Säätöventtiilien epälineaarisuudet
Kauppinen, Heikki (2020)
2020
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Degree Programme in Engineering Sciences, BSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-05-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004294501
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004294501
Tiivistelmä
Säätöventtiilien epälineaarisuudet ovat yleinen ongelma prosessiteollisuudessa. Epälineaarisuudet säätöpiirissä heikentävät säädön tarkkuutta ja aiheuttavat prosessiin oskillaatiota. Aihetta on tutkittu laajalti kirjallisuudessa. Tässä työssä käydään kootusti läpi tyypillisimmät epälineaariset ilmiöt säätöventtiileissä ja esitetään tapoja havaita ja kompensoida niitä. Työ pohjautuu muuhun kirjallisuuteen.
Säätöventtiilit ovat prosessiteollisuudessa paljon käytettyjä laitteita, joilla säädetään esimerkiksi aineiden virtauksia. Säätöventtiilejä ohjataan avaamalla ja sulkemalla venttiiliä halutun asetusarvon mukaisesti. Säätöpiirissä epälineaarisuudella tarkoitetaan prosessin käyttäytymistä eri tavalla eri toimintapisteissä. Säätöventtiileissä esiintyvistä epälineaarisista ilmiöistä yleisimmät ovat lepokitka, välys ja vasteeton alue sekä hystereesi. Lepokitka on näistä yleisin ja eniten tutkittu. Epälineaarisille ilmiöille yhteistä on niiden heikentävä vaikutus prosessin sujuvuuteen ja säädön tarkkuuteen.
Monien epälineaarisuuksien vaikutus kasvaa lepokitkan vaikutuksen kasvaessa. Lepokitkaa syntyy ajan mittaan venttiilin kuluessa sisäisten osien hankauksesta. Lepokitka saa venttiilin karan jumiutumaan eri asentoihin. Tällaisen venttiilin ohjaus on haastavaa, koska jumiutuminen aiheuttaa oskillaatiota, jota kutsutaan stick-slip-ilmiöksi.
Epälineaaristen ilmiöiden vaikutuksia säätöpiirissä voidaan havaita ja kompensoida erilaisilla menetelmillä. Suurin osa menetelmistä keskittyy lepokitkan vaikutuksiin. Prosessin vasteen oskillaatiota ja sen aaltomuotoa voidaan tarkastella ja tunnistaa siitä lepokitka. Lepokitkaa voidaan kompensoida lisäämällä ohjaukseen lyhyitä pulsseja. Pulssien energia mahdollistaa sen, ettei venttiili jumiudu. Välystä voidaan kompensoida samaan tapaan kuin lepokitkaa ja sen vaikutusta voidaan arvioida vertailemalla prosessin sisään- ja ulostuloa.
Säätöventtiilit ovat prosessiteollisuudessa paljon käytettyjä laitteita, joilla säädetään esimerkiksi aineiden virtauksia. Säätöventtiilejä ohjataan avaamalla ja sulkemalla venttiiliä halutun asetusarvon mukaisesti. Säätöpiirissä epälineaarisuudella tarkoitetaan prosessin käyttäytymistä eri tavalla eri toimintapisteissä. Säätöventtiileissä esiintyvistä epälineaarisista ilmiöistä yleisimmät ovat lepokitka, välys ja vasteeton alue sekä hystereesi. Lepokitka on näistä yleisin ja eniten tutkittu. Epälineaarisille ilmiöille yhteistä on niiden heikentävä vaikutus prosessin sujuvuuteen ja säädön tarkkuuteen.
Monien epälineaarisuuksien vaikutus kasvaa lepokitkan vaikutuksen kasvaessa. Lepokitkaa syntyy ajan mittaan venttiilin kuluessa sisäisten osien hankauksesta. Lepokitka saa venttiilin karan jumiutumaan eri asentoihin. Tällaisen venttiilin ohjaus on haastavaa, koska jumiutuminen aiheuttaa oskillaatiota, jota kutsutaan stick-slip-ilmiöksi.
Epälineaaristen ilmiöiden vaikutuksia säätöpiirissä voidaan havaita ja kompensoida erilaisilla menetelmillä. Suurin osa menetelmistä keskittyy lepokitkan vaikutuksiin. Prosessin vasteen oskillaatiota ja sen aaltomuotoa voidaan tarkastella ja tunnistaa siitä lepokitka. Lepokitkaa voidaan kompensoida lisäämällä ohjaukseen lyhyitä pulsseja. Pulssien energia mahdollistaa sen, ettei venttiili jumiudu. Välystä voidaan kompensoida samaan tapaan kuin lepokitkaa ja sen vaikutusta voidaan arvioida vertailemalla prosessin sisään- ja ulostuloa.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8453]