Matematický model kotle na biomasu pro účely řízení

Mathematical Model of Biomass Boiler for Control Purposes

journal article - other

en

This paper focuses on building dynamic mathematical model of biomass boiler of medium energy output (in units of MW) as a controlled system and the use of this model in practice. Model of controlled system will serve especially for research of new ways of industrial biomass boilers control and will provide a device for the optimisation of existing control systems. Construction of the model is based on the heat and mass balance calculations made according to experimental data. These balance calculations serve to precise static properties of experimental unit for biomass combustion. Central part of the paper presents development of the final model that resulted from balance calculations and from analysis of step responses of the system obtained by measuring. Built dynamic model is compared with experimental data through simulations in Matlab/Simulink and verified. For validation of its applicability, the model of controlled system is completed with control system and closed-loop control circuit is validated by simulation. Then the design of new controller configuration, which improves the quality of control considerably, is presented. At the final part of the paper, possibilities of other use of the model are given, both in control theory and in industrial practice.

Článek se zabývá vytvořením dynamického matematického modelu biomasového kotle středního výkonu (v jednotkách MW) jako regulované soustavy a praktickým využitím tohoto modelu. Model regulované soustavy slouží především pro výzkum nových způsobů regulace průmyslových kotlů na biomasu a nabízí také možnost využití při seřizování současných řídicích systémů. Na základě experimentálních dat byly provedeny bilanční výpočty sloužící k upřesnění statických vlastností experimentální jednotky pro spalování biomasy. Ustřední část práce popisuje tvorbu dynamického matematického modelu, který vycházel právě z těchto bilančních výpočtů a dále z naměřených přechodových charakteristik systému. Sestavený dynamický model byl ověřen porovnáním s experimentálními daty pomocí simulací v programu Simulink. Model regulované soustavy je v další části práce doplněn modelem regulátoru a následnou simulací je ověřena platnost celého zapojení. Dále je proveden návrh nové struktury řízení, která s sebou přináší výrazné zlepšení kvality regulace. V závěru práce jsou uvedeny možnosti dalšího využití modelu kotle v teorii automatického řízení i průmyslové praxi.

This paper focuses on building dynamic mathematical model of biomass boiler of medium energy output (in units of MW) as a controlled system and the use of this model in practice. Model of controlled system will serve especially for research of new ways of industrial biomass boilers control and will provide a device for the optimisation of existing control systems. Construction of the model is based on the heat and mass balance calculations made according to experimental data. These balance calculations serve to precise static properties of experimental unit for biomass combustion. Central part of the paper presents development of the final model that resulted from balance calculations and from analysis of step responses of the system obtained by measuring. Built dynamic model is compared with experimental data through simulations in Matlab/Simulink and verified. For validation of its applicability, the model of controlled system is completed with control system and closed-loop control circuit is validated by simulation. Then the design of new controller configuration, which improves the quality of control considerably, is presented. At the final part of the paper, possibilities of other use of the model are given, both in control theory and in industrial practice.

Spalování biomasy, regulace kotlů, identifikace systémů, bilanční model, analýza přechodové charakteristiky, simulace.

Biomass combustion, boiler control, system identification, balance model, step response analysis, simulation.

2011

11.05.2011

AIDIC Servizi S.r.l

Milano, Italy

1974-9791

Chemical Engineering Transactions

25

1

743–748

6