Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével



Hasonló dokumentumok
A folyamatmodellezés alapjai

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

Dinamikus modellek szerkezete, SDG modellek

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Termodinamika (Hőtan)

DINAMIKAI VIZSGÁLAT ÁLLAPOTTÉRBEN Dr. Aradi Petra, Dr. Niedermayer Péter: Rendszertechnika segédlet 1

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

Méréselmélet MI BSc 1

Légköri termodinamika

Számítógéppel segített folyamatmodellezés p. 1/20

Követelmények: f - részvétel az előadások 67 %-án - 3 db érvényes ZH (min. 50%) - 4 elfogadott laborjegyzőkönyv

Termodinamikai bevezető

Gyártórendszerek Dinamikája. Gyártórendszerek jellemzése és szerkezete Gyártórendszerekkel kapcsolatos mérnöki feladatok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gyártórendszerek irányítási struktúrái

Mérés és modellezés Méréstechnika VM, GM, MM 1

Irányítástechnika 2. előadás

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

2. (d) Hővezetési problémák II. főtétel - termoelektromosság

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Diagnosztika Petri háló modellek felhasználásával

Mérés és modellezés 1

Ipari kemencék PID irányítása

Kvantitatív módszerek

Spontaneitás, entrópia

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Műszaki hőtan I. ellenőrző kérdések

Fizika. Tanmenet. 7. osztály. 1. félév: 1 óra 2. félév: 2 óra. A OFI javaslata alapján összeállította az NT számú tankönyvhöz:: Látta: ...

KÖZEG. dv dt. q v. dm q m. = dt GÁZOK, GŐZÖK ÉS FOLYADÉKOK ÁRAMLÓ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE MÉRNI LEHET:

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Gyártórendszerek Dinamikája. Irányítástechnikai alapfogalmak

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Spontaneitás, entrópia

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Transzportjelenségek

1. Mi a termodinamikai rendszer? Miben különbözik egymástól a nyitott és a zárt termodinamikai

Bevezetés az állapottér elméletbe: Állapottér reprezentációk

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Euleri és Lagrange szemlélet, avagy a meteorológia deriváltjai

Szivattyú indítási folyamatok problémája több betáplálású távhőhálózatokban

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

Gőz-folyadék egyensúly

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

5. Laboratóriumi gyakorlat

Mérés és adatgyűjtés

Szabadentalpia nyomásfüggése

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

MINTA Írásbeli Záróvizsga Mechatronikai mérnök MSc. Debrecen,

A Föld középpontja felé szabadon eső test sebessége növekszik, azaz, a

Univerzalitási osztályok nemegyensúlyi rendszerekben, Ódor Géza

Fázisátalakulások vizsgálata

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

KÍSÉRLET, MÉRÉS, MŰSZERES MÉRÉS

Vizsgarészhez rendelt követelménymodul azonosítója, megnevezése: Épületgépészeti rendszerismeret

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

Numerikus szimuláció a városklíma vizsgálatokban

2. Energodinamika értelmezése, főtételei, leírási módok

Szennyezőanyagok terjedésének numerikus szimulációja, MISKAM célszoftver

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

LTI Rendszerek Dinamikus Analízise és Szabályozásának Alapjai

Mechatronika alapjai órai jegyzet

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

A mérnöki módszerek alkalmazásának lehetőségei a hő- és füstelvezetésben

Művelettan 3 fejezete

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Gépészeti rendszertechnika (NGB_KV002_1)

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

ALLEGRO gázhűtésű gyorsreaktor CATHARE termohidraulikai rendszerkódú számításai

Hőtan I. főtétele tesztek

Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás.

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

A végeselem módszer alapjai. 2. Alapvető elemtípusok

Mivel foglalkozik a hőtan?

Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Rugózott vezetőülés vizsgálata

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Értékes jegyek fogalma és használata. Forrás: Dr. Bajnóczy Gábor, BME, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 2. MÉRÉS

Fermi Dirac statisztika elemei

A TERMODINAMIKA II., III. ÉS IV. AXIÓMÁJA. A termodinamika alapproblémája

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

QALCOSONIC HEAT 2 ULTRAHANGOS HŰTÉSI- ÉS FŰTÉSI HŐMENNYISÉGMÉRŐ

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Anyagtudomány. Ötvözetek egyensúlyi diagramjai (állapotábrák)

Mechatronika szigorlat Írásbeli mintafeladat

Utolsó el adás. Wettl Ferenc BME Algebra Tanszék, Wettl Ferenc (BME) Utolsó el adás / 20

Átírás:

IgyR - 3/1 p. 1/20 Integrált Gyártórendszerek - MSc Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével Hangos Katalin PE Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék

