Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке
Изобретение относится к области автоматизации процессов сушки материалов во вращающихся барабанных сушилках и позволяет повысить точность управления. Для этого в устройство дополнительно введены датчик 2 расхода топочных газов, блок 18 оценок влагосодержания и температуры, блок 20 коррекции и блок 19 вычисления ковариационных матриц. Устройство на основании априорной информации о начальных условиях, статистических характеристиках шумов объекта и измерительной системы корректирует текущие значения влагосодержания и температуры по принципу формирования оптимальной оценки, Полученные полезные сигналы, отфильтрованные от разного рода помех, подаются в качестве входных величин на локальные регуляторы расхода исходного материала 7 и топочных газов 10. Последние вырабатывают управляющие сигналы повышенной точности, что повышает качество регулирования влагосодержания и температуры. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з F 26 B 21/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4680831/06 (22) 18.04.89 (46) 30.10.91. Бюл. ¹ 40 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (72) А.И.Степура, И.Н.Андруняк и И.В.Ильницкий (53) 66.047.565(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1337631, кл. F 26 В 21/10, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ
МАТЕРИАЛА В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ (57) Изобретение относится к области автоматизации процессов сушки материалов во вращающихся барабанных сушилках и позволяет повысить точность управления, Для этого в устройство дополнительно введены
Изобретение относится к автоматизации процессов сушки материалов во вращающихся барабанных сушилках, обогреваемых топочными газами, и может быть использовано при сушке, например, измельченной древесины.
Цель изобретения — повышение точности управления.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке.
Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке содержит сушильный агрегат 1 барабанного типа, датчик 2 расхо„„ЯЦ„„1688083 Al датчик 2 расхода топочных газов, блок 18 оценок влагосодержания и температуры, блок 20 коррекции и блок 19 вычисления ковариационных матриц, Устройство на основании априорной информации о начальных условиях, статистических характеристиках шумов объекта и измерительной системы корректирует текущие значения влагосодержания и температуры по принципу формирования оптимальной оценки.
Полученные полезные сигналы, отфильтрованные от разного рода помех, подаются в качестве входных величин на локальные регуляторы расхода исходного материала 7 и топочных газов 10. Последние вырабатывают управляющие сигналы повышенной точности, что повышает качество регулирования влагосодержания и температуры.
1 ил, ° ааай да топочных газов, поступающих в сушиль- Q ный агрегат 1, датчик 3 конечной влажности . материала, датчик 4 температуры отходящих топочных газов, дозатор 5, подающий сырой материал в сушильный агрегат 1. датчик 6 расхода исходного материала, регуля- 0 тор 7 расхода исходного материала с (,АЭ регулируемым приводом 8, топку 9 для сжигаиия топпиаа, регулятор тО расхода топочных газов, который соединеч с исполнительным механизмом 11 на подаче топочных газов в сушильный агрегат 1, измерительные нормирующие преобразователи 12, предназначенные для преобразования выходных сигналов датчиков 2,3,4 и 6 в унифицированные сигналы напряже1688083 (3) b11G(k+1)+ Ь126,(к+1), (1) 15 у=Ах+ В, где К (k + 1) =
50 (2) R
20 коррекции, двухканальный преобразователь 21 код — напряжение, задатчики 22 и 23, Масштабирующие блоки 14-17 преоб- 1Q разуют значения ходов х в значениях измеряемых физических величин у по формуле где А, — коэффициенты аппроксимации (справочные величи lb>).
Задатчик 22 задает коэффициенты
Ь11.Ь12,b21,Ь22,h11,h12,h22, начальные значе- 20 ния P11(0), P12(0), P21(0), P22(0), матрицы коэффициентов ковариации ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодержания вь>сушиваемо>о материала, значений дисперсий шумов сушильного агрегата 25
oq1, oq2 (эмпирические величины), а задатчик 23 — значения дисперсий шумов измерения температуры уходящих газов с 2 и влагосодержания высушиваемого материа- 30 па 0ц.
В блоке 18 оценок новые значения оценок температуры t (k+ 1) и влагосодержания
1> (k+ 1) в момент времени k+ 1 вычисля>отся из предыдущих значений оценок температу- 35 ры t(k) и влагосодержания 0(k), полученных в момент времени К путем прибавления взвешенных разностей между измерениями
t(k + 1), U (k + 1) в момент времени k + 1 и оценками этих измерений в момент време- 40 ни k и прибавления детерминированнь>х управляющих воздействий по расходу сырья G (k+ 1) и топочных газов GT>-(k+ 1) с соответствующими коэффициентами. Новые значения оценок выходных параметров для сушильных агрегатов барабанного типа вычисляются по следующему алгоритму.
t(k+1) = h22t(k)+Kz1(k+1)(U(k+1)и и (h11U(k)+ >1121(Ц))+ K22(k+1) (t(k+
+ 1) h12t(k))+b21G(k+")+bzzG>(k+1); п и и
U(k+1) - h1 1U(k)+h12t(k)+K11(k+1) х х (U(k+1) — (h11U(k)+h 12t(k)+
+ К12(k+1) (t(k+1) — Ь qzt(k))+ где b11,Ь12,Ь21, Ь2г,hl 1.h12 и й22 — коэффициенты, получаемые в результате идентификации сушильного агрегата барабанного типа известными методами, например, путем регрессионной идентификации линейных динамических процессов; K11 (k + 1), K12 (k+ 1), K21(k+ 1) и
K2z(k + 1) — коэффициенты коррекции, которые определяются в блоке 20 коррекции, Блок 19 вычисления ковариационных матриц функционирует по следующему апго ритму:
P (k + 1) = HP(k) Н + Q; (4)
Ф
P (k + 1) = Р (k + 1) -К (P+1)P (k + 1), (5) Т вЂ” знак транспортирования матрицы.
