Odhad a řízení průtoku v pumpou ovládaných otopných systémech

Abstract

Tato práce se zabývá hmotnostním průtokem v otopných systémech. Rozebírá teorii modelování otopných systémů a teorii fúze dat se zaměřením na metody odhadování stavu. Simulační model otopného systému je vyvinut a implementován v Simulinku. Data naměřená na fyzickém modelu otopného systému jsou využita k analýze charakteristiky pumpy a ke kalibraci simulačního modelu. Je odvozen a diskretizován matematický model otopného systému, který je následně použit při vývoji rozšířeného Kalmanova filtru. Ten odhaduje hmotnostní průtok s využitím informací z měření elektrického příkonu pumpy a z identifikovaného hydraulického odporu systému. Dále je vyvinut regulátor hmotnostního průtoku, jež používá odhad průtoku jako pozorovatele stavu ke sledování referenční hodnoty hmotnostního průtoku. Jsou představeny dva rozdílné přístupy návrhu regulátoru. První využívá jednoduchý PI regulátor a druhý je regulátor s LQR stavovou zpětnou vazbou.

This thesis deals with mass flow in hydronic systems. It studies the theory of hydronic system modelling and the theory of data fusion with focus on state estimation techniques. A simulation model of a hydronic system is developed and implemented in Simulink. Data recorded on a real hydronic test-bench are used to analyse the pump characteristic and to calibrate the simulation model. A discrete mathematical model of the hydronic system is derived and used in development of an extended Kalman filter mass flow estimator, which uses the information coming from measurements of electric power supplied to the pump and from identification of the hydraulic resistance of the system. A mass flow controller for the hydronic system is further developed, which uses the estimated mass flow as state observer to track a mass flow reference. Two different approaches to the controller design are presented. One uses a simple PI controller, the other is with an LQR state-feedback controller.