Введение
Системы автоматического управления (САУ) предназначены для управления техническими процессами без непосредственного вмешательства или участия человека. В составе САУ различают собственно объект управления и управляющие устройства. Системы автоматического управления являются актуальной темой так как распросранены в автоматизации технологических процессов и имеют выскую экономическую выгоду. При проектировании такой системы возникает задача выбора структуры системы и параметров ее элеменотов таким образом, чтобы систсма была устойчивой и обеспечивала бы требуемые показатели качества переходного процесса.
Цель работы: исследование системы путем анализа ее устойчивости и качества, а также синтез системы с улучшенным быстродействием. В процессе проектирования системы автоматического управления решаются задачи анализа системы. При анализе системы определяется ее устойчивость и характеристики качества процессов в системе. При синтезе системы определяются необходимые изменения в структуре и параметрах системы, направленные на обеспечение требуемых показателей качества процессов в системе. При исследовании используются методы анализа обыкновенных линейных систем автоматического управления.
Задачи:
Построение математической модели системы в виде передаточной функций замкнутой системы и логарифмических частотных характеристик;
Исследование устойчивости системы и приведение системы к устойчивости в случае неустойчивости исходного варианта;
Исследование влияния на устойчивость системы некоторых заданных параметров путем построения ее области устойчивости в плоскости этих параметров;
Построение переходного процесса в системе путем численного решения дифференциального уравнения на ЭВМ;
Оценка качества системы с использованием графика переходного процесса и логарифмических частотных характеристик.
Построение математической модели исследуемой системы
1.1 Описание объекта управления
Компактная станции фирмы FESTO предназначена для учебного исследования автоматизации технологических процессов.
Объект исследования – резервуар В101. Минимальный уровень жидкости в резервуаре B101 обозначен нижним датчиком B113. Нагревательный элемент E104 должен быть полностью погружен в жидкость находящуюся на минимальном уровне. Максимальный уровень жидкости в резервуаре B101 обозначен верхним датчиком B114. В положении сброса системы должны быть активизированы оба датчика.
Бинарный 24 V вход связан с I/O-терминалом XMA1. Сигнал датчика переполнения должен активизировать функцию тревоги в PLC-программе и воздействовать на шаровой клапан V102 и насос P101.
Если изменить подачу электричества, датчик переполнения также может использоваться для выключения насоса или клапана с круговым реле, или для сигнала индикации чрезвычайному реле.
Поплавок контролирует увеличение/уменьшение уровня воды в резервуаре. Это предотвращает продолжение нагревания, и уровень жидкости в резервуаре не достигает критической точки. Нагреватель должен быть полностью окружён жидкостью. Минимальная температура в системе равна 12ºС, максимальная - 90ºС. Кабель выключателя имеет штепсельное соединение и связан непосредственно с нагревателем и с соединительным кабелем I/O- соединительной панелью.
В качестве исполнительного механизма используется центробежный насос Р101. Система трубопровода к насосу должна быть заполнена водой. Насос через систему шлангов подает жидкость из резервуара В101.
Температура воды в теплообменнике во время процесса должна регулироваться. Жидкость в реакторном резервуаре теплообменника нагревается подогревателем Е104 при одновременном перемешивании с помощью насоса Р101. Системная температура теплообменника измеряется датчиком температуры на базе термопары дТПL 015 в точке измерения TIC104 и это текущее значение должно поддерживаться постоянным даже при наличии помех.
Схема объекта исследования на рис. 1.
Рис.1 Схема объекта исследования