Forholdsregulering av tilsetningsstoff i drivstoff

Master's thesis in Cybernetics and signal processingDenne hovedoppgaven omhandler forholdsregulering av tilsetningsstoff i drivstoff. Når tankingen av en tankbil er ferdig, skal tilsetningsstoffet utgjøre en spesifisert del av det totale drivstoffvolumet. Forholdsreguleringen er realisert ved et reguleringssystem med to regulatorer i kaskade; en strømningsregulator med foroverkopler og en volumregulator. Strømningsregulatoren har i oppgave å følge strømningsreferansen som genereres ut fra drivstoffmålingen, mens volumregulatoren skal rette opp dersom strømningsregulatoren ikke klarer følge referansen 100%. Ut fra referanse og strømnings- og volummåling, beregner regulatorene en ønsket strømningsverdi, q, gjennom en reguleringsventil. Denne strømningsverdien inngår så i en invers ventilligning, som gir et pådrag, u, til ventilen. Reguleringssystemet er implementert i LabVIEW, og er laget med utgangspunkt i tankanlegget på prosesslaboratoriet E-459 på Universistet i Stavanger. For at reguleringssystemet skal fungere optimalt, er det viktig å ha mest mulig informasjon om prosessen, og spesielt ventilen som skal reguleres, her ventil LV001. Det ble derfor utført et eksperiment på ventilen som kartla ventilkarakteristikken, f(u), slik at ventilligningen, qv = qmax · f(u), ble mest mulig korrekt. Eksperimentet ga til slutt opphav til en lineær ventilkarakteristikk. Utgangspunktet i denne hovedoppgaven har vært at differensialtrykket over ventilen ikke blir målt, og dette trykket kan variere i et drivstoffanlegg. Siden en ikke måler differensialtrykket, kjenner en heller ikke verdien på maksimal strømning gjennom ventilen, her gitt av parameteren qmax. For å få informasjon om denne, ble det derfor utviklet et stasjonært Kalman-filter som estimerte denne parameteren. Resultatdelen i denne oppgaven viser hvor viktig det er å ha en foroverkopler i strømningsregulatoren. Uten foroverkopleren sliter reguleringssystemet å følge referansen når denne endres. Resultatene viser også at reguleringssystemet bør inneholde en volumregulator som retter opp dersom en får et avvik i volumet. I resultatdelen er det også sammenlignet reguleringen ved bruk av konstant og estimert verdi på qmax. Resultatene viser at dersom qmax velges konstant og differensialtrykket over ventilen endres, er en avhengig av at regulatorene i reguleringssystemet kompenserer for feilen i qmax. Dersom en bruker et Kalman-filter for å estimere qmax, ser en at estimatet av qmax følger endringene i differensialtrykket, og regulatorene vil da bare rette opp små feil. Hovedulempen med testanlegget, er at strømningsmålingen, qa, er beheftet med veldig mye støy. Dette fører til at bidraget fra strømningsregulatoren blir støyfullt, som igjen fører til et støyfullt ventilpådrag. I tillegg blir også estimatet av qmax basert på strømningsmålingen, slik at dette estimatet også blir støyfullt. Dette begrenser presisjonen sterkt. Et forslag til videre arbeid kan derfor være å installere en ny strømningsmåler som gir raskere og mindre støyfulle målinger. Med en bedre måling, kan en forbedre både Kalman-filterets og reguleringssystemets ytelse og presisjon