کاربرد منطق فازی برای کنترل راکتور هیدروژناسیون استیلن واحد الفین :پایان نامه ارشد مهندسی برق

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته  مهندسی برق و با عنوان کاربرد منطق فازی برای کنترل راکتور هیدروژناسیون استیلن واحد الفین در 122 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده تحقیق کاربرد منطق فازی برای کنترل راکتور هیدروژناسیون استیلن واحد الفین:

با توجه به مصرف بالای محصولات پتروشیمی در جهان امروز و پتانسیل بالای ایران برای توسعه و تامین خوراک پتروشیمی‌ها، مجتمع‌های پتروشیمی از اهمیت ویژه‌ایبرخوردار هستند. از اینرو یکی از واکنش‌های مهم به نام هیدروژناسیون استیلن در یکی از واحدهای مادر پتروشیمی، یعنی واحد الفین بررسی و کنترل شده است.در این پژوهش پس از بررسی کتب علمی مرجع، مقالات علمی و رساله‌های موجود در این زمینه، درابتدايك سيستم راكتور هیدروژناسیون استیلن غيرخطي که در صنعت پتروشیمی جنوب کشور در حال استفاده است،انتخاب شده وبااستفاده ازمعادلات موازنه‌ی جرم و انرژي ب وسيله‌ی برنامه‌ی تخصصی MATLABشبيه‌سازي شده است. سپس سعی شده با استفاده از اعمال تغییرات یک مقدار پله در معادلات دمای راکتور، آن را با یک تابع تبدیل مناسب، با خطای بسیار کم تقریب زده و مدل‌سازی شود. همچنین با استفاده ازپاسخ پله‌ی سیستم تقریب زده شده، در ابتدا کنترل‌کننده‌های کلاسیک و سپس کنترل کننده‌ی فازی طراحی شود و درادامه بانشان دادن اينكه هيچ يك از کنترل کننده‌ها بطور مناسب برای كنترل دمای خروجی راکتور درفرآيند هیدروژناسیون استیلن مناسب نيستند،طراحی کنترلکننده‌یفازیPI_Smithبا شرایط گفته شده در فصل چهارم پیشنهاد ‌می‌شود. در نهایت بامقايسه‌ینتايج حاصلاز طراحی‌ کنترل کننده‌های متفاوت برای سیستم مذکور، ایننتيجه حاصل می‌شود که کنترل کننده‌یفازیPI_Smithمي‌تواند کنترل کننده‌ی مناسب‌تريبرای سیستم‌های دارای تاخیر باشد.

ضرورت و اهمیّت پژوهش

          از آنجایی که با توجه با اهمیّت اتیلن، می‌دانیم که به عنوان خوراک برای واحدهای دیگر پتروشیمی استفاده می‌شود، بنابراین با افزایش بازده تولید گاز اتیلن خروجی از راکتور هیدروژناسیون، افزایش کیفیت مواد مورد استفاده در صنایع پتروشیمی را سبب می‌شود. از اینرو با تلاش در جهت افزایش بازده تولید اتیلن بوسیله‌ی طراحی کنترل کننده‌های مناسب بر روی راکتور هیدروژناسیون استیلن، می‌توانیم به این هدف فائق آییم. همچنین از دیگر موارد ضرورت این پژوهش، می‌توان به برداشتن یک گام مثبتدر جهت بدست گرفتن کنترل فرآیندهای مهم صنعتی کشور به دست متخصصین ایرانی با استفاده از علوم نوین کنترلی، همچون منطق فازی اشاره نمود.

 اهداف پژوهش

اهداف انجام پژوهش‌هایی از این قبیل، که در زمینه‌های کاربردی صنعتی انتخاب و انجام می‌پذیرند را می‌توان بصورت زیر خلاصه کرد.

