2. Выбор элементной базы

1. Топливная магистраль (ОР) – D80.

Диаметр прохода трубопровода - 80 мм.

2. ДКС – диафрагма камерная.

Диафрагмы камерные изготавливаются на условное давление 6 кгс/см2 (0,6 МПа) и 100 кгс/см2 (10 МПа). Изготавливаются для установки на фланцах. Данные диафрагмы выпускаются с впадиной под фланцы и с выступом под фланцы по ГОСТ 12815-80. Материал корпуса кольцевых камер и импульсных трубок - ст.20 ГОСТ 1050-88. Материал диска диафрагмы - ст. 12Х17 , ГОСТ 5632-72, температура до 400 °С . Диаметр условного прохода трубопровода - 80 мм.

3. Датчик разности давлений “Сигнал-и-Ех” 2434к.

Выходной сигнал датчиков давления “Сигнал-И-Ех” – 4–20 мА.

Электрическое питание датчиков давления, датчиков разрежения и датчиков разности давлений осуществляется от источника постоянного тока напряжением: (24±0,48) В

Нагрузочное сопротивление для датчиков давления от 0,1 до 500 Ом.

Верхний предел измерений 25 кПа. Нижний предел измерений равен 0.

4. Регулятор - Микропроцессорный регулятор МИК-12.

Выбор и конфигурирование структуры регулятора: 2-х позиционный, 3-х позиционный или П, ПИ, ПД, ПИД регулирование с импульсным или аналоговым выходом, ПИД-ШИМ регулирование. Входные аналоговые сигналы: 0-5мА (Rвх=400 Ом), 0(4)-20 мА (Rвх=100 Ом), 0-10В (Rвх=25кОм). Выходной аналоговый сигнал: 0-5 мА (Rн<=2кОм), 0-20 мА, 4-20 мА (Rн<=500 Ом).

5. Серводвигатель Kolmorgen AKM5.

Максимальная скорость - 6000об/мин

6000 об/мин = 100 об/сек

Т = 0,01 с

6. БГ 1.08.00-01 DN 80 Заслонка дроссельная газовая в комплекте с электроприводом.

Диаметр DN = 80 мм. Максимальное давление Pmax = 6 кгс/см²

7. Начало формы

6 кгс/см²= 9,8*6 Н/ см² =9,8*6*10⁴Н/м² =9,8*6*10⁴ Па/м² = 58,8 кПа/м²

Таким образом, произведен следующий выбор параметров (таблица 2).

Таблица 2. Выбор параметров системы.

Позиция	Элементы системы	Передаточные функции	Параметры
000	Топливная магистраль (ОР)
001	Диафрагма (Д)
010	Датчик разности Давлений
015	Коренатор
040	Дифференциатор (P)
060	Серводвигатель(EPS)
070	Регулирующий орган (РВ)

Коэффициент усиления системы равен:

3. Анализ системы без регулятора.

Проведем анализ разомкнутой системы без регулятора.

В системе присутствует диполь, благодаря дифференциатору и интегрирующему звену в серводвигателе. Устранить диполь нельзя, так как потеря собственных свойств системы в результате может привести к нежелательным ситуациям, нарушении управляемости или наблюдаемости, на выходе будут отсутствовать соответствующие составляющие реакции.

График ЛАЧХ разомкнутой системы без регулятора изображен на рис. 4.

Рис. 4. График ЛАЧХ разомкнутой системы без регулятора.

Запасы устойчивости системы без регулятора:

Проведем анализ замкнутой системы без регулятора.

Реакция замкнутой системы без регулятора на ступенчатое воздействие изображена на рис. 5.

Рис. 5. Реакция замкнутой системы без регулятора на ступенчатое воздействие.

Рассчитаем установившуюся ошибку системы без регулятора.

На рис. 6. изображен график ошибки системы без регулятора при реакции на ступенчатое воздействие.

Рис. 6. График ошибки системы без регулятора при реакции на ступенчатое воздействие.

Рассчитанное значение установившейся ошибки совпадает со значением на графике.