IgyR - 3/1 p. 2/20 Tartalom 1. A modellezési feladat 2. A megmaradás elve termodinamikai alapok jelenségek, mechanizmusok 3. Kiegészítő egyenletek kitűzése és jellemzői 4. A modellezési eljárás és lépései modellezési cél szisztematikus modell építési eljárás a modell összetevői 5. A modell álapottér alakja állapotváltozók, potenciális bemenetek és kimenetek

IgyR - 3/1 p. 3/20 Az Általános modellezési feladat adott: modellezendő rendszer, modellezési cél meghatározandó: matematikai modell, amely leírja a rendszer viselkedését az adott célra

IgyR - 3/1 p. 4/20 A modellezési cél Feladatleírás: a rendszer és a modellezése cél együttese ezési cél fajtái dinamikus és statikus (állandósult állapotbeli) szimuláció tervezés folyamatirányítás (predikció, értéktartó szabályozás, identifikáció, diagnosztika) meghatározza a modell értelmezési tartományát modellezési cél befolyásolja: milyen jelenségeket vegyünk figyelembe modell matematikai formáját modell pontosságát (jellemző változókra nézve)

IgyR - 3/1 p. 5/20 7 lépéses modellezési eljárás Probléma definiálása 1 Probléma definiálása formális leírás a rendszer körülhatárolása modellezési cél meghatározása folyamatábra elkészítése (berendezések, változók) 2 Mechanizmusok meghatározása leírandó jelenségek összegyűjtése (pl. áramlás, átadás, reakció, párolgás) 3 Adatok összegyűjtése és értékelése állandók táblázatokból (pontosság!) berendezés és működés jellemzői mért adatok (előkísérletek) Mechanizmusok meghatározása Adatok összegyujtése és értékelése elkészítése megoldása megoldásának ellenorzése érvényességének ellenorzése

IgyR - 3/1 p. 6/20 7 lépéses modellezési eljárás Probléma definiálása 4 elkészítése mérlegelési térfogatok meghatározása modellezési feltételezések megfogalmazása modell egyenletek felírása (mérlegegyenletek, kiegészítő egyenletek) kezdeti- és peremfeltételek megadása 5 megoldása megoldó eljárás készítése vagy testreszabása a megoldás hihetőségének és pontosságának ellenőrzése Mechanizmusok meghatározása Adatok összegyujtése és értékelése elkészítése megoldása megoldásának ellenorzése érvényességének ellenorzése

IgyR - 3/1 p. 7/20 7 lépéses modellezési eljárás Probléma definiálása 6 megoldásának ellenőrzése kvalitatív viselkedés ellenőrzése mérnöki intuíció alapján dinamikus tulajdonságok (pl. stabilitás) meglétének ellenőrzése 7 érvényességének ellenőrzése modell kalibráció bizonytalan/ismeretlen paraméterek meghatározása paraméterbecsléssel modell validáció matematikai modell és a valós rendszer (mérés) pontos statisztikai összehasonlítása Mechanizmusok meghatározása Adatok összegyujtése és értékelése elkészítése megoldása megoldásának ellenorzése érvényességének ellenorzése

IgyR - 3/1 p. 8/20 Mechanizmusok - jelenségek P C R G A leggyakrabban előforduló mechanizmusok folyamatrendszereknél - a leíró tárgy áramlások (konvekció, diffúzió) - áramlástan hűtés/fűtés (hőátadás/energiaátadás) - hő- és áramlástan kémiai reakció - reakciókinetika fázisátalakulások (párolgás, forrás, olvadás,...) - termodinamika elegyedés/szétválasztás (desztilláció, oldódás, kristályosítás,...) - termodinamika (hősugárzás, bioreakció, adszorpció, abszorpció,...)

IgyR - 3/1 p. 9/20 A megmaradási egyenletek - 1 P C R G Mérlegelési térfogatok: ezekre irunk fel dinamikus mérlegegyenleteket általában állandó térfogat tökéletesen kevert (koncentrált paraméterű, közönséges differenciálegyenlet alakú mérleg) Megmaradó (extenzív) mennyiségek: összes tömeg energia (entalpia, belső energia) komponens tömeg, (impulzus) Dinamikus mérlegegyenlet általános alak: megmaradó mennyiségre { idobeli valtozas } = { } { bearamlas kiaramlas } + { forras nyelo }

IgyR - 3/1 p. 10/20 Intenzív mennyiségek P C R G Rendszer-egyesítéskor kiegyenlítődnek potenciál (hajtóerő) típusú mennyiségek áramlások és átadások hajtóerői (leggyakrabban lineáris közelítés "kereszthatás" nélkül) mérhetőek extenzív - intenzív párok összes tömeg m - nyomás p energia U - hőmérséklet T komponens tömeg m X - koncentráció c X (kémiai potenciál) Extenzív - intenzív mennyiségek közötti összefüggések U = c P mt (c P fajhő) m X = m ρ c X (ρ sűrűség )