• به عنوان هدف علمی، می‌توان به بالا بردن سطح دانش محققین و متخصصین در زمینه طراحی و کنترل یک سیستم غیرخطی دارای تاخیر، مهم و پر کاربرد در صنایع کشور بر اساس منطق فازی اشاره کرد.
• از لحاظ هدف کاربردی، می‌توان به بهبود و ارتقاء روش‌های کنترلی کلاسیک مرسوم مورد استفاده در فرآیندهای مهم هیدروژناسیون صنعتی موجود در پتروشیمی‌های کشور اشاره نمود.
• پیشنهاد روش‌ کنترلی جدید، در راستای کاهش تلفات اتیلن و افزایش بازدهی محصولات راکتور هیدروژناسیون و همچنین در نظر گرفتن شرایط واقعی موجود در راکتور هیدروژناسیون، به جهت نزدیک‌تر شدن به شرایط واقعی کاری موجود در واحدهای پتروشیمی کشور.
• طراحی کنترل کننده‌ای مدرن، که منجر به کاهش زمان پاسخ‌دهی سیستم‌های صنعتی دارای تاخیر بخصوص راکتور هیدروژناسیون استیلن و افزایش سرعت عمل در حذف اغتشاش ورودی به سیستم، بدون داشتن تلفات.

محدودیت‌های موجود در انجام پژوهش

          همانطور که می‌دانیم راکتور هیدروژناسیون استیلن غیرخطی می‌باشد و بدلیل وجود پارامترهای متفاوت در واکنش هیدروژناسیون استیلن که در راکتور رخ می‌دهد، دارای پیچیده‌گی در مدل راکتور است. این امر سبب شده که نتوان به صورت روش‌های معمول، با جمع‌آوری داده‌های ورودی و خروجی راکتور، مدل آن را شناسایی کرد. از اینرو همانطور که در فصل سوم به شرح کامل مدل‌سازی راکتور هیدروژناسیون پرداخته خواهد شد، می‌بایست مدل راکتور را از روی حل معادلات موازنه‌ی جرم و انرژی تقریب زد. این تقریب در مدل، سبب می‌شود که همواره نتوان به مدل دقیقی از راکتور جهت طراحی کنترل کننده دست یافت. این موضوع در نوع خود به عنوان یک محدودیت بزرگ در رسیدن به مدل دینامیکی راکتور و طراحی کنترل کننده تلقّی می‌گردد. همچنین از دیگر محدودیت‌های انجام این پژوهش، می‌توان به عدم دستیابی به اطلاعات دقیق راکتورهای شیمیایی موجود در صنعت به دلیل حفاظت اطلاعات، اشاره کرد.

فهرست مطالب تحقیق کاربرد منطق فازی برای کنترل راکتور هیدروژناسیون استیلن واحد الفین:

فهرست جداول      ی

فهرست اشکال     ک

چکیده    1

فصل اول مقدّمه    2

1-1- پیشگفتار      3

1-2- بیان مسئله    3

1-3- ضرورت و اهمیّت پژوهش      4

1-4- اهداف پژوهش          4

1-5- محدودیت‌های موجود در انجام پژوهش     5

1-6- روش انجام پژوهش    6

فصل دوم واکنش شیمیایی و راکتور شیمیایی    8

2-1- مقدمه          9

2-2- تعریف واکنش شیمیایی            9

2-3- انواع واکنش‌های شیمیایی         10

2-3-1- واکنش‌های همگن و غیرهمگن            10

2-3-2- واکنش‌های‌ کاتالیزوری و غیرکاتالیزوری         11

2-3-3- واکنش‌های برگشت‌پذیر و برگشت ناپذیر           11

2-3-4- واکنش پشت ‌سر هم (سری) و موازی   11

2-3-5- واکنش‌های گرماگیر و گرمازا            12

2-4- سينتيك و سرعت واكنش شیمیایی            13

2-5- تعریف راکتور شیمیایی           13

2-5-1- معادله راکتور        14

2-6- انواع راکتورهای شیمیایی        14

2-6-1- راکتورهای پیوسته و ناپیوسته و نیمه‌پیوسته       15

2-6-2- راکتورهای بسترسیال و بسترثابت       17

2-6-3- راکتورهای لوله‌ای (پلاگ) و مخزنی با همزن (CSTR)     18

2-6-4- راکتورهای همگن و ناهمگن  20

2-6-5- راکتورهایی با عملکرد آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک            21