4. П-регулятор

Расчет производим методом подбора параметров. Рассматривая ЛАЧХ разомкнутой системы, стремимся к максимуму косвенных показателей качества

Передаточная функция разомкнутой системы с П-регулятором в общем виде:

Передаточная функция замкнутой системы с П-регулятором в общем виде:

Kкр=204

Kкр=30,8*k

k<204/30.8=6.6

Выберем k=0,5, так как при увеличении k запасы устойчивости по амплитуде и фазе уменьшаются, и перерегулирование растет.

Отсюда передаточная функция разомкнутой системы с П-регулятором:

Передаточная функция замкнутой системы с П-регулятором:

График ЛАЧХ разомкнутой системы с п-регулятором изображен на рис. 7.

Рис. 7. График ЛАЧХ разомкнутой системы с п-регулятором.

Запасы устойчивости системы с п-регулятором:

Реакция замкнутой системы с п-регулятором на ступенчатое воздействие изображена на рис. 8.

Рис. 8. Реакция замкнутой системы с п-регулятором на ступенчатое воздействие

Рассчитаем установившуюся ошибку системы п-регулятором при реакции на ступенчатое воздействие.

ПФ разомкнутого контура системы с ПИ-регулятором:

ПФ задающего ступенчатого воздействия в s-области:

.

Определим изображение переменной ошибки:

;

;

Определим установившуюся ошибку с использованием теоремы о конечном значении оригинала во временной области:

.

.

На рис. 9. изображен график ошибки системы с п-регулятором при реакции на ступенчатое воздействие.

Рис. 9. график ошибки системы без регулятора при реакции на ступенчатое воздействие.

- по графику.

При использовании п-регулятора невозможно добиться нулевой ошибки, так как порядок астатизма системы равен нулю.

5. Пи-регулятор

Передаточная функция разомкнутой системы с ПИ-регулятором в общем виде:

Передаточная функция замкнутой системы с ПИ-регулятором в общем виде:

Поскольку система 5 порядка, критерий Гурвица не очень удобен в использовании. Проведем анализ системы по критерию Рауса и определим зависимость коэффициента усиления kr регулятора от коэффициента усиления K системы.

Пусть k=1; T=1. Тогда ХП замкнутой системы с ПИ-регулятором выглядит следующим образом.

Составим таблицу коэффициентов Рауса (таблица 3).

Таблица 3. Коэффициенты Рауса.

	0,1	10,2
	2,01		0
			0
		0	0
			0

Из условия d2 следует, что

Из условия d3 следует, что

Следовательно,

Исходя из компромисса между запасами качества системы, перерегулирования и ошибок, выбираем оптимальные параметры настройки ПИ-регулятора.

K=0.5, T=7.

Передаточная функция разомкнутой системы с ПИ-регулятором

Передаточная функция замкнутой системы с ПИ-регулятором

График ЛАЧХ разомкнутой системы с пи-регулятором изображен на рис. 10.

Рис. 10. График ЛАЧХ разомкнутой системы с пи-регулятором.

Запасы устойчивости системы с пи-регулятором:

Реакция замкнутой системы с пи-регулятором на ступенчатое воздействие изображена на рис. 11.

Рис. 11. Реакция замкнутой системы с пи-регулятором на ступенчатое воздействие.

Рассчитаем установившуюся ошибку системы пи-регулятором при реакции на ступенчатое воздействие.

ПФ разомкнутого контура системы с ПИ-регулятором:

ПФ задающего ступенчатого воздействия в s-области:

.

Определим изображение переменной ошибки:

;

Определим установившуюся ошибку с использованием теоремы о конечном значении оригинала во временной области:

.

.

Так как в системе присутствует интегратор (в пи-регуляторе), она обладает астатизмом 1-го порядка, следовательно, при постоянном задающем воздействии установившаяся ошибка равна нулю.

На рис. 12. изображен график ошибки системы с пи-регулятором при реакции на ступенчатое воздействие.

Рис. 12. График ошибки системы с пи-регулятором при реакции на ступенчатое воздействие.

Значение по графику установившейся ошибки.