dizertační práce

Matematický model kotle na biomasu pro účely řízení

Text práce 2.99 MB Příloha 321.93 kB Teze 470.52 kB

Autor práce: doc. Ing. Vítězslav Máša, Ph.D.

Ak. rok: 2010/2011

Vedoucí: doc. Ing. Ivan Švarc, CSc.

Oponenti: Oponent bude zobrazen po zveřejnění jeho hodnocení.

Abstrakt:

Práce se zabývá vytvořením dynamického matematického modelu biomasového kotle jako regulované soustavy a praktickým využitím tohoto modelu. V úvodní části práce je představena problematika energetického využívání biomasy a popsán aktuální vývoj v oblasti automatického řízení biomasových kotlů středních výkonů (jednotky MW). Přesto, že je tématem práce tvorba matematického modelu pro účely řízení, pozornost je věnována také technologii kotlů a fyzikální podstatě dějů, které v nich probíhají. Tvorba modelu vychází nejenom z těchto důležitých poznatků, ale také z experimentálních dat získaných během měření v reálném provozu. Na základě získaných dat byly provedeny bilanční výpočty sloužící k upřesnění statických vlastností experimentální jednotky pro spalování biomasy. Ustřední část práce popisuje tvorbu dynamického matematického modelu, který vycházel právě z těchto bilančních výpočtů a dále z naměřených přechodových charakteristik systému. Sestavený dynamický model byl ověřen porovnáním s experimentálními daty pomocí simulací v programu Simulink. Model regulované soustavy je v další části práce doplněn modelem regulátoru a následnou simulací je ověřena platnost celého zapojení. Dále je proveden návrh nové struktury řízení, která s sebou přináší výrazné zlepšení kvality regulace. V závěru práce jsou uvedeny možnosti dalšího využití modelu kotle v teorii automatického řízení i průmyslové praxi.

Klíčová slova:

Spalování biomasy, regulace kotlů, identifikace systémů, bilanční model, analýza přechodové charakteristiky, simulace.

Termín obhajoby

22.11.2010

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaPznamka

Průběh obhajoby

DP je zaměřena na vytvoření dynamického matematického modelu biomasového kotle. Téma je aktuální, navrhuje možnost snížení nákladů při spalování biomasy pro energetické účely.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní obor

Konstrukční a procesní inženýrství (D-KPI)

Složení komise

doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc. (předseda)
prof. Dr.-Habil. Ing. Jiří Klemeš, DSc. (člen)
prof. Ing. Miroslav Olehla, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (člen)
doc. Ing. Ladislav Bébar, CSc. (člen)
doc. Ing. Jan Fiedler, Dr. (člen)
doc. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Hájek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc.

     Ve své disertační práce se Ing. Vítězslav Máša zabývá vytvořením dynamického matematického modelu biomasového kotle jako regulované soustavy a praktickým využitím tohoto modelu. Pozornost věnuje  ve velké míře také technologii kotlů a fyzikální podstatě dějů, které v nich probíhají. Tvorba modelu pak vychází nejenom z těchto důležitých poznatků, ale také z experimentálních dat získaných během měření v reálném provozu. Na základě získaných dat provedl disertant bilanční výpočty sloužící k upřesnění statických vlastností experimentální jednotky pro spalování biomasy. Ve své práci  vytvořil matematický model, který vychází z  bilančních výpočtů a z naměřených přechodových charakteristik kotle. Sestavený model verifikoval porovnáním s experimentálními výsledky simulací v programu Simulink. Model regulované soustavy doplnil v další části práce modelem regulátoru a následnou simulací ověřil správnost celého zapojení. Dále provedl návrh nové struktury řízení, která s sebou přináší výrazné zlepšení kvality regulace. V závěru práce uvedl možnosti dalšího využití matematického modelu kotle v teorii automatického řízení i průmyslové praxi.
     Ing. Vítězslav Máša začal svoje doktorandská studia na Ústavu automatizace a informatiky v roce 2006 a v letošním roce  svoje doktorandská studia dokončuje touto závěrečnou prací. Téma disertační práce je zvoleno tak, aby mělo praktický význam a nebylo pouhou teorií, jako některá tzv. dnes atraktivní témata z oblasti moderních metod řízení, která jsou víceméně hraním s novými termíny a jejich využití je zcela nulové. Domnívám se, že na této práci lze demonstrovat, že v tomto případě tomu tak zdaleka není.
     Tím se dostávám k  vlastní práci. Domnívám se, že disertant při získávání experimentálních dat měřením na biomasovém kotli odvedl velký kus vlastní práce, že musel prostudovat mnoho zahraničních publikací a že i jeho vlastní publikační činnost v oboru disertační práce je dostatečná.
     Chci zdůraznit, že přínosem práce pro praxi je možnost dalšího zvýšení efektivity energetického využívání biomasy. Využití výsledků práce se předpokládá především při projekci a optimalizaci řídicích systémů biomasových kotlů. V rámci disertační práce byla navržena nová struktura regulace, která se během simulací ukázala jako výrazně vhodnější, než stávající konvenční způsob regulace použitý u experimentální jednotky. Navržený model řídicího systému vykazuje výrazné zlepšení kvality regulace oproti běžně používanému způsobu řízení a po jeho aplikaci v reálném provozu se dá předpokládat výrazné zlepšení provozních charakteristik kotle, zejména v otázce stability při výkyvech odběru tepla a rychlosti reakce kotle na změnu žádaného výkonu.
     Domnívám se, že práce splňuje stoprocentně požadavky na doktorskou disertační práci a přináší nové teoretické i vědeckotechnické poznatky. Doporučuji její obhajobu.