Лабораторный практикум по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами». Методическое пособие для студентов специальностей 240900

Здесь блоки 1,2 моделируют экспериментальную переходную функцию, блоки 5-10 – апериодическое звено с запаздыванием. Выходной сигнал блока 6

Реальный процесс может продолжаться десятки минут, поэтому с целью сокращения времени расчетов на ЭВМ необходимо использовать масштабирование во времени: tМ = kМ t. Если положить kМ = 1/60, то 1 с машинного времени будет соответствовать 1 мин реального процесса. Как при этом изменится передаточная функция (8.3)? Как известно, переменной преобразования Лапласа p соответствует оператор d/dt. С учетом масштабирования М / kМ , dt = dtМ / kМ

Таким образом, в схеме СИАМ на рис.8.3 в блоке 2 можно задавать экспериментальную переходную функцию в секундах, в блоке 7 параметр T11 = TМ = T0 kМ = T0 / 60, в блоке 10 параметр k11 = М = kМ = / 60.

Точность идентификации будем определять по величине ошибки hmax , определяемой по графику с выхода блока 4. При моделировании выбираем метод Кутта-Мерсона, время конца интегрирования tk задаем равным времени окончания эксперимента (с пересчетом в сек).

20

8.3.Задание и порядок выполнения работы

1.Повторить лекции: «Статические и динамические характеристики СА», «Звенья САУ». Ответить на контрольные вопросы.

2.Повторить назначение и общее устройство прибора МПР51-Щ, элементов его управления и индикации.

3.Собрать схему исследования динамических свойств объекта управления (рис.8.4). Здесь 1 - выключатель, 2 - регу-

тельный элемент, осуществляющий подвод тепловой энер-

Рис. 8.4. Схема экспериментальной установки

3. Включением выключателя 1 подать напряжение на МПР

51 и записать показания прибора.

4. Включить МПР51 нажатием кнопки Пуск/Стоп, с этого момента через каждые 60 с (время с точностью до минуты отображается на индикаторе прибора) фиксировать в табл. отчета о лабораторной работе температуру объекта по показаниям МПР 51 до ее установившегося значения. Рассчитать переходную функцию ОУ по формуле:

hЭ (t) = T(t) – T(0),

21

результат занести в табл.

3. Построить по экспериментальным точкам переходную функцию объекта при ее нагреве в координатах: OY - температура, OX – время ( c ) График построить сначала на черновике – на миллиметровке, затем аккуратно перенести в отчет.

4. Полученные характеристики аппроксимировать переходной характеристикой одноемкостного объекта с запаздыванием, определить с использованием графо-аналитических методов динамические параметры ЭН: время запаздывания и постоянную времени объекта Т0..

6. С помощью СИАМ оценить максимальную ошибку идентификации hmax hЭ hМ . Для этого в СИАМ набрать схему

эксперимента, представленную на рис.8.3, задать и проверить параметры блоков в соответствии с рекомендациями подраздела 8.2. Рассчитать переходные функции экспериментальную и модели и оценить значение максимальной относительной погрешности по формуле:

max hmax 100% .

h( )

8.4. Контрольные вопросы

1. Какая характеристика называется динамической, как она определяется, основные показатели качества?

2. Звенья САУ, их передаточные функции и динамические характеристики.

3. Пояснить на схеме набора, как реализуется апериодическое звено с запаздыванием.

4. Пояснить порядок определения параметров передаточной функции объекта управления графо-аналитическим методом.

5. Как оценивается точность решения задачи идентификации?

6. Пояснить схему, устройство, лицевую панель прибора МПР 51.

22

ОТ Ч Е Т

олабораторной работе №8

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБЪЕКТА РЕГУЛИРОВАНИЯ

1. Цель работы

Ознакомиться с методикой определения динамических свойств объектов регулирования по экспериментально полученным переходным характеристикам.

3. Таблица с результатами исследований

4. График переходной функции

23

5. Результаты графо-аналитического расчета

6. Таблица экспериментальной переходной функции в СИАМ

t, c

hЭ(t) = T(t) – T(0)

t, c

hЭ(t) = T(t) – T(0)

7. Оценка погрешности графо-аналитического метода идентификации

hmax 100% h( )

7. Выводы о результатах исследований:

Подпись исполнителя____________________

24

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 9

ИССЛЕДОВАНИЕ НА ЭВМ СИСТЕМЫ РЕЛЕЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

9.1. Цель работы

Изучить особенности систем релейного регулирования (СРР). Исследовать методом математического моделирования влияние параметров СРР на качество процессов регулирования.

9.2. Задание на выполнение лабораторной работы

1)Изучить самостоятельно общие сведения о системах релейного регулирования, найти ответы на контрольные вопросы.

