ОтчётСУХТП

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

Кафедра общей химической технологии

Группа Э-44;

Журавлёва Фаина;

Манукян Галина;

Евдокимова Светлана.

Лабораторная работа №1

Регулирование температуры.

Москва, 2015

Задание

1. Получение переходной характеристики объекта по каналу регулирования. Определение по ней параметров настройки ПИД-регулятора.

2. Получение переходной характеристики системы регулирования в динамическом режиме. Определить показатели качества регулирования.

3. Изучить влияние настройки регулятора на качество регулирования процесса.

Описание установки.

Функциональная схема: F₁ F₂

X U Y

Регулятор

Исполнительное устройство

Объект

Датчик температуры

Y

• Регулируемая величина У – температура;

• Задающее воздействие Х;

• Управляющее воздействие U – длительность импульса напряжения (мощность), подаваемые на нагревательный элемент;

• Возмущающее воздействие F_i – изменение условий окружающей среды и напряжения питания симисторного преобразователя.

Принципиальная схема:

3

Т

1

4

ПК

2

1. Модуль программируемого контроллера и регулятора температуры.

2. Нагревательный элемент.

3. Датчики температуры.

4. Воздушная ёмкость.

Переходная характеристика объекта.

1. Поверка датчиков:

(3’) τ_зап1 = 540 с Т₀₁ = 3320 τ_зап1/ Т₀₁ = 0.162

(4’) τ_зап2 = 495 с Т₀₂ = 3600 τ_зап2/ Т₀₂ = 0.138

(5’) τ_зап3 = 315 с Т₀₃ = 3555 τ_зап3/ Т₀₃ = 0.089

(6’) τ_зап4 = 360 с Т₀₄ = 3330 τ_зап4/ Т₀₄ = 0.108

(7’) τ_зап5 = 405 с Т₀₅ = 3150 τ_зап5/ Т₀₅ = 0.128

У 3-го (5’) датчика τ_зап3/ Т₀₃ имеет наименьшее значение. Можно предположить, что он является образцовым.

Поверяемая погрешность ԑ (относительно 3-го (образцового) датчика):

ԑ₃₁ = -4.65 °C

ԑ₃₂ = -3.30 °C

ԑ₃₃ = 0.85 °C

ԑ₃₄ = 5.85 °C

Поверяемая погрешность ԑ (относительно соединённого с каналом регулирования 1-го датчика):

ԑ₁₁ = 1.35 °C

ԑ₁₂ = 4.05 °C

ԑ₁₃ = 5.50 °C

ԑ₁₄ = 10.50 °C

Поверяемая погрешность датчиков относительно образцового датчика меньше, чем поверяемая погрешность относительно соединённого с каналом регулирования датчика.

2. Приближённая передаточная функция объекта регулирования.

W(s) = (16.55 * e^-9s)/(55s + 1) (T₀ и τ_зап выражены в минутах)

3. Расчёт параметров настройки ПИД-регулятора:

K = (ΔT/Δτ)/ΔN = ((40.2 – 23.8)/3009.4)/5 = 1.0110*10^-3

ΔT [°C] τ_зап = τ_м = 392 с

Δτ [сек]

ΔN [%]

K_p = 83* τ_м*K = 32.86 °C

K_i­ = 2* τ_м = 784 c

K_d = 0.25* τ_м = 98 c

Расчёт критериев качества регулирования по переходной характеристике CP в динамическом режиме.

1. Критерии, характеризующие точность системы регулирования:

1. ԑ_max= 71 – 23.5 = 47.5 °C – максимальная погрешность.

2. ԑ_∞= 50 – 23.5 = 26.5 °C – статическая погрешность.

2. Критерии быстродействия системы регулирования:

2.1 τ_п.п. = 231.2 мин = 3.85 ч - время переходного процесса

2.2 τ_max = 21.2 мин - время достижения 1-го максимума.

3. Критерии колебательности переходного процесса :

1. ψ= ((А₁ – А₃)/A₁)*100% = ((21 – 4)/21)*100% = 80.6% - степень затухания колебаний.

ψ›0 – колебания затухают, система устойчива

2. σ=(A₂/A₁)*100% = (25/21)*100% = 11.9% - переригулирование

σ=(( ԑ_max - ԑ_∞)/ ԑ_∞)*100% = ((47.5 – 26.5)/26.5)* 100% = 79.2%

3. δ = lg(A₁/A₃) = lg(21/4) = 0.72 – логарифмический декремент затухания

В данном процессе время регулирования очень велико, также наблюдается значительное перерегулирование.

Влияние параметров настроек регулятора на показатели качества регулирования.

1. Данный переходный процесс практически равносилен типовому оптимальному процессу, где τ_п.п. и σ велики и обеспечивается наименьшая ԑ_max. В этом случае, чтобы уменьшить ԑ_max, нужно уменьшить интегральную составляющую – коэффициент К_i.

2. Но τ_п.п. достаточно велико, чтобы увеличить быстродействие процесса (уменьшить τ_п.п.), нужно увеличить K_p и K_d , но до допустимых значений, чтобы система осталась устойчивой.

Выводы:

Параметры ПИД-регулятора следует скорректировать, т.к. данная настройка не обеспечивает приемлемое качество регулирования. Можно использовать метод незатухающих колебаний для оптимальной настройки регулятора: для ПИД K_p = 0.6*K_{p max}

T_u = T_кр/2

T_п = T_кр/8,

но для этого следует провести ряд опытов, чтобы подобрать K_{p max} и определить T_кр.

В статическом режиме.

В динамическом режиме.