Information
Registration Number
0826U003832,
Status
Доктор філософії
Date
04-09-2026
popup.evolution
o
Title
Mathematical modeling and synthesis of an automatic control system for an oil heater with an intermediate heat carrier
Author
popup.head Mykhailo Horbiichuk
popup.opponent Maksym V. Maksymov
popup.opponent Olga Khymko
popup.review Lidiia I. Feshanych
popup.review Vitaliia Kropyvnytska
popup.rada
Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas
Description
Актуальність теми. У дисертації досліджено непрямі нагрівачі нафти з водяною ванною, які дозволяють рівномірно та безпечно розігрівати продукт, уникаючи локальних перегрівів труб. Проте відсутність адекватної лінеаризованої математичної моделі, яка б враховувала складну динаміку та високу теплову інерційність таких об'єктів, перешкоджає створенню ефективних систем автоматичного керування (САК) процесом нагріву. Мета дослідження – створення математичної моделі нагрівача нафти з водяною банею як об’єкта автоматичного керування та синтез на її основі інноваційної САК. Основні результати: У першому розділі на основі аналізу наукових джерел обґрунтовано необхідність врахування динамічних властивостей непрямого нагрівника для оптимізації систем керування та економії палива без капітальних втручань у конструкцію апарата. У другому розділі розроблено математичну модель нагрівача на основі диференціальних рівнянь теплового балансу. Шляхом розкладу в ряд Тейлора в околі робочої точки здійснено перехід до лінеаризованої моделі, що дозволило отримати набір передавальних функцій і побудувати структурну схему об'єкта. У третьому розділі досліджено динамічні властивості об'єкта та виявлено високий (восьмий) порядок математичної моделі. Для спрощення синтезу застосовано метод редукції на основі сингулярних чисел Генкеля, що дозволило знизити порядок поліномів до 2-го та 3-го з похибкою апроксимації, яка не перевищує 3,5%. У четвертому розділі синтезовано чотири варіанти САК: одноконтурну, каскадно-зв’язану, структурно-параметричну та інваріантну. Показано, що одноконтурна система дає неприйнятний час регулювання (4200 с), а каскадна призводить до перерегулювання 33,7%. Найкращі показники досягнуто в інваріантній системі (час регулювання 58,5 с при відсутності перерегулювання), основою якої є двоканальний компенсатор збурень (зміни температури та витрати нафти на вході). Фізична реалізація компенсатора у вигляді цифрового коректора успішно протестована на базі мікропроцесорного контролера Modicon M172 у середовищі EcoStruxure Machine Expert – HVAC. Наукова новизна: Вперше: синтезовано структурну схему нагрівача на основі лінеаризованої моделі; розроблено інваріантну систему з двоканальним компенсатором; запропоновано комбінований метод налаштування ПІ/ПД-регуляторів, що поєднує метод s-площини з подальшою мінімізацією узагальненого квадратичного критерію якості. Набув подальшого розвитку: метод синтезу цифрових компенсаторів зовнішніх збурень за рахунок використання алгоритмів редукції передавальних функцій методами Генкеля та площ. Публікації: Основні наукові результати опубліковано у 15 працях, зокрема: 2 статті у виданнях баз Scopus/Web of Science, 6 статей у фахових виданнях України, 7 публікацій у матеріалах конференцій. Ключові слова: автоматизація, математична модель, автоматизація нагрівальних апаратів, система автоматичного керування, синтез системи керування, передавальна функція, перехідний процес, ідентифікація об’єкта керування, керування температурним режимом, апроксимація, редукція моделі, оптимізація, компенсація збурень, програмне забезпечення, імітаційне моделювання.
Registration Date
2026-07-21
popup.nrat_date
2026-07-21 / 2026-09-30
Updated: 2026-10-12