2.4 Выбор исполнительных устройств

Механизмы исполнительные электрические однооборотные (рисунок 9) постоянной скорости МЭО предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Технические характеристики МЭО-40/10-0.25: крутящий момент – 40 Нм; время полного хода - 10 с.; полный ход (доля полного оборота) – 0,25; питание - 220В 50Гц; потребляемая мощность – 110 Вт; электродвигатель – ДСОР-80-0.4-136.

Режим работы: вид – повторно-кратковременный с частыми пусками S4 по ГОСТ 183; частота включений – до 320 в час; продолжительность включений – до 25% при нагрузке на выходном органе в пределах от номинальной противодействующей до 0.5 номинального значения сопутствующей; Максимальная частота включений – 630 в час при продолжительности включений до 25%; При реверсировании интервал времени между выключением и включением на обратное направление – не менее 50мс.

Рисунок 9 - Габаритные и присоединительные размеры механизма МЭО

5. Математические описания сау и выбор автоматического управляющего устройства(ауу)

2.5.1 Определение математической модели объекта – статические характеристики, кривая разгона, частотные характеристики

Кривой разгона ОР (рисунок 10) называется кривая изменения во времени выходной величины в переходном процессе вызванным однократным изменением выходной величины.

Рисунок 10 – Кривая разгона ОР

Динамические параметры объекта определяются по кривой разгона [2] и имеют следующие значения:

• Т_о= 75 с.

• Х_ст=0,4 ⁰С

• Х_д= 10 ⁰С

• t_рег= 500c.

2.5.2 Определение передаточных функций измерительно-преобразовательных и исполнительных устройств

Объект управления на структурной схеме САУ представляется виде соединения двух звеньев:

Апериодического звена и звена чистого запаздывания (рисунок 11).

Рисунок 11 - Структурная схема объекта управления

Автоматический регулятор на структурной схеме САУ представляется в виде соединения трех звеньев (рисунок 12)

Рисунок 12 - Структурная схема автоматического регулятора.

Система автоматического управления представляет собой совокупность объекта управления и автоматического регулятора определенным образом взаимодействующих друг с другом. Структурная схема САУ в общем виде изображена на рисунке 13

Рисунок 13 - Структурная схема САУ

Подставив числа структурная схема САУ для разработанной системы примет следующий вид. (Рисунок 14)

Рисунок 14 - Структурная схема САУ разработанной системы

Передаточная функция имеет следующий вид

(1)

(2)

Подставим числа и получим значение передаточной функции:

(3)

2.5.3 Выбор закона автоматического управления в общем виде

Чтобы выбрать регулятор и рассчитать параметры его настройки, необходимо знать следущее:

Динамические параметры объекта регулирования:

; с.; К_об = 3

Максимальный в условиях эксплуатации коэффициент передачи объекта управления:

К₀=3

Постоянную времени ОУ:

Т₀=75с

Запаздывание:

с.

Величину максимального возможного возмущения по нагрузке в процессе эксплуатации ОУ:

У_в=15%

Основные показатели качества переходного процесса.

Максимально допустимое динамическое отклонение регулируемой величины:

Х_д=10⁰С

Максимально допустимое статическое отклонение регулируемой величины:

Х_ст=0,4

Допустимое время регулирования:

t_рег=500с

По этим известным величинам рассчитываем следующее.

Величину обратную относительному времени запаздывания находим по формуле:

(4)

подставив значение получим

Допустимое относительное время регулирования находим по формуле:

(5)

Допустимый динамический коэффициент регулирования находим по формуле:

(6)

Допустимое остаточное отклонение регулируемой величины находим по формуле:

(7)

подставим в эту формулу значения, получим

=0,009

Выразим эту величину в процентах:

=0,9%

Большинство автоматизированных металлургических в САУ с регулятором непрерывного действия протекает успешно, если в системе имеет место один из трех типовых процессов регулирования:

• Апериодический

• С 20% перерегулированием

• С min интегральной квадратичной ошибкой

По значению / выбираем тип регулятора.

Значению / =0,435 соответствует непрерывный тип регулирования.

Так как показатель колебательности М принадлежит промежутку 1,4<М<1,8, то выбираем процесс с 20% перерегулированием.

Пользуемся графиком зависимости от / (рисунок 15) при выбранном оптимальном процессе, определяем, что =0,4 при 1/ =0,435 могут обеспечить П, ПИ, ПИД-регулятора.

Рисунок 15 - Динамический коэффициент регулирования на статических

Выбираем П-регулятор.

По графику зависимости =f( ). Определим отклонение при установке П- регулятора

=0,31

Выразим из формулы (7) ,

(8)

Подставим в эту формулу значение у_ост, определенное по графику

=0,31*3*15 (9)

=13,95(⁰С)

Так как допустимое значение =0,4 ⁰С, то П-регулятор не может быть применен. Определим, каким будет время регулирования для ПИ-регулятора. Оно должно быть меньше

=500 с

Для определения воспользуемся графиком зависимости (рисунок 16) для процесса с 20% перерегулирования

Рисунок 16 - График зависимости

(10)

=289,375 с

< следовательно, процесс с 20% перерегулированием может быть реализован с САУ ПИ-регулятором

Приближенное определение настроек регулятора произведен по следующим формулам.

Коэффициент усиления регулятора найдем по формуле

(11)

К_р=0,76

Время удвоения (изодрома) найдем по формуле