فصل سوم فرایند هیدروژناسیون استیلن          23

3-1- مقدمه          24

3-2- راکتور هیدروژناسیون استیلن    25

3-3- شرح فرایند  28

3-4- تاریخچه‌ی مدل‌سازی راکتور هیدروژناسیون استیلن 32

3-5- مدل‌سازی دینامیکی راکتور هیدروژناسیون استیلن  34

3-6- حالت پایدار فرایند هیدروژناسیون استیلن  48

فصل چهارم طراحی کنترل کننده        52

4-1- مقدمه          53

4-2- تعریف کنترل کننده    53

4-3- کنترل مدرن 54

4-3-1- مقدمه‌ای بر سیستم‌های فازی  55

4-3-2-  توابع تعلق، متغیرها و قیود زبانی       58

4-3-3- پایگاه قواعد فازی   59

4-3-4- موتور استنتاج فازی            59

4-3-5- فازی‌ساز  59

4-3-6- غیرفازی‌ساز         60

4-4- کنترل کلاسیک         60

4-5- کنترل مد داخلی (IMC)            63

4-6- کنترل پیش‌بین اسمیت  65

4-7- تاریخچه کنترل هیدروژناسیون استیلن واحد الفین    66

4-8- طراحی کنترل کننده PI            68

4-8-1- تایروس- لوئیبن _ PI           69

4-8-2- زیگلر- نیکولز _ PI           71

4-8-3-  ITAE_ PI 73

4-8-4-  ITSE_ PI 75

4-8-5-  ISTE_ PI 76

4-8-6- خود تنظیم (Auto Tuning)_ PI           77

4-9- طراحی کنترل کننده IMC         79

4-10- طراحی کنترل کننده پیش‌بین اسمیت_ PI 84

4-11- طراحی کنترل کننده فازی      87

4-12- طراحی کنترل کننده‌ی فازی PI _Smith  90

فصل پنجم نتیجه‌گیری و پیشنهادات     99

5-1- مقدمه          100

5-2- نتیجه‌گیری   100

5-3- پیشنهاداتی برای انجام پژوهش‌های آتی     102

فهرست مراجع     104

 Abstract           107

جدول 3-1- ضرایب نرخ معادلات هیدروژناسیون و انرژی فعال‌سازی آن‌ها 33

جدول 3-2- معادلات موازنه جرم و انرژی اجزای مختلف فرایند هیدروژناسیون استیلن  36

جدول 3-3- مقادیر پارامترهای اولیه‌ی مدل سیستم 49

جدول 4-1- تعیین ضرایب کنترل کننده‌ی PI به روش تایروس- لوئیبن 62

جدول 4-2- تعیین ضرایب کنترل کننده‌ی PI به روش زیگلر-  نیکولز 62

جدول 4-3- قوانین فازی مربوط به کنترل کننده‌ی فازی   89

جدول 4-4- قوانین فازی نوشته شده برای خروجی      93

جدول 4-5- قوانین فازی نوشته شده برای خروجی      93

جدول 5-1- مقادیر معیار انتگرالی خطای بدست آمده در هر یک از روش‌های طراحی کنترل کننده 101

 شکل2-1- راکتور پیوسته در یک حلقه صنعتی  15

شکل 2-2- راکتور ناپیوسته در یک حلقه صنعتی  16

شکل2-3- راکتور بسترسیال  17

شکل2-4- راکتور بسترثابت   18

شکل 2-5- راکتور پلاگ   19

شکل 2-6- راکتور CSTR  20

شکل 2-7- فرآیند آدیاباتیک    22

شکل 3-1- نمایی از یک راکتور هیدروژناسیون Tail-End 26

شکل 3-2- خروج مواد برش دوکربنه از بالای برج جداساز مرحله‌ی اول  30

شکل 3-3- جداسازی مواد برش دوکربنه در مرحله دوم 31

شکل 3-4- مفهوم روش حل مشتق مرتبه دو تفاضلی به روش پیشرو 35

شکل 3-5- تقسیم‌بندی راکتور به بخش‌های کوچک 39

شکل 3-6- مقایسه‌ی نمودارهای دمای خروجی، به ازای مقادیر مختلف زمانی و تقسیمات راکتور  40

