kaz44Вестник Университета Шакарима. Серия технические наукиBulletin of Shakarim University. Technical Sciences2788-79953006-0524«Шәкәрім университеті» КеАҚ10.53360/2788-7995-2025-4(20)-2kaz44-2189Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ)AUTOMATION AND INFORMATION TECHNOLOGY (ORIGINAL ARTICLE)ТРЕХКОНТУРНАЯ КАСКАДНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ С АДАПТИВНОЙ НАСТРОЙКОЙ КОЭФФИЦИЕНТОВ PID РЕГУЛЯТОРАTHREE-CIRCUIT CASCADE CONTROL SYSTEM OF A HEAT AND POWER PLANT WITH ADAPTIVE ADJUSTMENT OF PID REGULATOR COEFFICIENTShttps://orcid.org/0000-0003-3220-713XЖусупбековС. С.ZhussupbekovS. S.

Сарсенбек Сейтбекович Жусупбеков – к.т.н., профессор кафедры «Автоматизация и управление»

050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126/1

Sarsenbek Zhussupbekov – Candidate of Technical Sciences, professor of the Department of «Automation and Control» 

050013, Republic of Kazakhstan, Almaty, Baytursynov St., 126/1 

s.zhussupbekov@aues.kzhttps://orcid.org/0000-0003-1781-269XАбжановаЛ. К.AbzhanovaL. K.

Лауласын Косылгановна Абжанова – PhD, ассоциированный профессор кафедры «Автоматизации и управления»

050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126/1

Laulasyn Abzhanova – PhD, Associate Professor of the Department of «Automation and Control»

050013, Republic of Kazakhstan, Almaty, Baytursynov St., 126/1 

l.abzhanova@aues.kzСабыроваА. Б.SabyrovaA.

Аружан Бағытжанқызы Сабырова – магистр, преподаватель кафедры «Автоматизация и управление»

050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126/1

Aruzhan Sabyrova – Senior Lecturer of the Department of «Automation and Control»

050013, Republic of Kazakhstan, Almaty, Baytursynov St., 126/1 

a.sabyrova@aues.kzhttps://orcid.org/0000-0002-5711-0062КимЕ. С.KimY. S.

Елена Ким – магистр, старший преподаватель кафедры «Автоматизации и управления»

050013, Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Байтурсынова, 126/1

Yelena Kim – Master of Technical Sciences, Senior Lecturer of the Department of «Automation and Control»

050013, Republic of Kazakhstan, Almaty, Baytursynov St., 126/1 

e.kim@aues.kzhttps://orcid.org/0000-0001-5342-274XОспановЕ. А.OspanovY. A.

Ербол Амангазович Оспанов – PhD, ассоц. профессор кафедры «IT технологии»

071404, Республика Казахстан, г. Семей, ул. Глинки, 20а

Yerbol Ospanov – PhD, Associate Professor

071404, Republic of Kazakhstan, Semey, Glinki St., 20a

y.ospanov@shakarim.kzАлматинский университет энергетики и связи имени Г. ДаукееваКазахстанAlmaty University of Power Engineering and Telecommunications named after G. DaukeevKazakhstanУниверситет имени Шакарима города СемейКазахстанShakarim UniversityKazakhstan20252501202614(20)1323Copyright © Жусупбеков С.С., Абжанова Л.К., Сабырова А.Б., Ким Е.С., Оспанов Е.А., 20262026Жусупбеков С.С., Абжанова Л.К., Сабырова А.Б., Ким Е.С., Оспанов Е.А.Zhussupbekov S.S., Abzhanova L.K., Sabyrova A., Kim Y.S., Ospanov Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tech.vestnik.shakarim.kz/jour/article/view/2189

В статье рассматривается трёхконтурная каскадная система автоматического регулирования уровня воды в паровом котле с использованием адаптивной настройки коэффициентов PID-регулятора. Особенностью предлагаемой системы является использование нечеткой логики для адаптивной коррекции параметров регуляторов, что обеспечивает устойчивую и надёжную работу теплоэнергетического оборудования при различных внешних и внутренних возмущениях. Разработанная структура управления включает три взаимосвязанных контура: регулирование уровня воды через расход питательной воды, регулирование через расход пара и регулирование расхода пара через подачу топлива. Применение моделей второго порядка с учётом теплофизических характеристик позволяет повысить точность управления и снизить энергетические потери. Система адаптивной настройки обеспечивает автоматическую подстройку коэффициентов PID-регулятора в зависимости от текущего состояния объекта управления. Показано, что адаптивная система эффективно компенсирует нестационарные колебания уровня воды, вызванные особенностями двухфазной среды и переходными режимами, повышая надёжность и устойчивость теплотехнического процесса. Результаты численного моделирования и анализа подтверждают эффективность предложенного подхода в условиях изменяющихся характеристик объекта, шумов, запаздываний и ограниченной информации о параметрах среды, что особенно важно для сложных многосвязных систем.

