Проведення експерименту зі зняття розгінних характеристик

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для виконання самостійних розрахункових робіт

 

за дисципліною

«Автоматизація виробничих процесів»

Спец. 6.090.200 “Обладнання

переробних та харчових виробництв”, ОКР "Бакалавр"

Мелітополь, 2012

 

 

Методичні вказівки розробив:

Доцент каф. АСВ, к.т.н. Сабо А.Г.

 

Схвалено на засіданні кафедри АСВ

Протокол № 2011 р.

 

Затверджено методичною радою факультету ІКТ

Протокол № 2011 р.

 

 

Рецензент:

 

 

ВСТУП

 

В практичній діяльності інженера сільськогосподарського виробництва доволі часто виникає потреба в виборі та настроюванні технічних засобів автоматики, зокрема аналогових регуляторів. Проте, для такого вибору та настроювання спочатку треба отримати передатну функцію об’єкту автоматизації. Таке отримання передатної функції об’єкту автоматизації краще за все провадити за даними активного експерименту, зокрема експерименту з отримання розгінної характеристики об’єкту автоматизації, оскільки теоретичне отримання передатної функції не тільки не завжди можливе, але й є в переважній більшості випадків досить неточним для того, щоб бути придатним для визначення параметрів настроювання регуляторів, тобто для створення найпростішої замкненої системи автоматичного управління за схемою “об’єкт управління-регулятор” а також для вибору первинних перетворювачів.

Саме тому для підготовки майбутніх інженерів сільськогосподарського виробництва важливим є набуття навичок не тільки у практичному знятті перехідних характеристик об’єкту управління, а також і опанування основних методів обробки отриманих експериментальних даних та отримання за ними передатних функцій об’єкту автоматизації та, виходячи з цієї інформації, наступного вибору закону регулювання для аналогового регулятора та визначення параметрів настроювання регуляторів за спрощеною інженерною методикою, що і передбачено для вивчення згідно з робочою програмою дисципліни “Автоматизація виробничих процесів” для студентів 4-го курсу факультету ІКТ спеціальності 6.090.200 “Обладнання переробних та харчових виробництв”, ОКР "Бакалавр".

Програмою дисципліни “Автоматизація виробничих процесів” передбачено виконання самостійної роботи, що виконується за особистим завданням, оскільки тільки набуття найважливіших практичних навичок при виконанні індивідуальних завдань з використанням довідкової літератури сприяє закріпленню знань та вмінь, які знадобляться майбутньому спеціалісту у його практичній діяльності.

Ці методичні вказівки також можуть бути використані як посібник при виконанні відповідних розділів дипломних робіт та проектів студентами.

 

 

Визначення передатної функції об’єкту управління за експериментальними даними

 

Загальні відомості

Динамічні характеристики об’єкта в автоматиці частіше за все подаються у вигляді передатної функції, що надає можливість аналізу системи управління в цілому, отримання показників якості перехідного процесу та вибору первинних перетворювачів для отримання інформації про стан об’єкту управління. Для отримання передатної функції використовують розгінні, імпульсні або ж частотні характеристики. При цьому найбільш розповсюдженим є зняття розгінних характеристик, що пояснюється з одного боку меншими витратами часу та більш простим складом обладнання для проведення дослідження у порівнянні з частотними характеристиками, а з іншого – тим фактом, що переважна більшість сільськогосподарських об’єктів має передатну функцію як і аперіодична ланка першого порядку з запізненням, тобто:

 

W(p)=Ke^{- τ p}/(Tp+1).

 

Таким чином, розгінні характеристики отримують при поданні на вхід об’єкту ступенеподібного впливу, при цьому для статичних об’єктів перехідний процес вважають завершеним при наближенні вихідної величини до сталого значення у(∞) (рис. 1).

 

Проведення експерименту зі зняття розгінних характеристик

 

Експериментальне зняття розгінної характеристики не викликає зазвичай особливих складнощів. Подання ступінчатого вхідного впливу провадять шляхом включення (відключення) напруги, перекриття (відкриття) засувок або шиберів, що подають речовину або енергію до об’єкту. Відлік значень часу та відповідно реєстрацію значення вихідної величини при знятті розгінної характеристики провадять таким чином, щоб отримати 20-30 точок через рівні інтервали часу. При цьому експеримент повторюють від 4 до 7 раз зі зняттям даних в ті ж проміжки часу t_i від початку, а при подальших обрахунках та побудові кривих приймають середні значення у_і^сер в точці t_i при n вимірюваннях у_і для тих же значень часу t в і-й точці:

у_і^сер =(Σу_і)/n. (1)

 

Рис. 1 – Вхідний вплив та розгінна характеристика для статичного об’єкту

 

В ряді випадків буває складно з технічної точки зору подати на вхід об’єкта стрибкоподібний сигнал, оскільки, наприклад, засувка регулюючого органу може рухатися з обмеженою швидкістю. В цьому разі на вхід об’єкту, що досліджується, подається сигнал, що наростає за лінійним законом до досягнення ним значення Δx при умові, що час наростання вхідного сигналу t_н не повинен перевищувати очікуваного значення часу запізнення об’єкту τ. При цьому відлік часу при побудові розгінної характеристики ведуть від середини проміжку часу наростання вхідного сигналу, тобто від точки t_н/2.

Якщо за умовами експлуатації об’єкту встановлені певні межі вихідної величини та є вірогідність того, що при знятті розгінної характеристики вихідна величина може вийти за встановлені межі, то при наближенні до цієї межі вхідний вплив знімається, а значення вихідної величини реєструють до її стабілізації. Таким чином, фактично отримують так звані імпульсні характеристики, які можна перебудувати в звичайну розгінну характеристику. Для цього отриману характеристику (рис. 2) поділяють у часі на кілька рівних ділянок Δt_і, кожна з яких дорівнює тривалості прикладення вхідного впливу T_і (тобто дорівнює тривалості імпульсу). На першій ділянці Δt₁ хід імпульсної характеристики та кривої розгону співпадають. На другій ділянці Δt₂ необхідно для отримання розгінної кривої до ординат другої ділянки додати відповідні ординати першої ділянки (оскільки на другій та наступних ділянках імпульсна характеристика є різницею між звичайною кривою розгону та розгінною характеристикою на попередній ділянці). Аналогічно (при потребі) на третій ділянці Δt₃ до ординат третьої ділянки додають відповідні ординати отриманої розгінної характеристики на другій ділянці і так далі аж до отримання нового сталого значення вихідної величини. В подальшому обробка експериментальних даних і визначення параметрів об’єкту ведеться таким же чином, як і при безпосередньому знятті розгінних характеристик.

 

Рис. 2 – Перебудова імпульсної характеристики в розгінну