Краткое описание системы автоматического регулирования сар температуры в электропечи

Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема — графическое изображение с помощью пиктограмм связей между элементами электрического устройства. Принципиальная схема представлена на рисунке1.

Датчик температуры

Делитель

Сравнивающе-суммирующие устройство (ССУ)

Элемент гибкой ОС

Тиристорный преобразователь (ТП)

Рис.1. Принципиальная схема

Делитель

Электропечь (ЭП)

НЭ – нагревательный элемент

–температура в электропечи;

U – напряжение на НЭ;

f – возмущающее воздействие;

Кн, Кп – коэффициенты передачи;

Тн, Тп – постоянная времени.

Элемент гибкой ОС (обратной связи)

–температура объекта измерения;

U – напряжение на выходе элемента;

Кт2 – коэффициент передачи элемента;

Тт2 – постоянная времени.

Тиристорный преобразователь (ТП)

U1 – напряжение на входе;

U2 – напряжение на выходе;

Ктп - коэффициент передачи элемента;

Ттп – постоянная времени.

Сравнивающе-суммирующие устройство (ССУ)

Датчик температуры

–температура объекта измерения;

U – напряжение на выходе элемента;

Кт1 – коэффициент передачи элемента;

Тт1 – постоянная времени.

Используя преобразования Лапласа, найдем передаточной функции элементов САР температуры в электропечи.(1)

Дифференциальное уравнение электропечи

Преобразования Лапласа

На примере нахождения передаточной функции для электропечи(1), найдем передаточные функции для остальных элементов.

Датчик температуры ТП ГОС

где Ку2, Ку3 – коэффициент передачи ССУ

Часть 1. Нелинейная сар

1. Типовая схема нелинейной сар и передаточная функция линейной части системы

Принимаем тот факт, что тиристорный преобразователь в системе является нелинейным элементом

Так как тиристорный преобразователь имеет инерционность, то коэффициент усиления реализуется в его статической характеристике, а инерционность остается отдельным звеном.

Используя структурную схему линейной САР (рис.1) строю структурную схему нелинейной системы (рис.2).

Рис.1. Структурная схема линейной САР

Принимаем, что

Рис.1. Структурная схема нелинейной САР

Чтобы структурную схему нелинейной САР (рис.2) привести к типовой (рис.3), воспользуемся следующими соображениями:

• Так как система должна быть автономной, необходимо в исходной схеме отбросить и задающее воздействие, и возмущающий фактор с прилегающими к ним цепями.

• В связи с тем, что нелинейный элемент должен стоять в типовой схеме сразу же после главного сумматора, необходимо добавить в исходные схемы на входе нелинейного элемента еще один сумматор.

• Если нелинейный элемент имеет инерционность (как, например, тиристорный преобразователь), то коэффициент усиления реализуется в его статической характеристике, а инерционность остается отдельным звеном.

• Типовую схему нужно начинать рисовать с введенного сумматора.

• Дорисовываем за нелинейным элементом все остальные блоки исходной схемы, перемещаясь по ней по ходу движения задающего сигнала до введенного сумматора.

• Если в исходной схеме имеются местные обратные связи или дополнительные каналы регулирования, их тоже необходимо дорисовать.

Рис.3. Типовая схема нелинейной САР

Для нахождения передаточной функции линейной части системы необходимо, используя правила преобразования структурных схем, преобразовать систему и найти её передаточную функцию.

Правила преобразования структурных схем:

1. Цепочка последовательно соединенных звеньев преобразуется в эквивалентное звено с передаточной функцией, равной произведению передаточных функций отдельных звеньев.

2. Цепочка звеньев, соединенных параллельно преобразуется в звено с передаточной функцией, равной сумме передаточных функций отдельных звеньев.

3. Звено охвачено положительной (отрицательной) обратной связью преобразуется в звено, передаточная функция которого равна передаточной функции прямой цепи деленной на 1 минус (плюс) передаточная функция разомкнутой системы.

4. При переносе сумматора через звено по ходу сигнала необходимо добавить звено с передаточной функцией того звена, через которое переносится сумматор. Если сумматор переносится против хода сигнала, то добавляется звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции звена, через которое переносим сумматор.

5. При переносе узла через звено по ходу сигнала добавляется звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции звена, через которое переносим узел. Если узел переносится против хода сигнала, то добавляется звено с передаточной функцией звена, через которое переносится узел.

6. Возможны взаимные перестановки узлов и сумматоров: узлы можно менять местами ; сумматоры тоже можно менять местами; при переносе узла через сумматор необходимо добавить сравнивающий элемент y = y1 + f1 = > y1

Подставив в формулу (1) значения коэффициентов получим:

Тип нелинейной статистической характеристики нелинейного элемента выбран согласно заданию для тиристорного преобразователя.

Рис.3. Нелинейная характеристика ТП