МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «ВГТУ»)

Факультет автоматики и электромеханики

Кафедра электропривода, автоматики и управления в технических системах

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Теория автоматического управления»

Тема «Моделирование многомерной системы управления реактором»

Разработал студент Т.И. Гейко

Руководитель А. М. Литвиненко

Члены комиссии____________________________________________

Защищен_________________ Оценка_________________________

2012 Содержание

Введение

1. Краткая характеристика объекта

1.1. Принципиальная схема объекта моделирования

1.2 .Исходные данные

2. Разработка математической модели аппарата

2.1. Стехиометрический анализ и модель кинетики

2.2. Математическая модель динамики объекта

2.3. Математическая модель статики объекта

2.4. Синтез формализованной модели объекта

3. Исследование статики и динамики объекта

4. Оптимизация режима работы аппарата

5. Моделирование системы управления нелинейного объекта с использованием линейных типовых регуляторов

Заключение

Список литературы

Введение

Моделирование-это исследование каких-либо явлений, процессов или систем путём построения и изучения их моделей с целью определения и уточнения характеристик этих систем.

Математическое моделирование – это исследование объектов и систем путём построения их математических моделей, изучения их свойств и характеристик объектов на этих моделях.

В данной курсовой работе объектом исследования является химический реактор емкостного типа, снабжённый механической мешалкой. Химические реакторы являются важнейшими аппаратами химической технологии, т.к. именно в них в результате химических превращений из исходного сырья получают необходимые продукты. Многообразие химических реакций обуславливает большое число типов реакторов, отличающихся конструкцией, режимом работы (непрерывный, периодический), агрегатным состоянием компонентов (жидкое, газообразное, плазмохимическое), тепловым режимом (изотермический, адиабатический, политропический), режимом движения фаз и их количеством (гетерогенные, гомогенные). В общем случае реакторы являются сложной физико-химической системой, в которой протекают все типовые процессы.

Химическое взаимодействие веществ на молекулярном уровне сопровождается отводом или подводом тепла (теплоперенос), транспортированием компонентов из одной фазы в другую (массоперенос), движением фаз в зоне реакции, определяемым структурой гидродинамических потоков. Поэтому модели химических реакторов строятся на основе блочного принципа.

Перечисленные типовые процессы и явления, протекающие в реакторах, можно разделить на явления микро и макро уровня.

Микроуровень - это взаимодействие молекул химических веществ.

Макроуровень характеризуется явлениями и процессами, происходящими на уровне локальных объемов аппаратов и реактора в целом.

Основу модели любого реактора составляет модель кинетики и модель гидродинамики, определяющее распределение времени пребывания компонентов в аппарате.

Целью курсовой работы являются закрепление и углубление знаний по дисциплине «Моделирование систем управления», а также развитие практических навыков исследования динамики и статики объектов химической технологии и систем управления.

1. Краткая характеристика объекта

1.1 Принципиальная схема объекта моделирования

Рис 1. Принципиальная схема объекта моделирования.

В реакторе емкостного типа объемом Vp, снабженном механической мешалкой, проводятся экзотермические реакции:

Реагент с концентрацией подаётся в потоке. Потокслужит для разбавления реакционной смеси. Смесь из реактора забирается насосом, величина потока может регулироваться клапаном. Благодаря интенсивному перемешиванию структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения. Аппарат работает в политропическом режиме.

Выходные переменные объекта:

Объём (уровень) реакционной смеси – Vp; концентрации компонентов в выходном потоке - ; температура смеси в аппарате –t; температура жидкости в рубашке - .

Входные переменные объекта:

Расходы потоков на входе и выходе из аппарата -; концентрация вещества А во входном потоке -СА; температуры входных потоков–t1,t2,tхлвх; расход хладагента на входе в рубашку –vхл