شکل 3-7- پاسخ پله‌ی تابع تبدیل مرتبه اول تقریب زده شده 43

شکل 3-8- پاسخ پله‌ی تابع تبدیل مرتبه دوم تقریب زده شده 43

شکل 3-9- پاسخ پله‌ی تابع تبدیل مرتبه سوم تقریب زده شده 44

شکل 3-10 پاسخ پله‌ی تابع تبدیل مرتبه چهارم تقریب زده شده 44

شکل 3-11- پاسخ پله‌ی حاصل جمع دو تابع تبدیل مرتبه اول با زمان مرده 45

شکل 3-12- نمودار بُد حاصل‌جمع دو تابع تبدیل مرتبه‌ی اول  47

شکل 3-13- نمودار نایکوئیست حاصل‌جمع دو تابع تبدیل مرتبه‌ی اول  47

شکل 3-14- مکان هندسی ریشه‌های سیستم حاصل‌جمع دو تابع تبدیل مرتبه‌ی اول  48

شکل 3-15- دمای خروجی در حالت ماندگار  50

شکل 3-16- گازهای خروجی در حالت ماندگار  50

شکل 3-17- مقایسه‌ی غلظت خروجی استیلن به ازای ورودی تغییرات دمای متفاوت   51

شکل 4-1- دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی خالص 57

شکل 4-2- دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی TSK  57

شکل 4-3- دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی را به همراه فازی ساز و غیرفازی ساز 57

شکل 4-4- سرعت ماشین بعنوان یک متغیر زبانی با توابع تعلق و متغیرهای زبانی مربوطه 59

شکل 4-5- نمودار جعبه‌ای سیستم IMC  64

شکل 4-6- بلوک دیاگرام ساده شده‌ی منطق کنترل پیش‌بین 65

شکل 4-7- ورودی‌های اعمال شده به سیستم (ورودی مرجع به همراه ورودی اغتشاش) 69

شکل 4-8- سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی تایروس- لوئیبن _ PI 70

شکل 4-9- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی تایروس- لوئیبن _ PI 71

شکل 4-10- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی تایروس- لوئیبن _ PI 71

شکل 4-11- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی زیگلر- نیکولز _ PI 72

شکل 4-12- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی زیگلر- نیکولز _ PI 73

شکل 4-13- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی ITAE _ PI 74

شکل 4-14- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی ITAE _ PI 74

شکل 4-15- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی ITSE _ PI 75

شکل 4-16- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی ITSE _ PI 76

شکل 4-17- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی ISTE _ PI 77

شکل 4-18- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی ISTE _ PI 77

شکل 4-19- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی Auto Tuning _ PI 78

شکل 4-20- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی Auto Tuning _ PI 79

شکل 4-21- بلوک دیاگرام سیستم حلقه بسته‌ با طراحی کنترل کننده‌ی IMC به روش اسکوگستا 81

شکل 4-22- بلوک دیاگرام سیستم حلقه بسته‌ با طراحی کنترل کننده‌ی IMC به روش              82

شکل 4-23- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته در روش‌ طراحی IMC_ اسکوگستا 83

شکل 4-24- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش در روش‌ طراحی IMC_ اسکوگستا 83

شکل 4-25- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته در روش طراحی IMC_              84

شکل 4-26- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش در روش طراحی IMC_              84

شکل 4-27- بلوک دیاگرام سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی پیش‌بین اسمیت_ PI 86

شکل 4-28- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با طراحی پیش‌بین اسمیت_ PI 87

شکل 4-29- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با طراحی پیش‌بین اسمیت_ PI 87

شکل 4-30- بلوک دیاگرام سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی فازی   88

شکل 4-31- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی فازی   89

شکل 4-32- بلوک دیاگرام سیستم حلقه بسته با طراحی کنترل کننده‌ی فازی PI _Smith  91

شکل 4-33- توابع تعلق فازی در نظر گرفته شده برای هر یک از ورودی‌ها و خروجی‌ها 92

شکل 4-34- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته با کنترل کننده‌ی فازی PI _Smith  96

شکل 4-35- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی فازی PI _Smith  97

شکل 4-36- پاسخ پله‌ی سیستم حلقه بسته به همراه دفع اثر اغتشاش با کنترل کننده‌ی فازی PI _Smith  به روش مرجع [33] 98

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.