11
Функционал качества системы управления, реализующий основной критерий
оптимизации:
E={G
п
,G
o
,G
д
,S
п
,φ
а
,φ
з
,Е
п
}→ max, где
E – полученная энергия (кВт×ч);
G
п
– прямое излучение солнца (Вт/м
2
);
G
o
– отраженное излучение (Вт/м
2
);
G
д
– диффузное излучение (Вт/м
2
);
S
п
– площадь активно поглощающей поверхности (м
2
);
φ
а
– азимутальный угол наклона поглощающей поверхности (°);
φ
з
– зенитный угол наклона поглощающей поверхности (°);
Е
п
– затраты энергии на перемещение рабочей поверхности (Вт×ч).
Процесс передачи тепла излучением характеризуется значением полного ко-
личества теплоты:
Z × S ×t
и
× ((T
и
/100)
4
- (T
п
/100)
4
) ×
Ф, где
Z – совокупное излучение источников (Вт/м
2
);
S – площадь излучающей поверхности (м
2
);
t
и
– продолжительность излучения (сек.);
T
и
– температура источника (°С);
T
п
– температура активно поглощающей поверхности (°С);
Ф – угловой коэффициент между источником и коллектором.
Полное количество теплоты зависит от значения углового коэффициента. Для
максимизации преобразования энергии,
полученной излучением, должно выпол-
нятся условие
Ф ≥ 1. Корректировка значения
Ф выполняется
регулировкой положе-
ния рабочей поверхности преобразователя относительно источника, характеризуе-
мого значениями φ
а
и φ
з
.
Единственное излучение с достаточной точностью прогноза — это прямая сол-
нечная радиация. Поскольку возникающее отраженное и отраженное рассеянное из-
лучения – это стохастические процессы, целесообразно рассматривать их как сово-
купность. При этом количество источников (отражающих поверхностей), частота и
степень воздействия их излучения - случайные величины и могут быть описаны как
множества
значений, изменяемых в
определенном диапазоне (статистические
данные и усреднённые значения приведены в работах John A. Duffie, William A.
Beckman). Стохастичность излучения, в том числе подразумевает возникновение от-
раженных лучей, провоцирующих изменение направления поверхности коллектора
в сторону с большим значением G и низким t
и
. И так как при каждой смене направ-
лений Е
п
становится отличным от нуля, необходимо исключить переориентирование
в направлении излучений с низким G и/или t
и
.
Новая ИАСУ может быть интегрирована с элементами уже находящейся в
эксплуатации гелиосистемы. На рисунке 6 представлена
функциональная схема ге-
лиосистемы с интегрированной ИАСУ.
12
Рисунок 6
–
Функциональная схема (1– коллектор с ИАСУ, 2 – бойлерная система),
где: ИМ – имитационная модель; УУ
к
– устройство управления коллектором; ОУ
к
– объект
управления - коллектор; ПМ – прогнозирующий модуль; ОМ – оптимизирующий модуль (учиты-
вающий Е
т
–полученную и Е
э
– затраченную энергию); УУ
б
– устройство управления бойлерной
системой; ОУ
б
– объект управления - бойлерная система.
Модули ИАСУ (УУ
к
) не влияют на
функционирование стандартного УУ
б
и
при этом могут использовать синтезируемые им данные, например, для определения
необходимости блокировать нагрев теплоносителя коллектором в летней период.
УУ
к
интегрируется в
стандартную гелиосистему (рисунок 5), поддерживающую
смены направлений рабочей поверхности солнечного коллектора. На входе УУ
к
зна-
чения измеренного излучения (Х
р
) в Вт/м
2
, на основе которых синтезируется закон
управления – U
к
, обеспечивающий ориентирование центра рабочей поверхности в
направлении наибольшего совокупного излучения.
Измерение выполняется датчи-
ками, расположенными на гранях прямоугольной рабочей поверхности солнечного
коллектора.
,
(1)
φ
nа
φ
nз
– азимутальный и зенитный угол наклона рабочей поверхности в задан-
ную минуту (1,2…1440) в течение суток, изменяемый шаговым исполнительным ме-
ханизмом (например, шаговый линейный электропривод с вращаемым штоком).
Важной частью ИАСУ является ИМ, в составе которой модуль расчёта при-
хода прямой солнечной радиации, на основе которого также реализованы модули,
генерирующие значения диффузного и отражённого излучения. Значения диффуз-
ного и отраженного излучения (Х'
р\о
) измеряемые в Вт/м
2
, смоделированы блоками
Matlab Simulink – Uniform Random Number. Модель предназначена для стрессового
испытания ИАСУ, поэтому блоки непрерывно генерирует случайные значения в за-
данном диапазоне. Диапазон значений соответствует математическому описанию
диффузного излучения и статистическим данным по экспериментам с отраженным
U
к
=
Достарыңызбен бөлісу: