In dem Beitrag wird ein Regelkonzept für die Beladung eines Schichtladespeichers zur Warmwasserversorgung vorgestellt. Die Beladung erfolgt über die dem Speicher vorgeschalteten Komponenten Wärmetauscher und Brenner des betrachteten Heizungssystems. Dem Reglerentwurf liegt ein dynamisches Modell zugrunde, das aus fünf partiellen Differentialgleichungen für Brenner und Wärmetauscher besteht. Für den modellbasierten Reglerentwurf wird ein modularisierter Ansatz verfolgt, bei dem Brenner und Wärmetauscher separat betrachtet werden. Für den Brenner wird auf Basis eines reduzierten, nichtlinearen Galerkin-Modells mit Hilfe der Ein-/Ausgangslinearisierung ein entsprechendes Regelgesetz hergeleitet. Die Trajektorienfolge für die Austrittstemperatur des Wärmetauschers wird durch eine Vorsteuerung mit unterlagerter PI-Regelung realisiert. Dabei wird die Vorsteuerung durch Inversion der transzendenten Übertragungsfunktion des linearen verteilt-parametrischen Modells des Wärmetauschers sowie mit Hilfe einer numerischen Laplace-Rücktransformation auf Basis des Weeks-Algorithmus berechnet.
A control scheme for the loading of a stratified storage tank is presented. The loading is realized by means of a burner and a heat exchanger of the considered heating system. The control design is based on a dynamical model consisting of five partial differential equations for the burner and the heat exchanger. A modularized set-up of the control scheme is proposed, burner and heat exchanger are therefore considered separately. For the burner, a feedback control is designed by means of a reduced-order, nonlinear Galerkin model using input/output linearization. The output temperature of the heat exchanger is controlled by means of a feedforward and an underlying PI-control. The feedforward control is calculated by inverting the transcendent transfer function of the linear distributed parameter model of the heat exchanger and by using a numerical inverse Laplace transform based on the Weeks algorithm.
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