Analyse und Optimierung der Massenstromregelung einer Flüssigsalz Versuchsanlage anhand eines dynamischen Modells

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Massenstromregelung einer Flüssigsalz-Versuchsanlage. Hierzu wird ein dynamisches Teilmodell der Anlage in der Simulationsumgebung MATLAB/Simulink implementiert. Die Validierung des Modells ergab eine mittlere Abweichung des geförderten Volumenstroms von +5,5% im Arbeitsbereich von 900 bis 1500 1/min. Als wahrscheinlichste Ursachen wird die Messungenauigkeit des realen Volumenstromsensors erachtet. Im Pumpendrehzahlbereich unterhalb von 900 1/min konnte ein Strömungsabriss im Rohrleitungsauslauf beobachtet werden, welcher zu größeren Abweichungen führte. Ein abweichendes Ventilverhalten wird auf fehlerhaftes Stellverhalten der realen Komponente zurückgeführt und das durch Messungen bestimmte dynamische Verhalten der Anlage wird ausreichend genau dargestellt. Nach einer qualitativen Voruntersuchung wird der Fokus der Analyse auf eine Drossel,- und Drehzahlregelung gelegt, da eine Bypass-Regelung den Massenstromarbeitsbereich der Anlage von 0,5 kg/s bis 8 kg/s nicht abdecken kann. Zur Bewertung des Regelverhaltens wird der über den Simulationszeitraum integrierte Fehler, genannt Regelfläche, betrachtet. Als weiterführendes Kriterium soll eine Ausregelzeit von 30 Sekunden nicht überschritten werden. Durch eine Parametervariation bei Anfahrprozessen von 0,5; 4 und 8 kg/s wurden die Regelparameter der Konzepte optimiert. Bei einem mit den optimalen Parametern simulierten 15-minütigen Versuchsablauf zeigt die Drehzahlregelung basierend auf den zuvor gewählten Bewertungskriterien das beste Betriebsverhalten mit einer 26% geringeren Regelfläche und einem 51% geringerem mittleren Stromverbrauch von 2,4 kW.