Návrh a implementace prediktivního řízení

Abstract

Disertační práce řeší zcela nově pomocí sofistikovaných metod řízení problematiku regulace teploty přehřáté páry v elektrárně na biomasu. Teoretickou bází práce jsou metody návrhu prediktivního řízení a popis řízené technologie. Praktické ověření syntézy prediktivního regulátoru bylo nejprve provedeno v laboratoři na laboratorním modelu a řídicí prediktivní algoritmus byl realizován za pomocí programu MATLAB. Těžiště práce je pak v implementaci prediktivního algoritmu do vybrané hardwarové platformy v programovacím jazyce C++ a v návrhu řídicího systému, který splňuje technologické požadavky v celém výkonovém rozsahu instalovaného bubnového kotle. V souladu s cílem práce je nalezena optimální řídicí struktura pro zadané technologické režimy a výkonové hladiny. Ve svých důsledcích jde o návrh struktur a syntézy kaskádové regulace a prediktivního řízení teploty přehřáté páry ve vysokotlaké části elektrárenského kotle. Jsou zpracovány dva přístupy, a to použití klasických PI regulátorů, a také prediktivního regulátoru. Dále jsou oba přístupy simulovány v programu MATLAB/Simulink. V závěru práce je pak provedeno ověření řídicích algoritmů v reálném provozu v elektrárně. Původní instalovaná regulace teploty přehřáté páry je porovnávána s nově navrženou kaskádovou regulací a následně kaskádová regulace s prediktivním řízením. Byl zpracován návrh systému řízení přehřáté páry s jeho následnou implementací do stávajícího řídicího systému v elektrárně na biomasu.

This doctoral thesis is focused on the superheated steam temperature control in a biomass power plant. The theoretical bases of work are model predictive control design and description of superheated steam temperature technology. The first practical verification of designed model predictive control algorithm was performed in the laboratory on the hot air laboratory model. The control algorithm was realized by using software MATLAB. The main focus of the thesis was to design sophisticated model predictive control for superheating technology in the high pressure part of the drum boiler that meets the technological requirements in the entire power range of the installed drum boiler and also implement it into a selected hardware platform by applying C++ programming language. In accordance with the aim of the thesis an optimal control structure for the specified technological modes and power levels was found. In the thesis two control structures are presented. The first realized control was based on conventional PI controllers in cascade structure. The second control structure represents model predictive control. In addition, both approaches were simulated in software MATLAB/Simulink. At the end of the thesis the verification of the control algorithms in real operation in the biomass power plant is performed. The original installed superheated steam temperature control is compared with the newly designed cascade control and subsequently cascade control with model predictive control. The completely new designed superheated steam temperature control was elaborated with its subsequent implementation into the existing control system in the biomass power plant.