The article discusses a three-circuit cascade system for automatic control of the water level in a steam boiler using adaptive adjustment of the coefficients of the PID controller. A feature of the proposed system is the use of fuzzy logic for adaptive correction of regulator parameters, which ensures stable and reliable operation of thermal power equipment under various external and internal disturbances. The developed control structure includes three interconnected circuits: water level control through feed water flow, steam flow control, and steam flow control through fuel supply. The use of second-order models, taking into account thermophysical characteristics, makes it possible to increase control accuracy and reduce energy losses. The adaptive adjustment system provides automatic adjustment of the coefficients of the PID controller depending on the current state of the control object. It is shown that the adaptive system effectively compensates for unsteady fluctuations in the water level caused by the characteristics of a two-phase medium and transient conditions, increasing the reliability and stability of the thermal engineering process. The results of numerical modeling and analysis confirm the effectiveness of the proposed approach in conditions of changing object characteristics, noise, delays, and limited information about environmental parameters, which is especially important for complex multiconnected systems.

каскадная системанечеткий регуляторустойчивостьуправлениепереходной процессPID регуляторcascade systemfuzzy regulatorstabilitycontroltransition processPID controllerReferencesПетров П.А. Моделирование процесса каталитического риформинга // Фундаментальные исследования. – 2007. – № 12-2. – С. 308-309.Petrov P.A. Modelirovanie protsessa kataliticheskogo riforminga // Fundamental'nye issledovaniya. – 2007. – № 12-2. – S. 308-309. (In Russian).Шура И.А., Сотников В.В., Сибаров Д.А. Математическая модель для управления процессом каталитического риформинга // Информационные системы и технологии. – 2008. – № 1-3. – С. 307-311.Shura I.A., Sotnikov V. V., Sibarov D. A. Matematicheskaya model' dlya upravleniya protsessom kataliticheskogo riforminga // Informatsionnye sistemy i tekhnologii. – 2008. – № 1-3. – S. 307-311. (In Russian).Щербатов И.А. Система поддержки принятия решений для операторов слабоформализуемых ТП / И.А. Щербатов, О.М. Проталинский // Автоматизация в промышленности. – 2009. – № 7. – С. 41.Shcherbatov I.A. Sistema podderzhki prinyatiya reshenii dlya operatorov slaboformalizuemykh TP / I.A. Shcherbatov, O.M. Protalinskii // Avtomatizatsiya v promyshlennosti. – 2009. – № 7. – S. 41. (In Russian).Галашов Н.Н. Режимы работы и эксплуатации ТЭС: учебное пособие / Н.Н. Галашов. – Томский политехнический университет. – 2013. – 252 с.Galashov N.N. Rezhimy raboty i ehkspluatatsii TEHS: uchebnoe posobie / N.N. Galashov. – Tomskii politekhnicheskii universitet. – 2013. – 252 s. (In Russian).Голдобин Ю.М. Автоматизация теплоэнергетических установок: учебное пособие для студентов вуза / Ю.М. Голдобин. – Екатеринбург, УрФУ. – 2017. – 185 с.Goldobin YU.M. Avtomatizatsiya teploehnergeticheskikh ustanovok: uchebnoe posobie dlya studentov vuza / YU.M. Goldobin. – Ekaterinburg, URFU. – 2017. – 185 s. (In Russian).Система автоматического регулирования температуры перегретого пара барабанного котла / А.А. Журавлев и др. // Проблемы региональной энергетики. Область наук Механика и машиностроение. – 2006. – С.16-29.Sistema avtomaticheskogo regulirovaniya temperatury peregretogo para barabannogo kotla / A.A. Zhuravlev i dr. // Problemy regional'noi ehnergetiki. Oblast' nauk Mekhanika i mashinostroenie. – 2006. – S.16-29. (In Russian).Цветков А.А. Система автоматического регулирования температуры перегретого пара барабанного котла / А.А. Цветков // Актуальные проблемы энергетики. – 2016 [Электронный ресурс]: материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов. – Минск: БНТУ, 2017. – С. 332-338.Tsvetkov A.A. Sistema avtomaticheskogo regulirovaniya temperatury peregretogo para barabannogo kotla / A.A. Tsvetkov // Aktual'nye problemy ehnergetiki. – 2016 [Ehlektronnyi resurs]: materialy nauchno-tekhnicheskoi konferentsii studentov i aspirantov. – Minsk: BNTU, 2017. – S. 332-338. (In Russian).