2)Провести экспериментальное исследование переходных характеристик СРР температуры теплообменника.

3)С помощью системы СИАМ исследовать влияние параметров СРР на период и амплитуду автоколебаний.

9.3.Общие сведения о системах релейного регулирования

Вцелом ряде САР регулирующий орган может перемещаться в одно из двух (или более) фиксированных положений. Это связано с особенностями или исполнительных устройств, или регулирующих органов, например, использование электрических нагревателей в режиме «вкл. – выкл.» в САР температуры. Регуляторы, работающие подобным образом, называют релейными (позиционными), а по количеству возможных позиций их регулирующих органов их подразделяют на

- двухпозиционные; - трехпозиционные; - многопозиционные.

Статические характеристики регулирующих органов таких систем являются существенно нелинейными. Примеры таких характеристик представлены на рис. 9.1.

25

Рис.9.1. Статические характеристики существенно нелинейных элементов: а) двухпозиционного с зоной нечувствительности; б) трехпозиционного

С у щ е с т в е н н о н е л и н е й н ы м (СНЭ) называется элемент САР, статическая характеристика которого в области изменения входного сигнала или неоднозначна, или не имеет ограниченных по величине производных второго порядка. САР, включающие в свой состав СНЭ являются нелинейными.

Н е л и н е й н ы м и называются САР, к операторам которых не применим принцип суперпозиции:

1)общая реакция на сумму входных сигналов не равна сумме реакций на каждый из этих входных сигналов в отдельности;

2)реакция нелинейной САР не пропорциональна величине входного сигнала;

3)форма входного сигнала, а, следовательно, и время регулирования и перерегулирование зависят от амплитуды входного сигнала;

4)только в СРР возможно возникновение устойчивых автоколебаний.

Как следует из определения, нелинейные уравнения САР с СНЭ нельзя линеаризовать методом разложения в ряд Тейлора. Для упрощения исследования их свойств применяют методы

-статистической и вибрационной линеаризации,

-методы фазовой плоскости,

-графоаналитические методы.

26

ставлена на рис.9.1, а. Подобные СРР широко используются при автоматизации технологических процессов для регулирования температуры, уровня, давления и других технологических параметров, в базисных приборах: потенциометрах, мостах, милливольтметрах и др. Их д о с т о и н с т в а :

-простота конструкции,

-сравнительная дешевизна,

-высокая надежность в работе,

-простота настройки и обслуживания.

О с н о в н о й н е д о с т а т о к С Р Р : возникновение а в -

то к о л е б а н и й вокруг регулируемой величины.

Ав т о к о л е б а н и я м и называются собственные периодические колебания незатухающие колебания в нелинейной рассеивающей энергию системе. В линейной системе автоколебания невозможны.

Кривые переходных процессов СРР с нелинейным элементом, поясняющие процесс возникновения автоколебаний, представлены на рис.9.2. Работу СРР можно пояснить следующим образом:

Таким образом, как видно из графиков переходных процессов, в СРР возникают автоколебания. Легко показать, что их период Tak и амплитуда Aak зависят от параметров статической характеристики существенно нелинейного элемента (СНЭ) и от величины задающего сигнала yзад. Ответ на этот вопрос необходимо найти в лабораторной работе методом моделирования.

27

yзад =y( )

y( )-

в)

Рис.9.2. Графическое пояснение процесса возникновения автоколебаний в системе релейного регулирования:

а) – переходная функция изменения температуры y(t); б) – переходная функция изменения управления u(t);

в) переходная функция изменения сигнала рассогласования ε(t)

9.4. Описание экспериментального стенда

Электрическая схема двухпозиционного регулирования температуры нагревательного элемента (ТЭН) представлена на рис. 9.3., лицевая панель прибора - МПР 51 на рис П2. Изме-

28

рительное устройство СРРТ - термопреобразователь сопротивления ТСМ, вторичный показывающий прибор - программный задатчик-регулятор МПР51. Заданное значение температуры и величину зоны нечувствительности можно изменить при помощи регулировок прибора МПР51.

мыкает цепь ТЭН. Температура начинает падать. Нагреватель не включен до тех пор, пока температура не упадет ниже нижней границы зоны нечувствительности. После чего контакты реле снова замыкаются на ТЭН подается напряжение и цикл работы системы регулирования повторяется.

9.5. Порядок выполнения работы

1)Изучить особенности систем релейного регулирования.

2)Экспериментальные исследования на стенде проводятся

вследующей последовательности:

- Проверить наличие необходимого оборудования на стен-

де.

- Включением выключателя Вкл. подать напряжение на

29