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.
Annotation in English
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.
Keywords
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.
Annotation in English
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.
Keywords
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.
Research Plan
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.
Recommended resources
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.
Recommended resources
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.
