Синтез та дослідження ефективності комбінованих регуляторів для керування енергоємними процесами

Simple item page
dc.contributor.authorАбрамова, А. О.
dc.contributor.authorГутовський, Д. В.
dc.contributor.authorAbramova, A.
dc.contributor.authorGutovskyi, D.
dc.date.accessioned2026-08-24T11:44:43Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractУ статті виконано синтез та комплексне дослідження ефективності комбінованих регуляторів, при­значених для керування енергоємними технологічними процесами. Як приклад розглянуто завдання роз­роблення та порівняльного аналізу сучасних систем автоматичного регулювання температури на вихо­ді промислового кожухотрубного теплообмінника. Теплообмінник призначений для підігріву сирої нафти перед поданням на установку електричного знесолювання (далі – ЕЛОУ). Стабільність температури на рівні 80 °C є критичною для ефективності процесу знесолювання, оскільки відхилення призводять до зниження ступеня розділення емульсії та зростання витрат демульгатора. Запропоновано спрощену модель з розподіленими параметрами першого порядку із часовою сталою τ = 720 с. Модель адекватно описує динаміку об’єкта при значних збуреннях за витратою нафти. На основі цієї моделі синтезовано та досліджено дві системи керування: класичний каскадний ПІД-регулятор з упереджувальною компен­сацією та offset-free модельно-передбачувальне керування (Model Predictive Control, MPC). Моделювання проведено при кроковому збуренні витрати нафти на +45 %. Результати показали, що ПІД-регулятор забезпечує максимальне відхилення температури -8,4 °C з інтегральною абсолютною похибкою (Integral of Absolute Error, IAE) IAE = 1820 °C·с, тоді як offset-free MPC зменшує відхилення до -1,8 °C (IAE = 378 °C·с), що відповідає покращенню в 4,7 раза. Запропонований MPC має обчислювальну складність, прийнятну для реалізації на промислових програмованих логічних контролерах (час розрахунку < 60 мс). Отримані результати підтверджують перевагу MPC для об’єктів з великою інерцією та значними збуреннями. Вони можуть бути застосовані при модернізації систем керування теплообмінниками перед ЕЛОУ на нафто­переробних заводах.
dc.description.abstractThe article presents the synthesis and a comprehensive evaluation of the effectiveness of combined controllers designed for controlling energy-intensive technological processes. As an example, the study considers the development and comparative analysis of modern automatic control systems for regulating the outlet temperature of an industrial shell-and-tube heat exchanger. It is intended for heating crude oil before it is supplied to an electrostatic desalting unit (EDU). Maintaining the temperature at 80 °C is critical for the efficiency of the desalting process, as deviations lead to a decrease in the degree of emulsion separation and an increase in demulsifier consumption. A simplified first-order distributed-parameter model with a time constant τ = 720 s is proposed. The model provides an adequate description of the object’s dynamics under significant disturbances in oil flow rate. Two control systems have been synthesized and investigated: a classical cascade PID controller with feedforward compensation and offset-free model predictive control (Model Predictive Control, MPC) based on this model. The simulation was performed with a +45% step disturbance in oil flow. The results showed that the PID controller provides a maximum temperature deviation of - 8.4 °C with an Integral Absolute Error (Integral of Absolute Error, IAE) of 1820 °C·s, while the offset-free MPC reduces the deviation to -1.8 °C (IAE = 378 °C·s), which corresponds to an improvement of 4.7 times. The proposed MPC has a computational complexity acceptable for implementation on industrial PLCs (calculation time < 60 ms). The results obtained confirm the advantage of MPC for objects with high inertia and significant disturbances. They can be applied in the modernization of heat exchanger control systems before the ELOU in oil refineries.
dc.identifier.citationАбрамова А. О., Гутовський Д. В. Синтез та дослідження ефективності комбінованих регуляторів для керування енергоємними процесами. Науковий Журнал Метінвест Політехніки. Серія: Технічні науки. 2026. No 6. С. 14-21. DOI: https://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-2
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.32782/3041-2080/2026-6-2
dc.identifier.issn3041-2080
dc.identifier.issn3041-2099
dc.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0003-3475-8584
dc.identifier.orcidhttps://orcid.org/0009-0002-4141-7550
dc.identifier.urihttps://dspace.mipolytech.education/handle/mip/3850
dc.language.isouk
dc.publisherТОВ «ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «МЕТІНВЕСТ ПОЛІТЕХНІКА»
dc.subjectавтоматичне керування
dc.subjectтеплообмінник
dc.subjectмодель з розподіленими параметрами
dc.subjectПІД-регулятор
dc.subjectмодельно-передбачувальне керування
dc.subjectелектричне знесолювання нафти
dc.subjectустановка електрич­ного знесолювання
dc.subjectautomatic control
dc.subjectheat exchanger
dc.subjectdistributed-parameter model
dc.subjectPID controller
dc.subjectmodel predictive control
dc.subjectelectrostatic oil desalting
dc.subjectelectrostatic desalting unit
dc.titleСинтез та дослідження ефективності комбінованих регуляторів для керування енергоємними процесами
dc.title.alternativeSynthesis and research of the efficiency of combined regulators for controlling energy-consumptive processes
dc.typeArticle

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Thumbnail Image
Name:
Синтез та дослідження ефективності комбінованих регуляторів для керування енергоємними процесами.pdf
Size:
688.96 KB
Format:
Adobe Portable Document Format
Download

Collections

№ 6 2026