Розробка структурної схеми контуру керування.
Виходячи з функціональної схеми автоматизації потрібно розробити структурну схеми автоматичного регулювання параметру, який обумовлюється завданням дипломного проекту і призначається керівником проекту. Схему потрібно описати з обранням елементів системи управління параметром.
На основі аналізу технологічного апарата (процесу), як об’єкта керування, визначають координати керування об’єктом. Їх поділяють на вхідні збурюючі, вхідні керуючі, збурюючі і вихідні параметри. В більшості випадків вихідні параметри ТОК (технологічного об’єкту керування) стабілізують або змінюють за певним законом в часі. Вихідні параметри, в свою чергу, поділяють на три групи: параметри, за зміною яких організовують роботу ТОК (часто називають векторами регулюючих величин), параметри, які впливають на вихідні величини (параметри), але керування ТОК за цими параметрами складне або неможливе (ці параметри називають незалежними, збурюючими величинами, діями), параметри (фактори), що зв’язані зі специфікою роботи апарата. З урахуванням аналізу ТОК і поділу параметрів на вихідні, регулюючі і збурюючі фактори складають структурну схему взаємозв’язку між технологічними параметрами і факторами. На структурній схемі показують технологічний об’єкт у вигляді прямокутника, вхідні і вихідні величини, лінії взаємозв’язку між окремими параметрами і факторами. Канали регулюючих дій доцільно показувати на схемі суцільними лініями, а канали дій збурень - пунктирними з вказанням стрілками їх напряму.
2.3 Характеристика вимірювальних приладів і пристроїв, що використовуються в технологічному процесі
В цьому розділі описуються фізико-хімічні принципи, на яких побудований принцип роботи первинного перетворювача, що вимірює технологічний параметр, для якого розроблялась структурна схема автоматизації та система автоматичної сигналізації. Надати параметри та характеристики вимірювальних засобів.
2.4 Вибір виконавчого механізму регулювання …..
Вказуються виконавчі механізми, обрані для технологічного процесу, їх характеристики, умови експлуатації, стисло принцип роботи.
Наводяться властивості та характеристики регулюючих органів. Принципи їх роботи та закони регулювання які використовуються в технологічному процесі.
Приклад розрахунку виконавчого механізму наведено в Додатку 1
2.5 Розрахунок оптимальних налаштувань регулятора аср
Наводиться спрощена структурна схема регулювання параметру, який визначений завдання, і обирається керівником проекту або самостійно з обов’язковим погодженням з керівником. Коротко описуються її складові. Як показано Рисунок 1.
А також наводиться структурна схема з передаточними функціями, як показано в Рисунок 2.
Приклад 1
Рисунок 1 Спрощена структурна схема системи регулювання.
На малюнку ОР – об’єкт регулювання; ВП – вимірювальний перетворювач; Р – регулятор; ЕПП – електропневматичний перетворювач; ВМ – виконавчий механізм; РО – регулюючий орган; Q – регульована координата (концентрація), U – сигнал завдання, х – відхилення (розузгодження), μ – сигнал керування; zекв – еквівалентне збурення.
Приклад 2
Кожен елемент системи має свою передаточну функцію, тому структурна схема системи через передаточні функції елементів виглядатиме так, як на рисунку 2.
Рисунок 2 Структурна схема системи через передаточні функції елементів.
де Wi(р) – передаточні функції відповідних елементів схеми.
Беручи до уваги
статичні та динамічні характеристики
об’єкта регулювання для вибраного типу
перехідного процесу потрібно задати
деякі параметри перехідного процесу:
точність регулювання параметру має
бути високою, отже похибка в динамічному
режимі має бути мінімальною
;
враховуючи те, що об’єкт регулювання
може мати досить велику сталу часу та
запізнення, час регулювання має бути
невеликим; перерегулювання не повинно
перевищувати 10%, оскільки велике
перерегулювання негативно впливає на
процес.
