Hlavní úlohou této diplomové práce bylo odvodit matematický model tepelného výměníku na modelu PCT40, experimentálně zjistit neznámé parametry a implementovat ho do prostředí Matlab/simulink. Navržený matematický model byl realizován pomocí soustavy 3 diferenciálních rovnic popisující změny teploty v zásobníku, teploty na výstupu chlazení a výšky hladiny. Model byl porovnán s reálnou soustavou jak v otevřeném, tak v uzavřeném regulačním obvodu. K návrhu regulátorů bylo použito polynomiálního přístupu se strukturou řízení 1DOF a 2DOF. Simulační model a reálná soustava vykazovaly při porovnávání velmi podobné chování, a proto je výhodné použít tento model k odzkoušení navržených regulátorů ještě před jejich implementací na model reálný.
Anotace v angličtině
The main task of this thesis was to derive a mathematical model of the heat exchanger model PCT40, experimentally determine the unknown parameters and implement them into the Matlab/Simulink environment. The mathematical model was designed as a system of three differential equations describing the changes of temperature in the reservoir, the outlet temperature of cooling and height level. The model was compared with the real system in both open and closed control loop. The controller design is based on the polynomial approach using 1DOF and 2DOF control configurations. The simulation model and the real system showed very similar behavior when comparing, and therefore it is advantageous to use the model to test the proposed controllers before their implementation in a real model.
Klíčová slova
Tepelný výměník, PCT40, matematický model, simulace, Matlab, návrh řízení, polynomiální přístup
Hlavní úlohou této diplomové práce bylo odvodit matematický model tepelného výměníku na modelu PCT40, experimentálně zjistit neznámé parametry a implementovat ho do prostředí Matlab/simulink. Navržený matematický model byl realizován pomocí soustavy 3 diferenciálních rovnic popisující změny teploty v zásobníku, teploty na výstupu chlazení a výšky hladiny. Model byl porovnán s reálnou soustavou jak v otevřeném, tak v uzavřeném regulačním obvodu. K návrhu regulátorů bylo použito polynomiálního přístupu se strukturou řízení 1DOF a 2DOF. Simulační model a reálná soustava vykazovaly při porovnávání velmi podobné chování, a proto je výhodné použít tento model k odzkoušení navržených regulátorů ještě před jejich implementací na model reálný.
Anotace v angličtině
The main task of this thesis was to derive a mathematical model of the heat exchanger model PCT40, experimentally determine the unknown parameters and implement them into the Matlab/Simulink environment. The mathematical model was designed as a system of three differential equations describing the changes of temperature in the reservoir, the outlet temperature of cooling and height level. The model was compared with the real system in both open and closed control loop. The controller design is based on the polynomial approach using 1DOF and 2DOF control configurations. The simulation model and the real system showed very similar behavior when comparing, and therefore it is advantageous to use the model to test the proposed controllers before their implementation in a real model.
Klíčová slova
Tepelný výměník, PCT40, matematický model, simulace, Matlab, návrh řízení, polynomiální přístup
Důkladně se seznamte s reálným modelem tepelného výměníku PCT40 firmy Armfield, včetně dostupné dokumentace a literatury.
Navrhněte zjednodušený matematický model tohoto zařízení.
Neznámé parametry navrhovaného modelu určete experimentálně.
Implementujte navržený matematický model do prostředí MATLAB/Simulink.
Porovnejte získané simulační odezvy s reálně naměřenými daty, a to jak v otevřeném, tak i uzavřeném regulačním obvodu.
Pro tyto účely navrhněte vhodný systém řízení.
Zásady pro vypracování
Důkladně se seznamte s reálným modelem tepelného výměníku PCT40 firmy Armfield, včetně dostupné dokumentace a literatury.
Navrhněte zjednodušený matematický model tohoto zařízení.
Neznámé parametry navrhovaného modelu určete experimentálně.
Implementujte navržený matematický model do prostředí MATLAB/Simulink.
Porovnejte získané simulační odezvy s reálně naměřenými daty, a to jak v otevřeném, tak i uzavřeném regulačním obvodu.
Pro tyto účely navrhněte vhodný systém řízení.
Seznam doporučené literatury
PCT40 Instruction Manual. Ringwood: Armfield Limited, 2005.
POCHYLÝ, Radek. Laboratorní výukový model PCT40. Zlín, 2007. 51s. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
BRÁZDIL, Michal. Identifikace a řízení tepelného průtokového výměníku. Zlín, 2009. 100 s. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
NOSKIEVIČ, Petr. Modelování a identifikace systémů. Ostrava: Montanex, 1999. ISBN 80-7225-030-2.
WELLSTEAD, Peter. Introduction to Physical Modelling. London: Academic Press Ltd, 1979. 244 s. ISBN 0-12-744380-0.
DOSTÁL, Petr; MATUŠŮ, Radek. Stavová a algebraická teorie řízení. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2010. 90 s. ISBN 978-80-7318-991-4.
SKOGESTAD, Sigurd; POSTLETHWAITE, Ian. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. Chichester: Wiley, 2005. ISBN 0-470-01168-8.
KARBAN, Pavel. Výpočty a simulace v programech Matlab a Simulink. Praha: BEN-technická literatura, 2007. 220 s. ISBN 978-80-251-1448-3.
Seznam doporučené literatury
PCT40 Instruction Manual. Ringwood: Armfield Limited, 2005.
POCHYLÝ, Radek. Laboratorní výukový model PCT40. Zlín, 2007. 51s. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
BRÁZDIL, Michal. Identifikace a řízení tepelného průtokového výměníku. Zlín, 2009. 100 s. Diplomová práce. Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky.
NOSKIEVIČ, Petr. Modelování a identifikace systémů. Ostrava: Montanex, 1999. ISBN 80-7225-030-2.
WELLSTEAD, Peter. Introduction to Physical Modelling. London: Academic Press Ltd, 1979. 244 s. ISBN 0-12-744380-0.
DOSTÁL, Petr; MATUŠŮ, Radek. Stavová a algebraická teorie řízení. Zlín: UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2010. 90 s. ISBN 978-80-7318-991-4.
SKOGESTAD, Sigurd; POSTLETHWAITE, Ian. Multivariable Feedback Control: Analysis and Design. Chichester: Wiley, 2005. ISBN 0-470-01168-8.
KARBAN, Pavel. Výpočty a simulace v programech Matlab a Simulink. Praha: BEN-technická literatura, 2007. 220 s. ISBN 978-80-251-1448-3.
Přílohy volně vložené
1 CD
Přílohy vázané v práci
grafy
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Diplomant prezentoval před komisí hlavní cíle a výsledky své diplomové práce.
Prezentace jako celek působila vyváženě, student dokázal vystihnout klíčové body práce.
Následně byl student seznámen s posudky vedoucího a oponenta diplomové práce.
Komise vznesla k obhajobě následující dotazy:
1) Prof. Dostál: Jak je možné, že parametry přenosu jsou tak malé?
2) Prof. Dostál: Jaký je celkový příkon?
3) Prof. Dostál: Proč jste volil polynom 4. stupně?
4) Prof. Farana: Jak byste objektivně zhodnotil shodu simulace s reálným procesem?
5) Doc. Hruška: Je v práci uvedena přechodová charakteristika výměníku?
6) Doc. Bakošová: Proč mají normované přechodové charakteristiky ventilu opačný průběh při otvírání a při zavírání?
Diplomant na dotazy reagoval bez většího zaváhání.