|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
|
Кафедра “Автоматика и управление в технических системах”
Локальные системы автоматического управления
Методические указания по выполнению курсового проекта
Самара 2002
Составители: А. А. Казаков, В. К. Рыбаков, Г. Н. Рогачев
УДВ 681.513.3
Локальные системы автоматического управления: Метод. указ. по выполнению курсового проекта / Самар. госуд. техн. ун-т; сост. А. А. Казаков, В. К. Рыбаков, Г. Н. Рогачев. Самара, 2002. 33 с.
Приводятся требования к содержанию и составу отдельных разделов расчетно-пояснительной записки и перечень графического материала. Приведены три примера расчета различных классов локальных систем автоматического управления, требующих специального подхода по выбору системы и порядка расчета.
Методические указания предназначены для студентов специальности 21.01.
Ил. 21 Библиогр.: 16 назв.
Печатается по разрешению редакционно-издательского совета СамГТУ
Курсовое проектирование (КП) включает в себя основные виды работ, которые выполняют проектные организации на стадии технического проекта. Курсовой проект закрепляет теоретические знания студента по соответствующему учебному курсу, знакомит с основными видами работ, которые выполняют проектные организации, требования к оформлению проекта в соответствии с ЕСКД и ГОСТ. В процессе выполнения проекта студент должен усовершенствовать свои навыки в пользовании научно-технической литературой, справочниками и каталогами.
Основная тематика КП по курсу ЛСАУ для студентов по специальности 21.01 предусматривает выполнение курсовых проектов по разработке и проектированию систем автоматического контроля, регулирования и управления в технических системах, в том числе различными промышленными объектами и технологическими процессами.
Основой для проектирования ЛСАУ является техническое задание на КП, включающее назначение системы с необходимыми данными об объекте управления (или данные экспериментального исследования объекта управления), характеристики управляющих и возмущающих воздействий, требования, предъявляемые к установившемуся (точность) и не установившемуся (динамические показатели) режимам работы системы.
Содержание КП определяется в соответствии с основными разделами курса ЛСАУ. В состав КП по ЛСАУ входит пояснительная записка и графическая часть проекта. Пояснительная записка КП должна включать в себя следующие разделы:
задание по КП с необходимыми данными для проектирования;
введение;
краткое описание технологического процесса и оборудования;
математическое описание объекта управления;
обоснование и выбор типа системы автоматического управления (контроля);
разработка алгоритмов управления (контроля);
разработка функциональной и структурной схем системы;
выбор комплекса технических средств автоматизации;
расчет по статическому и динамическому анализу и синтезу системы и нестандартных узлов системы;
разработка принципиальных схем, выбор, согласование и расчет отдельных устройств;
спецификации на применяемые технические средства автоматизации с указанием характеристик, типов, необходимого количества;
заключение;
список литературы;
приложение.
Объем пояснительной записки составляет 30-40 страниц стандартного формата (210х297) рукописного текста с расчетами и таблицами.
Графическая часть включает следующие компоненты:
функциональная (структурная) схема;
принципиальная электрическая схема;
иллюстрация статических и динамических расчетов.
Не допускается небрежное выполнение пояснительной записки и графической части проекта. Введение содержит краткое описание значения решаемой в курсовом проекте задачи для данного производства, приводится основание для постановки темы проекта, указывается предполагаемая область применения проектируемой системы управления.
При описании объекта автоматизации рассматривается его назначение, технология функционирования в конкретных производственных условиях, структурная схема, характеристики оборудования, цели и задачи контроля и управления объектом, определяются математическая модель объекта, управляемые и контролируемые параметры, возмущающие воздействия. Определяются требования точности, быстродействию и другие качественные показатели режимов работы системы контроля и регулирования.
Определение математического описания (идентификация) объекта автоматизации является первым этапом проектирования ЛСАУ. Эта задача в общем случае распадается на две - задачу структурной и задачу параметрической идентификации.
Структурная идентификация заключается в определении основных свойств объекта управления (линейности, инерционности, стационарности и т.д.) и определении оператора модели, т.е. алгоритма преобразования входных координат в выходные.
Оператор модели часто представляется в виде передаточной функции или дифференциального уравнения, реже в виде алгебраического или разностного уравнения.
Основные свойства объекта управления и оператор модели в ряде случаев непосредственно определяет структуру проектируемой САУ, алгоритм ее функционирования и технической реализации.
Например, число "больших" постоянных времени объекта однозначно определяет число контуров системы, построенной по принципу подчиненного регулирования (СПР). Порядок линейного дифференциального уравнения, описывающего объект, определяет число интервалов постоянства оптимального управления в задаче быстродействия, т.е. алгоритм управления.
Малая инерционность объекта обуславливает применение высокоточных и быстродействующих регуляторов и исполнительных устройств.
Задача параметрической идентификации заключается в определении параметров объекта, в качестве которых можно рассматривать, например, постоянные времени, коэффициенты передачи, время запаздывания, и др.
Существующие методы идентификации делятся на экспериментальные и аналитические. Аналитические методы основаны на изучении физических и химических процессов, протекающих в объекте, и его конструкции без исследований на самом объекте. Аналитические методы позволяют создавать математические описания, качественно отражающие происходящие в объекте явления.
