متغیر قابل تنظیم

ارتفاع راکتور اول

دبی محصول خروجی از راکتور اول

دمای راکتور اول

دبی آب خنک کننده ی ورودی به مبدل اول

ارتفاع راکتور دوم

دبی محصول خروجی از راکتور دوم

دمای راکتور دوم

دبی آب خنک کننده ی ورودی به مبدل دوم

در این حالت با یک سیستم چندحلقه ای تک ورودی-تک خروجی (SISO) روبرو هستیم. یک مزیت کنترل چندحلقه ای استفاده از الگوریتم های ساده است که این امر به خصوص هنگام انجام محاسبات کنترلی با بهره گرفتن از تجهیزات محاسباتی آنالوگ مهم است. دومین مزیت آن سادگی فهم برای مسئولین راهبری واحد است، که حاصل سادگی ساختار کنترل است. از آنجا که هر کنترل کننده صرفا برای یک متغیر کنترل شده قابل اندازه گیری، استفاده می شود و فقط یک متغیر قابل تنظیم را تنظیم می کند، پایش عملیات کنترل کننده ها به طور نسبی ساده است. سومین مزیت، این است که طراحی های استاندارد برای واحدهای عملیاتی معمول نظیر راکتورها، کوره ها و … به دست آمده و موجود می باشد. این بدان معنی نیست که یک طراح کنترلی منفرد برای تمام واحدهای عملیاتی از یک نوع خوب عمل کند، ولی چندین ساختار کلی به طور معمول می تواند مورد استفاده قرار بگیرد و انتخاب از بین پیشنهادات جایگزین می تواند بر اساس تحلیل و تجربه باشد ]۳۸[.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