Закон регулювання регулятора вибирають з урахуванням особливостей об’єкта і заданих параметрів якості перехідного процесу. Динамічні характеристики конкретного об’єкту і збурення, що надходять на нього характеризуються своїми законами зміни. Активно впливати на них в процесі експлуатації неможливо. З огляду на це, для досягнення необхідної якості регулювання при вибраному типовому перехідному процесі необхідно прийняти відповідний закон регулювання і знайти параметри настроювань регулятора. Реально закон регулювання регулятора визначається за вимогами якості регулювання технологічного процесу. Проаналізувавши вимоги, які ставляться до якості регулювання обраного параметра та характеристики об’єкту регулювання, можна прийти до висновку, що необхідно використати (неперервний ПІД-закон регулювання або який задовольняє вимоги системи). Навести обґрунтування вибору закону приклад 1.
Приклад 1
Цей вибір
обґрунтовується тим, що величина
відношення часу запізнення
до сталої часу об’єкта
знаходиться в межах:
,
тобто в цьому випадку вибирають
неперервний закон регулювання. Крім
цього пропорційний закон регулювання
нас не влаштовує, оскільки допустима
межа відхилення технологічного параметра
невелика, то статична похибка може
перевищити допустиму межу зміни
регульованого параметра. Щоб цього
уникнути в закон регулювання необхідно
ввести інтегральну складову. Зважаючи
на те, що наш об’єкт регулювання має
досить великі час запізнення та постійну
часу, для зменшення часу перехідного
процесу в закон регулювання потрібно
ще ввести диференційну складову. Отже
в результаті викладених вище міркувань
для забезпечення необхідної якості
регулювання виберемо неперервний
ПІД-закон регулювання.
Знайти передаточні функції всіх елементів системи Приклад 4.
Приклад 4
Передаточна функція ПІД-регулятора:
,
(2.1)
де
- коефіцієнти передачі відповідно
пропорційної, інтегральної та диференційної
складової ПІД-регулятора, які знайдуться
пізніше.
Передаточна функція об’єкта регулювання має вигляд:
,
(2.2)
де
– коефіцієнт передачі реактора по
каналу регулювання, Т5
– стала
часу об’єкта;
τ – час запізнення.
Дослідити систему за двома каналами: х→Q – канал відхилення (завдання) та z→Q – канал збурення, де U – завдання, x – відхилення, z – збурення, Q – вихідна регульована координата (параметр за завданням). приклад 2
Приклад 2
Відповідні передаточні функції по цих каналах будуть мати вигляд:
,
(2.3)
.
(2.4)
Розрахувати оптимальні настроювання вибраного ПІД-регулятора за допомогою комп’ютерної програми MatLab. Для цього необхідно в пакеті Simulink побудувати структурну модель системи регулювання та використати блок NCD Outport, який саме і визначає необхідні оптимальні параметри настроювання регулятора, тобто коефіцієнти , яким попередньо присвоїти початкові значення. У вікні настройки блока NCD Outport задати параметри перехідного процесу.
Для здійснення оптимізації задати наступні попередні значення коефіцієнтів пропорційної, інтегральної та диференціальної складових:
Модель в MatLab Приклад 5
Приклад 5
Рисунок. 3 Модель системи регулювання для пошуку оптимальних настроювань регулятора в Simulink
Отримати перехідну характеристику при оптимізації настроювань регулятора приклад 3
Приклад 3
При пошуку та оптимізації настроювань регулятора отримали вигляд перехідну характеристику, яка представлена на рисунок. 4:
Рисунок 4. Перехідна характеристика при оптимізації настроювань регулятора
В результаті оптимізації ми отримали такі оптимальні настроювальні параметри регулятора:
Після введення розрахованих вище параметрів настройки регулятора (PID Controllera) та задання параметрів інших елементів системи потрібно проемулювати роботу системи. Результатом емуляції роботи моделі повинен бути графік перехідної характеристики системи регулювання. Ця характеристика зображена в прикладі 3.
Приклад 3
Рисунок 5 Графік перехідної характеристики системи регулювання