МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОУ ВПО Череповецкий государственный университет

Институт информационных технологий

Кафедра автоматизации и систем управления

Цифровое моделирование технологических объектов и систем управления

Учебно-методическое пособие

Специальность: 220301 – автоматизация технологических процессов и производств;

140604 – электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

Череповец

2009

Цифровое моделирование технологических объектов и систем управления: Учебно-методическое пособие. Череповец: ГОУ ВПО ЧГУ, 2009. с., ил.

Рассмотрено на заседании кафедры АиСУ, протокол № от .

Одобрено редакционной комиссией ИЭИ ГОУ ВПО ЧГУ, протокол № от

Учебное пособие содержит описание алгоритмов и программ, позволяющих проводить цифровое моделирование как отдельных элементов АСР, в частности датчиков, регуляторов, объектов регулирования различного типа, так и сложных систем регулирования. Приводятся подробные инструкции по применению программ. Рассмотрены наиболее распространенные структуры автоматизированного электропривода и их модели, а также модели отдельных объектов и систем регулирования уровня и температуры. Приведены примеры расчетов и результаты моделирования в графической форме. Пособие содержит необходимый математический аппарат для расчета параметров АСР.

Предназначено для студентов специальностей 220301 и 140604 при изучении курсов “Моделирование систем управления”, “Автоматизация технологических процессов и производств”, “Теория автоматического управления”, “АСУТП в металлургии”, “Объекты автоматизации в металлургии”, “Моделирование технологических объектов”

Составители: В.Н. Мочалин – канд.тех.наук., доцент

(ГОУ ВПО ЧГУ);

С.А. Пойгина – ст. преподаватель

(ГОУ ВПО ЧГУ);

А.Л. Смыслова – канд. тех. наук, доцент

(ГОУ ВПО ЧГУ);

К.А. Харахнин – канд. тех. наук, профессор

(ГОУ ВПО ЧГУ).

Рецензенты: П.Г. Леонов, канд. тех. наук, доцент кафедры АиСУ

(ГОУ ВПО ЧГУ);

Н.В. Кочнев – канд. тех. наук, доцент

(ГОУ ВПО ЧГУ).

© ГОУ ВПО Череповецкий государственный университет, 2009

Введение

Одной из задач, которые приходится решать при разработке, монтаже и наладке автоматических систем регулирования (АСР), является прогнозирование поведения АСР в реальных условиях работы: как нормальных, так и аварийных. Качественное прогнозирование работы АСР позволяет выбрать оптимальную по структуре и составу элементов систему, удовлетворяя в то же время основным требованиям к качеству управления.

Проектирование системы автоматического управления состоит из нескольких этапов. Первый заключается в разработке модели объекта управления, функциональной схемы АСР, в выборе элементов и заданию связей между ними. Затем устанавливают законы регулирования и определяют параметры регуляторов. На заключительном этапе проводится анализ статических и динамических характеристик системы.

Последняя задача является весьма трудоемкой, однако только в результате ее решения можно будет с достаточной уверенностью оценить систему. Одним из известных методов необходимо рассчитать реакции системы на изменение задания на входе и на возмущения различных видов. При расчете может выясниться, что динамические или статические характеристики не удовлетворяют проектанта. Требуется изменить параметры регуляторов, законы регулирования, иногда саму структуру системы. После соответствующих преобразований расчет приходится повторить заново.

Отметим, что большинство способов анализа переходных процессов имеет ряд существенных недостатков. Графические способы недостаточно точны, громоздки и применимы для сравнительно простых систем. Аналитические (решение системы дифференциальных уравнений, применение теоремы разложения) - требуют большого объема вычислений и также используются для систем не выше третьего порядка. Кроме того, упомянутые способы чаще всего применяют для анализа поведения объекта в небольшом диапазоне изменения входных воздействий, что не всегда соответствует реальным условиям работы, особенно в аварийных режимах.

Математическое моделирование свободно от этих недостатков и позволяет быстро и точно предсказать поведение системы, как в статике, так и в динамике.

В данной работе приводится описание моделей объектов и систем регулирования, примеры расчета датчиков и регуляторов, схемы и результаты моделирования в графической форме. Работая в диалоговом режиме, оператор дает описание системы, указывая тип каждого звена, его параметры, связи с другими звеньями. Исходным материалом является структурная схема исследуемой системы с конкретными числовыми значениями параметров всех элементов. Структура произвольна по числу звеньев и связям между ними.

Использование программ моделирования позволяет автоматизировать один из трудоемких этапов курсового и дипломного проектирования.