Оценка качества переходных процессов и устойчивости

Как было отмечено ранее, система является устойчивой согласно критерию Гурвица при условии выбора значений параметров регулятора из области, лежащей выше кривой.

Проведен анализ устойчивости системы с помощью критерия Михайлова с использованием ранее полученного характеристического уравнения:

Полученная кривая последовательно проходит три квадранта (согласно порядку характеристического уравнения), нигде не обращаясь в нуль. Значит система является устойчива согласно критерию Михайлова.

Рис. 22. Кривая Михайлова

Для анализа устойчивости системы также построена кривая Найквиста.

Рис. 23. Кривая Найквиста

Сделан вывод об устойчивости системы согласно этому критерию, т.к. кривая не проходит и не огибает критическую точку .

Найдены передаточные функции замкнутого и разомкнутого контура по каналам и . Проведен расчет установившейся ошибки.

Выполнив необходимые расчеты, было установлено, что

Обоснование и выбор технических средств аср, их параметры и характеристики

В ходе разработки системы автоматического регулирования температуры были выбраны и использованы регуляторы Минитерм 300.31.

Регуляторы Минитерм 300.31 предназначены для автоматического регулирования температуры самых разнообразных установок:

• печей и сушильных камер;

• водо- и воздухоподогревателей;

• климатических камер и кондиционеров;

• установок для переработки пластмасс;

• агрегатов для пастеризации молока и выпечки хлебобулочных изделий;

• котлоагрегатов и систем теплоснабжения.

Регулятор работает непосредственно с термопарой. Имется также возможность подключения дополнительных датчиков постоянного тока и напряжения, а также потенциометрического (реостатного) датчика.

Рис. 24. Функциональная схема регулятора Минитерм 300.31

Основные функции:

• П, ПИ, ПД, ПИД, двухпозиционное регулирования с импульсным или аналоговым выходным сигналом;

• линеаризация сигналов термопар и компенсация термо-ЭДС холодных спаев;

• возможность использования аналогового выхода в качестве сигнала, линейно зависящего от регулируемого параметра (температуры);

• формирование программного задания в виде произвольной кусочно-линейной функции времени (4 участка);

• логическое управление программным задатчиком (стоп, пуск, сброс);

• защита от обрыва цепи датчика (например, термопары);

• сигнализация верхнего и нижнего предельных отклонений регулируемого параметра от заданного значения;

• автоматизированная настройка динамических параметров регулятора;

• цифровая интерфейсная связь с верхним уровнем управления;

• цифровая индикация параметров процесса и самого регулятора.

Таблица 4. Технические характеристики регулятора Минитерм 300.31

Наименование параметров	Значение
Питание	Напряжение – постоянного тока при амплитуде переменной составляющей от до (обеспечивается источником, встроенным в тиристорный усилитель мощности У300, У330 М, У340, У330.Р2 М, У13Н, У14.3, У14.1.Р3, У24, или групповым источником питания серии П300, в том числе со встроенными реле). Потребляемая мощность – не более .
Конструктивное исполнение	Габаритные размеры – . Масса – не более . Монтаж – щитовой.
Точность установки задания	.
Аналоговые входы	Основная погрешность измерения: для сигналов постоянного тока – не более ; для сигналов термометров сопротивления 50П, 50М, 100П, 100М – не более ; для сигналов термопар: ХА(К) – не более , ХК(L) – не более , ПП(S) – не более .
Дискретные входы	Количество – 2. Вид – для подключения внешних «сухих» ключей (транзисторных или контактных). Коммутирующая способность – до , . Падение напряжения на замкнутом ключе – не более . Ток разомкнутого ключа – не более . Назначение – логическое управление программным задатчиком (пуск, стоп, сброс).
Импульсный выход	Вид – "сухой" транзисторный ключ (, ) либо сигнал постоянного тока. Назначение – для управления пусковым устройством исполнительного механизма (для регулятора с импульсным выходом) или усилителем мощности У300, У330 М, У330.Р2 М, У340 или У24), по трехпроводной схеме подключения.
Дискретные выходы	для сигнализации верхнего и нижнего предельных отклонений регулируемого параметра от задания – 2; для сигнализации отказа – 1. Тип и параметры выходов – «сухой» транзисторный ключ (, ) либо сигнал постоянного тока.
Аналоговый выход	Вид (по выбору) – либо постоянного тока ( либо – по спецзаказу); Назначение: для регуляторов с импульсным выходом – для подключения внешнего регистратора (самописца) регулируемого параметра (например, температуры); для регулятора с аналоговым выходом – в качестве выходного сигнала регулятора. Тип и параметры выходов – «сухой» транзисторный ключ (, ) либо сигнал постоянного тока.
Интерфейс	RS232C

Составные элементы регулятора:

1. аппаратное устройство ввода информации воспринимает 5 аналоговых входных сигналов, которые преобразуются в цифровую форму аналогово-цифровым преобразователем, и 2 дискретных;

2. источник питания формирует напряжение постоянного тока для питания всех узлов регулятора;

3. цифровое вычислительное устройство содержит однокристальную микро-ЭВМ, оперативное и постоянное запоминающие устройства, элементы передачи и обработки информации;

4. преобразователь входных сигналов преобразует сигнал термопары согласно градуировочной таблице выбранного типа термопары;

5. ручной и программный задатчики формируют сигнал задания при работе регулятора соответственно в режиме стабилизации параметра и в программном режиме;

6. блок формирования закона регулирования реализует ПИД-закон совместно с исполнительным механизмом или совместно с интегратором;

7. блок автонастройки позволяет перевести замкнутую систему регулирования в режим автоколебаний с ограниченной амплитудой;

8. широтно-импульсный модулятор преобразует выходной сигнал блока закона регулирования в импульсы, управляющие ключами импульсного выхода.

Для монтажа применяется усилитель мощности тиристорный У13Н, предназначенный для управления мощностью переменного тока в электронагревателях и других устройствах.

Усилитель работает в комплекте с микропроцессорным регулятором серии Минитерм 300 или с другими регуляторами и управляющими устройствами. Применяются в системах автоматического регулирования температуры и других технологических параметров.

Основные функции:

• линейное преобразование входного сигнала постоянного тока в выходную мощность переменного тока;

• гальваническая изоляция цепей нагрузки от остальных цепей;

• переключение каналов управления с автоматического (от регулятора) на ручное дистанционное (например, от потенциометрического задатчика);

• введение запрета на включение выходных тиристоров;

• формирование напряжения постоянного тока для питания регуляторов;

• возможность подключения тиристоров для увеличения мощности.

Использование регуляторов Минитерм 300.31 обусловлено удовлетворению всем требованиям проведения автоматизации процесса, а также существенным упрощением алгоритмической, функциональной и структурной схем.

Рис. 25. Упрощенная алгоритмическая схема управления