznámení s aerodynamickým kalibračním tunelem Cílem je regulovat rychlost proudícího vzduchu na výstupu z kontrakční dýzy, aby bylo možné kalibrovat různé druhy tlakových sond používaných v praxi pro měření proudění páry v turbínách
Elektromotor
Ventilátor
Difuzor
Usměrňovač s uklidňovacími síty
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
Kontrakční dýza
1. Seznámení s aerodynamickým kalibračním tunelem Kalibrační tunel umístěný v experimentální laboratoři Research & Development Center společnosti Doosan Škoda Power s. r. o. v Plzni
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
2. Analýza experimentálně naměřených dat Data naměřena při nájezdu elektromotoru kalibračního tunelu po zvolených hladinách výstupní rychlosti proudícího vzduchu z tunelu v manuálním režimu
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
2. Analýza experimentálně naměřených dat Testování linearity systému na základě experimentálně naměřených dat
Výpočet koeficientů lineární funkce proložené vypočítanými body pomocí příkazu p = polyfit(x,y,n) a následné vykreslení získané přímky pomocí příkazu y = polyval(p,x)
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
3. Identifikace modelu kalibračního tunelu System Identification Toolbox v Matlabu Identifikace diskrétního modelu systému s 1 nulou, 2 póly a s periodou vzorkování Ts = 0,1s. Použití Tustinovy aproximace pro získání spojitého modelu kalibračního tunelu.
Výsledek identifikace: 𝑭𝑺𝑰𝑻 (𝒑) =
𝑆𝐼𝑇 =
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
𝑁 𝑖=1
𝟎, 𝟖𝟔𝟑𝟏 𝒑𝟐 + 𝟕, 𝟏𝟗𝟕𝒑 + 𝟑𝟏, 𝟒𝟐
𝑣𝑚𝑒𝑟 − 𝑣𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 𝑁
2
= 𝟏, 𝟏𝟕𝟐𝟕
3. Identifikace modelu kalibračního tunelu Rekurzivní metoda nejmenších čtverců (RMNČ) Vývoj odhadovaných parametrů 0.6
𝜃 𝑡 =𝜃 𝑡−1 +𝐿 𝑡 𝜀 𝑡
a1 a2
0.4
𝑇
b1 b2
𝜀 𝑡 =𝑦 𝑡 −𝜑 𝑡 𝜃 𝑡−1 𝐿 𝑡 =
𝑃 𝑡 − 1 𝜑(𝑡) 1 + 𝜑𝑇 𝑡 𝑃 𝑡 − 1 𝜑(𝑡)
𝑃 𝑡 − 1 𝜑 𝑡 𝜑𝑇 𝑡 𝑃(𝑡 − 1) 𝑃 𝑡 =𝑃 𝑡−1 − 1 + 𝜑𝑇 𝑡 𝑃 𝑡 − 1 𝜑(𝑡)
Výsledek identifikace: 𝑭𝑺𝑹𝑴𝑵Č (𝒑) =
𝑆𝑅𝑀𝑁Č =
𝑣𝑚𝑒𝑟 − 𝑣𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 𝑁
0
-0.2
-0.4
-0.6
𝟏, 𝟐𝟑𝟒 𝒑𝟐 + 𝟔𝟎, 𝟎𝟔 𝒑 + 𝟒𝟓, 𝟑𝟕
𝑁 𝑖=1
Parametry modelu
0.2
-0.8
0
500
1000
1500
2000 2500 Vzorky
2
= 𝟎, 𝟒𝟎𝟑𝟏
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
3000
3500
4000
4500
3. Identifikace modelu kalibračního tunelu Srovnání výsledků získaných pomocí zvolených identifikačních metod Identifikace pomocí Identification Toolboxu a RMNČ 70 Naměřená data
65
Simulace Identification Toolbox Simulace RMNČ
Výstupní rychlost vzduchu [m/s]
60 55
Simulace dat na základě identifikovaných modelů systému byla provedena pomocí příkazu
50 45 40
y = lsim(sys,u,t)
35 30 25 20 50
100
150
200
250 300 Čas [s]
350
400
450
500
Na základě srovnání středních kvadratických chyb obou metod byl pro následný návrh regulátoru vybrán model 𝑭𝑺𝑹𝑴𝑵Č (𝒑) ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
4. Návrh PID regulátoru Metoda stabilizujících regulátorů (afinní parametrizace) PID regulace na požadovanou hodnotu výstupní rychlosti
- doba regulace Treg = 30s 𝐹𝑆𝑅𝑀𝑁Č (𝑝) =
0,07188 𝑝2 + 8,024 𝑝 + 2,611
90 Regulovaná výstupní rychlost [m/s] 80
Referenční hodnota výstupní rychlosti [m/s] Řízení generované PID regulátorem [ot/s]
70
- přenos uzavřeného systému 𝐹𝑦𝑤 𝑝 =
1 29,83𝑝 + 1
- získaný PID regulátor 𝐾𝐼 𝐹𝑅 𝑝 = 𝐾 + + 𝐾𝐷 𝑝 𝑝 K = 22,4533 Ki = 7,3063 Kd = 2,7983
60 50 40 30 20 10 0
50
100
150
200 Čas [s]
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
250
300
350
5. Závěr Pro navržení vhodného způsobu řízení výstupní rychlosti vzduchu z aerodynamického kalibračního tunelu bylo tedy třeba provést následující kroky: •
Ověření linearity systému na základě experimentálně naměřených dat
•
Identifikace modelu systému aerodynamického kalibračního tunelu
•
Návrh parametrů PID regulátoru pomocí metody stabilizujících regulátorů
•
Otestování navrženého PID regulátoru při řízení výstupní rychlosti vzduchu z tunelu
ŘÍZENÍ AERODYNAMICKÉHO TUNELU PRO KALIBRACI TLAKOVÝCH SOND
Děkuji Vám za pozornost
