ОПТИМІЗАЦІЯ ЧАСУ НАГНІТАННЯ В СИСТЕМАХ ГІДРОСТАТИЧНИХ ВИПРОБУВАНЬ НА ОСНОВІ МЕТОДУ GAIN SCHEDULING

Анотація

Гідравлічні випробування високим тиском є важливим, фінальним етапом у виробництві труб нафтогазового сортаменту, що працюють під тиском. Результатом цих випробувань є підтвердження структурної цілісності матеріалу, що гарантує безпеку подальшої експлуатації. Успішне проведення випробування вимагає точного та контрольованого досягнення і утримання заданого випробувального тиску. Ключовою проблемою при керуванні гідравлічними мультиплікаторами, які використовуються для нагнітання рідини, є сильна нелінійність динаміки системи. Метою роботи є розробка та теоретичне обґрунтування адаптивної моделі керування на основі методу планування коефіцієнтів регулятора для гідравлічного мультиплікатора високого тиску. Для цього була сформульована повна фізико-математична модель системи, що враховує нелінійність та змінливість об'єму, розроблена стратегія адаптації коефіцієнтів в залежності від тиску, спрямована на мінімізацію часу нагнітання. Було підтверджено, що адаптивне керування здатне забезпечити плавний підйом тиску (нульове перерегулювання) та його точне утримання у допуску ±1 % протягом заданого часу, тим самим оптимізуючи технологічний процес.
Методологія планування коефіцієнтів (Gain Scheduling) є широко застосовуваним підходом в адаптивному керуванні нелінійними динамічними системами, чиї параметри повільно або передбачувано змінюються в залежності від робочої точки. В контексті гідравлічної системи, що випробовується, критична динамічна характеристика – еквівалентний модуль об'ємної пружності – виявляє сильну нелінійну залежність від тиску. Цей підхід долає обмеження лінійних ПІД-регуляторів шляхом синтезу сімейства лінійних регуляторів, кожен з яких оптимально налаштований для конкретної робочої точки, що відповідає певному діапазону тиску. Перемикання між цими регуляторами або інтерполяція між їхніми коефіцієнтами здійснюється плавно, забезпечуючи квазі-оптимальне керування в усьому діапазоні робочих режимів. На основі теоретичного моделювання динаміки системи керування тиском за допомогою адаптивної стратегії планування коефіцієнтів (Gain Scheduling) для гідравлічного випробування високим тиском, були отримані: оптимізація часу нагнітання; гарантія безпеки (нульове перерегулювання); компенсація нелінійності; універсальність до об'єму стискання; компенсація витоків.