При этом P(k) получается из P(k + 1) задержкой на один шаг, а в начальный момент задается априорной матрицей P(O) коэффициентов ковариации ошибок оценки температуры поточных газов и влагосодержания высушиваемого материала.
Матрица коэффициентов коррекции
К (k+ 1) определяется в блоке 20 коррекции и для блока вычисления ковариационных матриц является входной величиной.
Матрица Н задает структуру сушильного барабана как двумерного динамического объекта управления.
В блоке 20 коррекции по нижеследующему алгоритму вычисляются коэффициенты коррекции K11(k + 1), Klz(k + 1), K21(k+ 1) и K22(k+ 1), которые используются в блоке 18 оценок и блоке 19 вычисления ковариационных матриц;
K(k+1) = P(k+1) (P(K+1)+ R (k))",(6) (K12 > k + 1 ) K22 (k + ) ) I
P (k+ 1) — матрица ковариации ошибок оценки температуры топочных газов t u влагосодержания высушиваемого материала U;
1688083
oi, u — дисперсии шумов измерений температуры уходящих топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала (эмпирические величины).
Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке работает следующим образом.
Оператор перед началом процесса сушки с помощью задатчика 22 задает блоку 18 оценок и блоку 19 вычисления ковариационных матриц значения коэффициентов
Ь11,Ь12 и Ь22; кроме того, блоку 18 — значения коэффициентов Ь11,Ь12,Ь21,Ь22. блоку 19 начальные значения коэффициентов Р11(0), P12(0); P21(0), P22(0) и значения дисперсии шумов о 1 и о<2, а с помощью задатчика 23 задает значения дисперсий шумов измерений 4, о3, блоку 22 коррекции. После вывода сушильного агрегата 1 на номинальный режим и включения в работу локальной автоматики пуском блока 19 оператор включает в работу устройство для автоматического 25 управления процессом сушки, Информация с датчика 6 расхода исходного материала, датчика 2 расхода топочных газов, датчика
4 температуры отходящих топочных газов и датчика 3 конечной влажности материала 30 через нормирующие преобразователи 12, многоканальный преобразователь 13 "напряжение — код" и масштабирующие блоки
14 — 17 непрерывно поступает на входы блока 18 оценок. Сюда же на другие вхо- 35 ды поступают значения коэффициентов коррекции K11(k+ 1), K12(k+ 1), K21(k+ 1) и
K22(k+ 1), В блоке 18 оценок по заданному алгоритму (2),(3) путем суммирования и умножения поступивших величин с учетом 40 значений оценок на предыдущем k-м шаге вычисляются новые значения оценок температуры t(k+ 1) и влагосодержания 0 (k+ 1) на (k+ 1)-м шаге, Полученные оценки отфильтрованы от шумов объекта и шумов измери- 45 тельной аппаратуры. С выходов блока 18 оценок через многоканальный пресбразователь 21 код — напряжение новые значения и, л оценок с (k + 1) и U (k+ 1) поступают соответственно на локальный регулятор 10 рас- 50 хода топочных газов и локальный регулятор
7 расхода сырого материала. Регуляторы 10 и 7 в соответствии со значениями заданий и выбранными законами регулирования через исполнительные механизмы 11 и 8 при- 55 водят в соответствие расход топочных газов и сырого материала температуре уходящих топочных газов и влагосодержанию высушиваемого материала. Одновременно в блоке 20 коррекции по алгоритму (6) на ос-. новании текущих значений коэффициентов ковариаций ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала P22(k + 1), P21(k + 1), Р12(k+ 1), Р11(k+ 1) и дисперсий шумов измерений 4 о3„, поступивших на его входы, рассчитываются значения коэффициентов коррекции K11 (k + 1),K12(k + 1), K21(k + 1) и
K22(k + 1), которые используются в блоке 18 и параллельно подаются на входы блока 19 вычисления ковариационных матриц, В последнем по алгоритму (4),(5) рассчитываются значения матрицы коэффициентов ковариаций P (k + 1) ошибок оценки температуры топочных газов и влагосодержания высушиваемого материала. При этом в начальный момент времени после запуска устройства в работу в качестве матрицы ковариаций P(k) используются заданные начальные значения P11(0), Р12(0), P21(0) и
Р22(О), в качестве которых при отсутствии достоверной информации можно принять для P11(0) и P22(0) большие положительные числа, а P12(O) = P21(0) = О.
Формула изобретения
Устройство для автоматического управления процессом сушки материала в барабанной сушилке, содержащее датчики температуры отходящих газов, конечной влажности материала и расхода исходного материала, регуляторы расхода исходного материала и топочных газов с исполнительными механизмами, преобразователи, многоканальные преобразователи напряжение — код и код — напряжение, масштабирующие блоки. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления, оно дополнительно содержит датчик расхода топочных газов, блок оценок, блок вычисления ковариационных матриц, блок коррекции и два задатчика, при этом датчики расхода исходного материала, расхода топочных газов и конечной влажности материала и температуры отходящих газов через преобразователи, многоканальный преобразователь напряжение — код и масштабирующие блоки подключены к блоку оценок, остальные входы которого подключены соответственно к первому задатчику и выходам блока коррекции, а выходы блока оценок соединены через многоканальный преобразователь код — напряжение с входами регуляторов расхода исходного материала и топочных газов, причем входы блока вычисления ковариационных матриц подключены соответственно к выходам блока коррекции и к первому
1688083
Составитель С.Полянский
Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал, Корректор МДемчик
Заказ 3701 Тираж 407 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
1i13035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 эадатчику, а выходы блока вычисления ковариационных матриц — к входам блока коррекции. остальные входы которого соединены с BTopblM эадатчиком.
