Объекты регулирования и их характеристики

Автоматизация технологических процессов и производств

 

Методические указания к курсовому проектированию

для студентов направления подготовки 220700.62 и 15.03.04

«Автоматизация технологических процессов и производств».

 

 

Составитель:

Д. А. Шурыгин

 

 

Санкт-Петербург

2015

Цель работы

Провести синтез и анализ системы автоматического регулирования (САР) температуры технологического объекта при заданных показателях качества регулирования.

 

Основные этапы работы

 

1. Разработать математическую модель объекта, считая выходной координатой температуру объекта (рассматривая его как объект с сосредоточенными параметрами), а выходной координатой – мощность, подаваемую в электронагреватель. Методика приведена ниже.

Для упрощения модели можно в качестве выходной координаты рассматривать отклонение температуры объекта от температуры окружающей среды, считая последней 20°С.

2. Определить постоянную времени объекта , его коэффициент передачи  и мощность нагревателя, обеспечивающую номинальный режим работы (заданную температуру).

3. Выбрать датчик температуры (терморезистор или термопару)  по диапазону температур и тепловой инерции, имея в виду, что инерционность датчика T _д  должна быть в 5 7 раз меньше постоянной времени объекта.

4. По методу Полоцкого и Лапшенкова [2], изложенного ниже, с помощью номограммы (рис. 9) определить, какие законы непрерывного регулирования могут обеспечить следующие показатели качества регулирования:

a) Статическая ошибка (при использовании П-закона) не больше 2% от заданной температуры.

b) Динамическая ошибка не больше 5% от заданной температуры.

c) Время регулирования не больше двух постоянных времени объекта.

d) Скачкообразное возмущение принять в размере 10% от номинальной мощности нагревателя, скачок задания принять равным 1.

Если окажется, что приемлемых законов будет меньше трех, то по согласованию с преподавателем можно скорректировать требования к качеству процесса регулирования.

5. Определить параметры настройки регулятора для выбранных законов по той же методике [2] (рис. 10). Оригиналы номограмм (рис. 9 и рис. 10) приведены в [2], стр.180 и 187.

6.  Составить математическую модель замкнутой САР [1], структура которой показана на рис. 1.

 

Рис. 1. Структура САР температуры

θз – сигнал задатчика,              θ₁– сигнал датчика,

θ  – температура объекта,         y – регулирующее воздействие,

х – сигнал рассогласования,              ƒ – возмущающее воздействие.

 

Законы регулирования представлять в виде:

И-закон:    

П-закон:     

ПИ-закон:  

ПИД-закон:       y = k_p x +  + T_д

При выводе передаточной функции замкнутой системы принять по заданию преподавателя один из следующих комбинаций вход-выход САР:

 

1. Вход θз – Выход θ

2. Вход θз – Выход x

3. Вход ƒ – Выход θ

4. Вход  ƒ– Выход x

 

7. Провести численное моделирование процесса регулирования в САР (компьютерная программа «Transient Process – Расчет переходных процессов по коэффициентам характеристического уравнения») при законах регулирования и параметрах настройки регулятора, согласованных с преподавателем. В программу ввести коэффициенты уравнения динамики замкнутой САР: ai, bi и возмущение f (уровень скачка θз или f).

Сравнить полученные показатели качества с заданными. Если заданные показатели качества не выполнены, то проанализировать возможность их выполнения коррекцией настроек регулятора.

8. Оценить возможности использования двухпозиционного регулятора (компьютерная программа «Transient Process – Расчет системы двухпозицион-ного регулирования» вариант dv. 1), считая, что характеристика регулятора имеет вид (рис. 2).

В программу dv. 1 ввести: T ₀, T _д, k₀, Wmax = 2y_ном, qз, ƒ=0, n=0,2 (шаг численного интегрирования).

                    У                   

 

	θз

 

Рис. 2. Характеристика двухпозиционного регулятора

 

Принять максимальную мощность нагревателя Wmax равной удвоенной номинальной мощности, определенной в п. 2. Сравнить размах автоколебаний с допустимой статической ошибкой, что позволит ответить на поставленный в данном пункте вопрос о возможности использования такого регулятора. Обратить внимание на период автоколебаний, частота которых может повлиять на надежность системы.

9. Предполагая, что регулятор реализуется в микропроцессорном варианте, разработать схему согласования выбранного датчика с входом микроконтроллера и схему управления микроконтроллером мощностью, подаваемой в электронагреватель [3].

 

Объекты регулирования и их характеристики