Кулаков Г.Т. Математическое моделирование переходных процессов трехимпульсной системы автоматического регулирования питания водой парогенератора на сброс нагрузки / Г.Т. Кулаков, А.Т. Кулаков, А.Н. Кухоренко // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ), 2014 – С. 57-64.Kulakov G.T. Matematicheskoe modelirovanie perekhodnykh protsessov trekhimpul'snoi sistemy avtomaticheskogo regulirovaniya pitaniya vodoi parogeneratora na sbros nagruzki / G.T. Kulakov, A.T. Kulakov, A.N. Kukhorenko // EhnergetikA… (Izv. vyssh. ucheb. zavedenii i ehnerg. ob"edinenii SNG), 2014 – S. 57-64. (In Russian).Кулаков Г.Т. Оптимизация переходных процессов изменения уровня воды в барабане паровых котлов / Г.Т. Кулаков, А.Н. Кухоренко // Энергетик (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ), 2014 – С. 63-74.Kulakov G.T. Optimizatsiya perekhodnykh protsessov izmeneniya urovnya vody v barabane parovykh kotlov / G.T. Kulakov, A.N. Kukhorenko // Ehnergetik (Izv. vyssh. ucheb. zavedenii i ehnerg. obedinenii SNG), 2014 – S. 63-74. (In Russian).Чернов А.С. Модели адаптивного управления пароперегревателем котлоагрегата с помощью искусственных нейронных сетей / А.С. Чернов. – 2013 – 6 с.Chernov A.S. Modeli adaptivnogo upravleniya paroperegrevatelem kotloagregata s pomoshch'yu iskusstvennykh neironnykh setei / A.S. Chernov. – 2013 – 6 s. (In Russian).Гаскаров Г.А. Интеллектуальные информационные системы. Учебник для вузов / Г.А. Гаскаров. – М.: Высш. шк., 2003. – 431 с.Gaskarov G.A. Intellektual'nye informatsionnye sistemy. Uchebnik dlya vuzov / G.A. Gaskarov. – M.: Vyssh. shk., 2003. – 431 s. (In Russian).Микони С.В. Модели и базы знаний. Учебное пособие / С.В. Микони. – СПб.: СПГУТТС, 2000. – 155 с.Mikoni S.V. Modeli i bazy znanii. Uchebnoe posobie / S.V. Mikoni. – SPb.: SPGUTTS, 2000. – 155 s. (In Russian).Заде Л.А. Понятие лингвистической переменной, его применение к принятию приближенных решений / Л.А. Заде. – М.: Мир, 1976. – 77 с.Zade L.A. Ponyatie lingvisticheskoi peremennoi, ego primenenie k prinyatiyu priblizhennykh reshenii / L.A. Zade. – M.: Mir, 1976. – 77 s. (In Russian).Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде МАТLAB и fuzzTECH / А.В. Леноненков. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 736 с.Leonenkov A.V. Nechetkoe modelirovanie v srede MATLAB i fuzzTECH / A.V. Lenonenkov. – SPb.: BKHV-Peterburg, 2003. – 736 s. (In Russian).Рутковский Л. Методы и технологии искусственного интеллекта / Л. Рутковский. – М.: Горячая линия-Телеком, 2010. – С. 202-279.Rutkovskii L. Metody i tekhnologii iskusstvennogo intellekta / L. Rutkovskii. – M.: Goryachaya liniya-Telekom, 2010. – S. 202-279. (In Russian).Построение и настройка нечеткого адаптивного ПИД-регулятора. Информатика и системы управления, Интеллектуальные системы / Ю.И. Кудинов и др. – 2016. – № 3(49). – С. 86-96.Postroenie i nastroika nechetkogo adaptivnogo PID-regulyatora. Informatika i sistemy upravleniya, Intellektual'nye sistemy / YU.I. Kudinov i dr. – 2016. – № 3(49). – S. 86-96. (In Russian).Куколев А.А. Применении нечеткого адаптивного регулятора в системе управления уровнем воды в судовом вспомогательном котле / А.А. Куколев, Д.Л. Пиотровский // Научные труды КубГТУ. – 2018. – № 3. – С. 295-303.Kukolev A.A. Primenenii nechetkogo adaptivnogo regulyatora v sisteme upravleniya urovnem vody v sudovom vspomogatel'nom kotle / A.A. Kukolev, D.L. Piotrovskii // Nauchnye trudy KuBGTU. – 2018. – № 3. – S. 295-303. (In Russian).Ротᡃач В.ᡃЯ. Автомаᡃтизация настᡃройки сисᡃтем управᡃления / В.ᡃЯ. Ротᡃач, В.ᡃФ. Кузиᡃщин, А.ᡃС. Клюᡃев. – Мосᡃква: Энергоатᡃомиздат, 19ᡃ84. – 272 с..RoTach V.YA. AvtomAtizatsiya nasTᡃroiki siSᡃtem upraVleniya / V.ᡃYA. RoTᡃach, V.F. KuzIshchin, A.S. KlYUᡃev. – MoSᡃkva: EhnergoaTomizdat, 1984. – 272 s. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.