۶-۵- کنترلرهای PID
انتخاب و برنامه ریزی یک کنترل کننده مناسب از مهمترین مراحل یک فرایند صنعتی است. یکی از متداولترین و پرکاربردترین کنترل کننده های صنعتی, کنترلر PID می باشد. این کنترل کننده از سه عبارت زیر تشکیل شده است ]۳۹[.
جمله تناسبی:
این جمله ساده ترین جمله در کنترل پیوسته است. جمله تناسبی، خروجی ای متناسب با خطای ورودی ایجاد می کند. البته جمله تناسبی به تنهایی کافی نیست. زیرا وقتی خروجی سیستم به سمت مقدار مطلوب پیش می رود، خطا کاهش یافته و در نتیجه همواره یک خطای ماندگار بین مقدار مطلوب و خروجی واقعی وجود دارد. این خطا را می توان با افزایش بهره کنترل کننده کاهش داد، اما این عمل ممکن است سبب ناپایداری و نوسان خروجی سیستم گردد. برای حل این مشکلات معمو لا جمله تناسبی را همراه با جملات مشتق و انتگرال به کار می برند. البته در صورتی که کنترل دقیق متغیر کنترل شونده از اهمیت زیاد برخوردار نباشد می توان از این کنترل کننده بهره برد.
جمله انتگرالی:
این جمله برای جبران خطای ماندگار به کار می رود؛ زیرا تا وقتی که خطایی در خروجی وجود داشته باشد جمله انتگرال تغییر پیدا می کند و در نتیجه خطای خروجی پیوسته کاهش می یابد. در نهایت وقتی خطای خروجی صفر شود، خروجی این جمله نیز بدون تغییر می ماند.
جمله مشتقی:
این جمله یک سیگنال متناسب با سرعت تغییرات خطا تولید می کند. بنابراین اگر خطا به سرعت زیاد شود، یک خروجی تصحیح کننده بزرگ تولید می شود و این سبب می شود تا خطا با سرعت بیشتری کاهش یابد. بدین ترتیب خطای دینامیک سیستم کاهش یافته، اما خطای ماندگار تغییر نمی کند. در صنعت معمولا هر سه جمله درکنار هم استفاده می شوند که در این صورت به آن کنترلر PID می گویند. فرم نهایی این کنترل کننده به صورت زیر در می آید.
(۶-۴)
که در آن e(t) تابع خطا، k_c بهره ی تناسبی، _Dτ زمان مشتقی، _Iτ زمان انتگرالی و u(t) متغیر تنظیم کننده است.
۶-۶- تنظیم کنترلر
جهت حصول اطمینان از کارایی سیستم های چندحلقه ای و تنظیم مطلوب سه روش معمول برای تنظیم این گونه حلقه ها استفاده می شود ]۴۰[:
سعی و خطا: این روش معمول ترین روشی است که در عمل به کار گرفته می شود، اگرچه بالقوه پرزحمت است. مقادیر ثابت تنظیمی اولیه معمولا مقادیر تک حلقه تغییر داده شده هستند، احتمالا بهره ها با ضریب ۲ یا بیشتر جهت پایداری کاهش می یابند. این مقادیر اولیه از طریق تنظیم دقیق تنظیم می شوند. تنظیم نهایی باید محافظه کارانه باشد (به عبارت دیگر زیاد به حاشیه پایداری نزدیک نباشد) تا تغییر در شرایط عملیاتی فرایند که بعد از روش سعی و خطا اتفاق می افتد در نظر گرفته شود.
بهینه سازی: بهینه سازی هنگامی توجیه پذیر است که برهمکنش فرایند قوی باشد و فرایند سعی و خطا وقت گیر بوده و یا اینکه منجر به اغتشاش شدید در فرایند شود. این روش تخمین های اولیه را با اندکی تلاش مهندسی و منابع محاسباتی معمول به دست می دهد.
روش دیگری که جهت تنظیم کنترل کننده های PID چند حلقه ای که عملکرد موفقی داشته توسط مونیکا و همکاران در سال ۱۹۸۱ ]۴۱[ ارائه شده است. این روش را برای سیستم های مرتبه بالا می توان با محاسبات پاسخ فرکانسی تعمیم داد. تعریف خطاهای مدلسازی که در تنظیم سیستم های چند متغیره باید در نظر گرفته شود، بسیار مشکل تر است زیرا خطاها در هر یک از معادلات و پارامترهای آن ها مستقل نیستند.
فصل هفتم
نتایج شبیه سازی
سیستم های کنترل پسخور (feed back) در صنعت از اهمیت زیادی برخوردار می باشند و این مطلب به دلیل سادگی و  پاسخ قابل قبول این گونه سیستم های کنترلی می باشد به گونه ای که با وجود ارائه استراتژی های پیچیده تر و کارا تر کنترل هنوز این روش اهمیت خود را دارا می باشد. روش های متعددی برای طراحی حلقه های کنترل پسخور ارائه شده اند، که هرکدام از این روش ها با توجه به شرایط کاری و خصوصیات سیستم کنترلی می توانند کنترل فرایندهای شیمیایی را به نحو مطلوبی بر عهده گیرند. از آن جا که در این تحقیق شبیه سازی دینامیکی راکتورهای بستر سیال جهت طراحی سیستم کنترل بهینه انجام می شود، لذا دقت و سادگی معادلات از اهمیت قابل بالایی برخوردار است. در این قسمت مدل دینامیک با توجه به معادلات موازنه جرم و انرژی و ترکیب آن با معادلات سینتیک ذکر شده در قسمت های قبل در نظر گرفته شده است و جهت اعمال استراتژی های کنترلی و مقابله با اغتشاشات مورد استفاده قرار می گیرد. با قرار دادن این مدل در محیط Simulink نرم افزار Matlab می توان ابتدا پایداری فرایند را تحقیق کرده و سپس با دادن ورودی های مختلف به صورت پله ای و بررسی تغییرات پارامترهای خروجی تاثیر آن بر هر کدام نمایش داده می شود.
۷-۱- پایداری
اولین بحث پس از مدلسازی فرایند بحث پایداری آن است. همان طور که پیش از این ذکر شد در صورت منفی بودن بخش حقیقی قطب های سیستم، پایداری به اثبات می رسد و قطب با بخش حقیقی مثبت، نمایانگر سیستم ناپایدار می باشد. شکل ۶-۱ نشان دهنده ی صفرها و قطب های مدل مورد نظر می باشد که بیشتر تجمع آن ها در نزدیکی مبدا مختصات می باشد. شکل ۶-۲ بزرگ نما شده ی شکل قبل در نزدیکی مبدا را نشان می دهد. همان طور که مشاهده می شود وجود دو قطب در سمت راست محور موهومی وجود قطب با بخش حقیقی مثبت را نشان می دهد که موجب ناپایداری سیستم می شود.
شکل ۷-۱- موقعیت قطب های سیستم بر روی محور موهومی
شکل ۷-۲- موقعیت قطب های سیستم حول مبدا
۷-۲- نتایج حلقه باز فرایند
نتایج بخش قبل باید با نتایج حاصل از مدل همخوانی داشته باشد. با رسم نمودارهای مربوط به فرایند برای چهار پارامتر مهم راکتورها (دما و سطح هر راکتور) در حالت حلقه باز مشاهده می شود که این فرایند پایدار نبوده و همان گونه که از نتایج آنالیز پایداری انتظار می رود به سمت بی نهایت میل می کند.
۷-۳- کنترل:
از آنجا که فرایند مورد نظر ناپایدار است، جهت پایداری و نگه داشتن پارامترهای مهم راکتور در نقاط عملیاتی مطلوب به یک سیستم کنترلی کارامد نیاز است. همان گونه که پیشتر ذکر گردید به دلیل اینکه دمای هر راکتور و سطح آن ها باید کنترل شود، به یک استراتژی کنترلی چند حلقه ای شامل چند کنترل کننده ی حلقه منفرد نیاز است. مقادیر مقرر برای هر کنترلر (که از داده های صنعتی استخراج شده است) در جدول ۷-۱ آمده است.
جدول ۷-۱- مقادیر مقرر برای هر کنترلر