Антипомпажне керування газоперекачувальним агрегатом із застосуванням методів нечіткої логіки

Abstract

Дисертація присвячена питанню антипомпажного керування газоперекачувальним агрегатом. Проведено комплексний аналіз та узагальнення існуючих методів та засобів, призначених для синтезу систем автоматичного антипомпажного регулювання газоперекачувальних агрегатів, визначено основні напрямки їх розвитку й удосконалення. Розроблено основні принципи побудови і функціонування ПІ-фазі-регулятора та багатопараметричного ПІД-фазі-регулятора в складі системи автоматичного антипомпажного регулювання. Розроблено динамічну математичну модель явища помпажу в відцентровому нагнітачі газоперекачувального агрегату з врахуванням перепуску газу через антипомпажний клапан. Розроблено алгоритм моделювання процесу синтезування системи антипомпажного регулювання. Розроблено узагальнену статичну математичну модель відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегату для сукупності газодинамічних характеристик. На основі функцій спектральних щільностей ступеня підвищення тиску газу та продуктивності нагнітача визначено функцію передачі відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегату. Здійснено постановку задачі синтезу оптимальної за швидкодією підсистеми автоматичного антипомпажного регулювання. Сформульовано постановку задачі синтезу регулятора підсистеми автоматичного антипомпажного регулювання на основі використання оператора обернення. На основі функції передачі відцентрового нагнітача розроблено моделі багатопараметричних ПІДД2-, ПЩЦ2ДЗ'регуляторів і метод синтезу таких регуляторів. Розроблено структури ПДЦ2-, ПДПД-регуляторів, функція передачі яких обернена до функції передачі об’єкта керування. Здійснено синтез оптимального за швидкодією закону керування відцентровим нагнітачем газоперекачувального агрегату з газотурбінним приводом. Розроблено та синтезовано ПІДД2-, ПІ-фазі-регулятор та ПІД-регулятор з фазі-блоком автоматичного налаштування коефіцієнтів. Розроблено імітаційну модель відцентрового нагнітача газоперекачувального агрегату з урахуванням антипомпажного клапану. Проведено імітаційне моделювання з розробленими регуляторами та здійснено їх порівняльний аналіз.

Диссертация посвящена вопросу антипомпажного управления газоперекачивающим агрегатом. Проведен комплексный анализ и обобщение существующих методов и средств, предназначенных для синтеза систем автоматического антипомпажного регулирования газоперекачивающих агрегатов, определены основные направления их развития и совершенствования. Разработаны основные принципы построения и функционирования ПИ-фази-регулятора и многопараметрического ПИД-фази-регулятора в составе системы автоматического антипомпажного регулирования. Разработана динамическая математическая модель явления помпажа в центробежном нагнетателе газоперекачивающего агрегата с учетом перепуска газа через антипомпажный клапан. Разработан алгоритм моделирования процесса синтезирования системы антипомпажного регулирования. Разработана обобщенная статическая математическая модель центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата для совокупности газодинамических характеристик. На основе функций спектральных плотностей степени повышения давления газа и производительности нагнетателя определены функции передачи центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Осуществлена постановка задачи синтеза оптимальной по быстродействию подсистемы автоматического антипомпажного регулирования. Сформулирована постановка задачи синтеза регулятора подсистемы автоматического антипомпажного регулирования на основе использования оператора обращения. На основе функции передачи центробежного нагнетателя разработаны модели многопараметрических ПИДД2-, ПИДД2ДЗ-регуляторов и метод синтеза таких регуляторов. Разработаны структуры ПДД2-, ПДПД-регуляторов, функция передачи которых обратная к функции передачи объекта управления. Осуществлен синтез оптимального по быстродействию закона управления центробежным нагнетателем газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом. Разработан и синтезирован ПИДД2-, ПИ-фази-регулятор и ПИД-регулятор с фази-блоком автоматической настройки коэффициентов. Разработана имитационная модель центробежного нагнетателя газоперекачивающего агрегата с учетом антипомпажного клапана. Проведено имитационное моделирование с разработанными регуляторами и осуществлен их сравнительный анализ.

The thesis is devoted to antisurge control of gas pumping units. A comprehensive analysis and synthesis of existing methods and tools, designed to synthesize subsystems of automatic antisurge regulation of gas compressor units, are conducted and the main directions for their development and improvement are defined. Basic principles of construction and operation of the Pl-fuzzy-regulator and multiparametric PID-fuzzy-regulator as a part of the subsystem of automatic antisurge control are developed. The dynamic mathematical model of the surge phenomenon in the centrifugal pumping unit supercharger with the account of the gas bypass through the antisurge valve is designed. The algorithm of the synthesis process modeling of the antisurge regulation subsystem is implemented. The generalized mathematical static model of the centrifugal pumping unit supercharger for a set of gas-dynamic characteristics is designed. On the basis of the spectral density functions of the gas compression ratio and supercharger performance, the transfer function of the centrifugal pumping unit supercharger is determined. The synthesis problem of the time optimal subsystem of automatic antisurge control is stated. The synthesis problem statement of the subsystem regulator of automatic antisurge control, based on the inversion operator usage, is formulated. Based on the transfer function of the centrifugal supercharger, the models of multiparametric PIDD2- and PIDD2D3-regulators, as well as the method for these regulators synthesis, are developed. The structures of the PDD2- and PDPD-regulators, the transfer function of which is inverse to the transfer function of the control object, are designed. The synthesis of the optimal time control law of the centrifugal pumping unit supercharger with the gas turbine drive is conducted. The PIDD2- and Pl-fUzzy-regulator, as well as the PID regulator with the fuzzy block of automatic adjustment of coefficients, are developed and synthesized. The simulation model of the centrifugal pumping unit supercharger with the account of the antisurge valve is designed. The simulation modeling of the developed regulators is conducted and their comparative analysis is carried out.