Скачиваний:
52
Добавлен:
22.02.2014
Размер:
1.85 Mб
Скачать

Введение

Основой управления любым технологическим процессом является получение и обработка информации о состоянии работы объекта управления (ОУ), а также влияние на сам процесс с помощью устройства управления (УУ). Такие системы автоматического управления (САУ) должны учитывать все входные факторы, в том числе и возмущающие воздействия, чтобы работа объекта управления была не только устойчива, но и чтобы основные параметры и величины системы были однозначно определены. Построение систем автоматического управления требует создания качественных регуляторов, для которых отклонение от заданных значений величин процесса укладывались в заранее известные интервалы.

Данная задача является первостепенной в любой САУ. Построение качественного устройства управления требует создание такой системы, которая была бы устойчивой при некотором изменении внешних факторов или внутренних процессов.

В свою очередь, любые САУ можно классифицировать по виду уравнений, описывающих процесс, на линейные и нелинейные системы. Также можно выделить импульсные системы управления, как вид дискретных САУ. Импульсные системы в настоящий момент чаще других используются в управлении.

В выполняемой курсовой работе предлагается исследовать линейную, нелинейную и импульсную системы и ознакомится с влиянием различных типов узлов на устойчивость работы регулятора.

1 Исследование линейной части системы

    1. Описание функционально - принципиальной схемы САУ

Дана схема управления процессом получения известкового молока.

Рисунок 1 - Установка для управления процессом получения известкового молока

1.1.1 Принцип действия. Автомат автоматизированного управления получением известкового молока применяется на промышленном производстве получения различных глюкозосодержащих веществ.

Принцип автомата, приведенного на схеме заключается в смешивании двух веществ: извести, поступающей в бункер 1 и жидкости (раствора глюкозы) в питателе 2. Затем смесь поступает в гасильную камеру 3, из которой выходит полученный продукт. Для достижение необходимой консистенции, необходимо строгое соблюдение пропорций этих веществ. Для этого применяется система автоматического управления, состоящая из датчика массы 6, расходомера 9, исполнительных механизмов 7, 10, регуляторов 5,8, а также задающего устройства 11.

Сигнал, поступающий от датчиков 6 и 9, поступают на регуляторы. Работой регулятора 8 управляет задающее устройство 11 и сигнал, пришедший от датчика массы. Затем сигнал от двух регуляторов поступают на соответствующие за

слонку 7 и клапан 10, благодаря чему достигается нужный расход жидкости и извести.

1.2 Построение функциональной схемы

Рег. 2

Дm

Драсх

Жидкость

Электр. сигнал

m(t)

I1(t)

U2(t)

U1(t)

X1(t)

X2(t)

I3(t)

На основе имеющейся функционально-принципиальной схемы построим функциональную схему.

Оу (бункер и питатель)

Рег. 1

ИМ1

m­вых(t)

ИМ2

ЗУ

Известь

I4(t)

Q(t)

I2(t)

Рег. 1,2 – регуляторы; ИМ 1 – клапан; ИМ2 – заслонка между бункером и питателем; Дm – датчик массы; Драсх – датчик расхода жидкости; ЗУ – задающее устройство; ОУ – объект управления; I1(t) – ток, поступающий от датчика массы; I2(t) – ток, поступающий от расходомера; I3(t) – ток, поступающий от задающего устройства; I4(t) – ток на входе регулятора; U1(t), U2(t) – напряжения на входе исполнительных механизмов; X1(t), X2(t) – перемещения заслонок; m(t) – масса извести, поступающая в питатель; Q(t) – расход жидкости; m­вых(t) – масса молока на выходе аппарата

Рисунок 2 - Функциональная схема установки для исследования АСР уровня жидкости в гидравлическом резервуаре

Функциональная схема – это схема, состоящая из функциональных элементов, которые показывают их функциональное назначение при автоматическом управлении технологическим процессом и связь между ними.

Как видно из функциональной схемы, система имеет две обратные связи: по массе вещества, находящемся в бункере и по расходу поступающей жидкости.

В данном случае, исполнительные механизмы представляют собой заслонку и клапан, управляющие потоками извести и жидкости. Регуляторы – устройства, необходимые для коррекции и усиления сигнала, задающее устройство – панель управления, задающая сигнал, несущий информацию о том или ином режиме работы устройства.

1.3 Построение структурной схемы системы

На основе полученной функциональной схемы, задав численное значение сигналов, построим структурную схему системы.

С

5мА

труктурная схема системы автоматического управления отражает прохождение и преобразование сигналов в звеньях системы управления.

1.25т

2см

5мА

24В

5мА

24В

20см

5мА

10м3

Рисунок 3 - Структурная схема установка для управления процессом получения известкового молока

Регуляторы рассчитаны на входной ток 5мА, выходное напряжение – 24В. Поэтому коэффициент передачи регуляторов равен:

kр=

Постоянная времени для электронных регуляторов определяется соотношением:

Tр=(0.10.001)kр

Tр=0.005

В итоге получаем передаточные функции регуляторов, как апериодических звеньев первого порядка:

(1)

. (2)

Рассчитаем передаточные отношения для исполнительных механизмов. На входе подается напряжение 24В, на выходе заслонки передвигаются на величину перемещения:

– для клапана на 2см:

WИМ1=; (3)

– для заслонки питателя на 20см:

WИМ1=. (4)

Расходомер – звено первого порядка, на входе расход 10 м3/с, на выходе сигнал 5 мА, выражения для передаточной функции и постоянной времени расходомера:

kрасх=

Tрасх=(0.10.01)kрасх

Tрасх=0.05

Передаточное соотношение расходомера:

(5)

На входе датчика массы извести 1т, на выходе сигнал 5мА, значение предаточной функции:

Wm= (6)

Объект управления – питатель (при поступающей массе извести в 1т производится 50т известкового молока), колебательное звено, имеющее передаточное соотношение:

(7)

k=

T2=(0.10.01)k

T2=0.5

T1=0.0001

Получаем передаточное отношение питателя:

(8)

    1. Преобразование структурной схемы системы

Применяя правила преобразования структурных схем, упростим схему, изображенную на рисунке 3, преобразовав последовательно соединенные звенья:

(9)

(10)

Рисунок 4 – Вид 1 структурной схемы

Преобразуем обратные связи, получив схему, полученную на рисунке 5:

(11)

(12)

Рисунок 5 – Вид 2 структурной схемы

Преобразовав последнюю схему, получим окончательное выражение для передаточной функции:

(13)

Используя программу MathCad для преобразования функций, получим выражение вида:

(14)

    1. Построение переходного процесса системы

Переходная функция - это реакция системы на ступенчатое входное воздействие.

Для того, чтобы построить переходный процесс, используем обратное преобразование Лапласа от функции вида

Следовательно переходная функция:

(15)

Рисунок 6 – График переходного процесса

Анализируя график, можно судить о том, что полученная линейная система устойчива. По переходной функции определим характеристики:

- установившееся состояние переходного процесса hуст=1;

- максимальное значение переходного процесса: hmax=1,55;

- время первого согласования t1=0.08 c;

- время нарастания tн=0,1c;

- время регулирования tр=1.9 c.