IgyR - 3/1 p. 11/20 A megmaradási egyenletek - 2 P C R G Összes tömegre felírt dinamikus mérlegegyenlet nincs forrás/nyelő az összes tömeg m mérhető (pl. szintmérés) tökéletesen kevert esetben a be- (v B ) és kiáramlások (v K ) tömegáramok [kg/s] Példa: dm dt = v B v K

IgyR - 3/1 p. 12/20 A megmaradási egyenletek - 3 P C R G Energiára felírt dinamikus mérlegegyenlet nincs forrás/nyelő: kulső (pl. elektromos) fűtés-hűtés vagy hőátadás Q ([J/s]) tökéletesen kevert esetben a be- (c pb v B T B ) és kiáramlások (c P v K T ) energiaáramok [J/s] az energia U közvetlenül nem mérhető, helyette a hőmérsékletet használjuk az egyenletben => intenzív alakra hozás Példa: du dt = c pbv B T B c P v K T Q

IgyR - 3/1 p. 13/20 Kiegészítő egyenletek P C R G A modell teljes matematikai leírásához szükséges további összefüggések általában algebrai egyenletek fő típusai: extenzív-intenzív összefüggések átadást leíró egyenletek reakciókinetikát leíró egyenletek termodinamikai relációk mérlegelési térfogatokra vonatkozó összefüggések berendezésre és szabályozóra vonatkozó összefüggések

IgyR - 3/1 p. 14/20 ezési feltételezések P C R G A modellezési eljárás során fokozatosan kell összegyűjteni a listát Leggyakoribb modellezési feltételezések: rendszer időbeli viselkedésére vonatkozó feltételezések (pl. dinamikus, állandósult állapotú) mérlegelési térfogatokra vonatkozó feltételezések (pl. csak folyadék fázis, gáz és folyadék fázis) térbeli eloszlásra vonatkozó feltételezések (pl. tökéletesen kevert/koncentrált paraméterű) jelenségekre vonatkozó feltételezések (pl. nincs párolgás, van hőátadás) elhanyagolható hatásokkal kapcsolatos feltételezések (pl. sűrűség csak T -tőol függ, c P állandó) állapotok kívánt tartományai, pontosságuk (pl. T 20 és 30 o C közötti

IgyR - 3/1 p. 15/20 A modell összetevői P C R G Rendszer leírása (folyamatábra, változók) ezési cél Mechanizmusok ezési feltételezések Adatok (adat, mértékegység, lelőhely, pontosság) Mérlegelési térfogatok (folymatábrán jelölve) egyenletek (megmaradási egyenletek, kiegészítő egyenletek, kezdeti- és peremfeltételek) változók, paraméterek

IgyR - 3/1 p. 16/20 Állapottér modell alak P C R G (S) rendszer: jeleken végez muveletet y = S[u] bemenetek (u) és kimenetek (y); állapotok (x) SYSTEM u(t) inputs S states x(t) y(t) outputs A fizikai alapú modell jelei állapotok (x): megmaradó mennyiségek (vagy intenzív párjuk) bemenetek (u): diffegyenletek jobboldalán, befolyásolható (mérhető) kimenetek (y): mérhető, közvetlenül nem befolyásolható (állapotváltozó, vagy attól függ)

IgyR - 3/1 p. 17/20 Példa: szabad kifolyású tartály P C R G A feladat Adott egy állandó keresztmetszetű tartály, amelyben tiszta vizet tárolunk. A vizet a csapból egy beömlő szeleppel ellátott nyíláson át ereszthetjük bele, a fogyasztáskor szükséges vizet egy kiömlő szelep segitségével ereszthetjük ki, a kiömlés sebessége a tartálybeli vízszint függvénye. v B k B h k K v K Készítsük el a rendszer diagnosztikai célú modelljét, ha a vizszintet és a kapcsolók állapotát mérni tudjuk!

IgyR - 3/1 p. 18/20 Példa: szabad kifolyású tartály v B k B Mechanizmusok be- és kiáramlás h k K v K szabad kifolyás (hidrosztatikus nyomás által) ezési feltételezések F1 tökéletesen kevert F2 csak víz (csak összes tömeg mérleg) F3 szabad kifolyás F4 állandó keresztmetszet A F5 sűrűség (ρ) állandó

IgyR - 3/1 p. 19/20 Példa: szabad kifolyású tartály v B k B Mérlegegyenletek: összes tömeg mérleg h k K dm dt = v b v k (1) v K Kiegészítő egyenletek m = A h ρ (a h vizszint mérhető) v B = vb k B (a k B kapcsoló állás mérhető) v K = K h k K (szabad kifolyás, a k K kapcsoló állás mérhető)

IgyR - 3/1 p. 20/20 Példa: szabad kifolyású tartály v B k B egyenlet mérhető változókkal: h k K dh dt = v b Aρ k b K Aρ h k K (2) v K Állapottér alak állapotváltozó: h vízszint bemenetek: k B és k K kapcsoló állások kimenet: h vízszint