Существенную особенность имеет формализация дискретных последовательностей операций (технологических циклов).
Методы построения модели технологического цикла принципиально отличается от методов получения модели объекта, отражающих его функционирование в процессе выполнения технологической операции. Модели технологических циклов часто представляют и виде таблиц, циклограмм, графов, и т.д.
Разработка алгоритмов управления основывается на анализе свойств объекта управления, целей управления и требований, предъявляемых к системе. Определяются наиболее эффективные принципы управления отдельными процессами и разрабатываются соответствующие алгоритмы для управляющих воздействий.
Алгоритмы представляются в виде выбираемых законов управления и алгоритмических схем.
Технологические средства автоматизации выбирают в основном из наборов типовой аппаратуры, выпускаемой приборостроительной промышленностью, подходящей по предъявляемым требованиям, техническим характеристикам и условиям.
Использование специально разработанных устройств и приборов допустимо только в том случае, когда применение серийных технических средства производится на основе анализа характеристик технологических параметров, подлежащих автоматизации (физические свойства, номинальные значения, пределы допустимых отклонений и т.п.).
В системах автоматизации рекомендуется применять однотипные технические средства. Это дает преимущество при компоновке, обеспечивает взаимозаменяемость, удобство эксплуатации и настройки.
Разработка функциональной и структурной схем ведется с применением методов структурного синтеза. Определяется критерий выбора оптимальной структуры, на этой основе предлагаются возможные варианты построения системы и приводится их сравнение по учитываемым показателям. Дается полное описание принятых схем, при этом определяется назначение всех функциональных элементов, реализующих алгоритмы контроля и управления, характеристики входа и выхода, отражается взаимодействие элементов. При использовании микропроцессорных комплексов (микроЭВМ) выбирается архитектура вычислительного комплекса.
Расчеты по статическому и динамическому анализу и синтезу системы включают в себя определение статических и динамических характеристик всех звеньев, выбор типа и расчет настроек регуляторов по заданным показателям работы системы, при воздействии со стороны управляющих и возмущающих величин. При необходимости рассчитываются корректирующие устройства и выбираются соответствующие параметры схемных решений, реализующих эти устройства. Производится оценка точности работы системы в установившемся и переходных режимах.
Часть задач, возникающих в ходе курсового проектирования, может быть решена с использованием комплекса программ автоматизированного расчета систем управления (МАСС или АРДИС). Круг этих задач определяется возможностями выбранного студентом комплекса и может включать анализ устойчивости, вопросы динамической коррекции в комплексно-частотной области, численную оптимизацию настроек регуляторов по интегральным критериям качества, расчет временных и частотных характеристик системы и т.д.
Эффективность процесса выполнения курсового проекта в части использования комплекса программ автоматизированного расчета зависит от правильности выбора материала для документирования. Объем переносимой в пояснительную записку информации должен обеспечивать возможность проверки всего хода расчета, т.е. кроме конечного результата содержать максимум промежуточных данных.
С помощью указанного комплекса программ следует проводить наиболее сложные расчеты, в частности, с учетом характерных нелинейностей, динамических свойств устройства обратной связи и др.
Разработка принципиальной схемы включает расчеты параметров режимов работы каждого функционального узла, выбор стандартных устройств, отвечающих соответствующим параметрам, проверку согласования входов и выходов в цепях соединения элементов в составе проектируемой системы и при необходимости выбор согласующих звеньев. При отсутствии необходимых стандартных узлов осуществляется разработка схемы специального устройства.
Заключение содержит краткое изложение результатов выполненных работ. В этом разделе отмечается степень соответствия проекта заданию на разработку, указываются и обосновываются отступления от исходных требований, приводятся рекомендации по дальнейшему развитию технических решений проекта и его внедрению в производство.
Список литературы приводится в порядке следования ссылок на нее в тексте пояснительной записки, при этом дается библиографическое описание источника (фамилии и инициалы авторов, полное и точное название источника, место издания, издательство, год издания, количество страниц), указываются номера страниц источника, где напечатан материал, использованный в проекте.
Приложение содержит следующие материалы: таблицы данных, распечатки ЭВМ, спецификации к чертежам.
Структурная схема определяет основные функциональные части системы управления, их названия и взаимосвязи. На структурной схеме показывают:
технологический агрегат, объект, подразделение;
пульты управления и контроля;
основные функции и технологические средства, обеспечивающие реализацию этих функций;
взаимосвязь пунктов управления и контроля с оператором и с вышестоящей системой управления.
Функциональная схема разъясняет определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях (линиях, каналах, трактах определенного назначения). На функциональных схемах упрощено изображают технологический процесс и показывают все приборы и аппаратуру, устанавливаемую по месту на пультах и щитах. Объем представленной информации должен обеспечивать полное представление о принятых решениях по автоматизации данного технологического процесса.
Алгоритмическая схема разъясняет назначение каждой части в выполнении определенного алгоритма преобразования информации.
Принципиальная электрическая схема – это схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними, дает детальное представление о принципах работы системы автоматизации.