Статическая система регулирования уровня накопительной емкости системы холодного водоснабжения индивидуального дома

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВО «Псковский государственный университет»

Колледж ПсковГУ

Курсовой проект:

По дисциплине "МДК 01.03 Теоретические основы контроля и анализа функционирования систем автоматического управления".

На тему:

"Статическая система регулирования уровня накопительной емкости

системы ХВС индивидуального дома".

Выполнил: Табунов Степан Константинович

Руководитель: Смиронов Вадим Дмитриевич

Псков 2017

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Расширенное техническое задание

2. Разработка структурной схемы системы регулирования

2.1 Выбор элементов системы регулирования

2.1.1 Выбор датчика уровня

2.1.2 Выбор исполнительного механизма

2.1.3 Выбор усилителя

2.2 Функциональная схема системы регулирования

3. Построение математических моделей элементов

3.1 Структурная схема системы

4. Анализ системы

4.1 Расчет системы на устойчивость

4.1.1 Определение устойчивости САУ по критерию Гурвица

4.1.2 Определение устойчивости САУ по критерию Михайлова

4.2 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ системы

Заключение



ВВЕДЕНИЕ

Автоматическое регулирование представляет собой наиболее эффективный принцип автоматики при частичной автоматизации, когда технические средства автоматики осуществляют лишь простые функции управления, связанные с измерением, анализом, контролем различных физических величин и отработкой решений, принятых оператором в виде уставок, программ или других сигналов управления.

Цель - разработать систему автоматического регулирования уровня жидкости в емкости с помощью выбора элементов системы регулирования:

· Выбор датчика уровня;

· Выбор исполнительного механизма;

· Выбор усилителя

А так же создание структурной схемы системы и расчетов системы на устойчивость.

автоматический регулирование жидкость датчик усилитель



1. РАСШИРЕННОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Техническое задание ТЗО - разработать систему автоматического регулирования уровня жидкости в емкости. Основанием для разработки является необходимость автоматического регулирования уровня жидкости в емкостях при автоматическом управлении промышленным процессом. Целью является автоматическое регулирование уровня воды в емкости на определенном значении. С целью получения данных, необходимых для разработки системы регулирования, произведем анализ процесса как объекта регулирования. Технологическая схема объекта регулирования представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Технологическая схема объекта регулирования

Система регулирования уровня жидкости в емкости включает в себя: усилитель-1, исполнительный механизм-2, клапан-3, объект регулирования-4, датчик уровня-5.

Ручное управление процессом требует постоянного внимания со стороны технологического персонала, что уменьшает комфорт в обслуживании и отнимает достаточно много времени. Таким образом, необходима система автоматического регулирования, обеспечивающая поддержание уровня в заданных пределах при действии возмущающих воздействий. Выходным параметром объекта управления является уровень воды в емкости. Управляющим воздействием является количество расхода проходящего через исполнительный механизм.



2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ

2.1 Выбор элементов системы регулирования

Используем классическую систему управления с обратной связью. Для обеспечения работы такой системы необходимо измерять регулируемый параметр, сравнить его с заданным значением, определить величину ошибки и ее знак; рассчитать по выбранному алгоритму управления управляющее воздействие; подать управляющее воздействие через исполнительный механизм на объект управления.

Для разрабатываемой системы необходимы следующие элементы:

* датчик уровня.

*усилитель мощности для обеспечения согласования с исполнительным механизмом;

2.1.1 Выбор датчика уровня

Чувствительный элемент - датчик преобразует измеряемую величину в величину, удобную для дистанционной передачи и дальнейшего использования. Основными характеристиками датчиков являются чувствительность и инерционность. Чувствительность датчика определяется зависимостью изменения выходной величины датчика от входной, инерционность - постоянной времени и запаздыванием, т.е. динамическими свойствами.

На практике стремятся к тому, чтобы постоянная времени датчика была намного меньше постоянной времени регулирования, т.е. чтобы датчики были малоинерционными, в противном случае характеристики датчика могут существенно влиять на устойчивость и качественные показатели системы управления.

В нашей системе в качестве устройства, измеряющего уровень в емкости, применим Датчик уровня воды ДУУ5 предназначен для контроля уровня воды в баке, ванне и других емкостях . Питание датчика осуществляется от вторичного прибора постоянным искробезопасным напряжением +12 В. Ток потребления датчика составляет не более 36 мА. Выходной сигнал, 60в. Он бы выбран из-за небольшой стоимости и удобства эксплуатации (рисунок 2).

Рисунок 2 - Датчик. ДУУ5.

2.1.2 Выбор исполнительного механизма

Исполнительный механизм предназначен для непосредственного воздействия на объект регулирования. Он должен обеспечить передачу управляющего воздействия на объект управления с возможно меньшими искажениями. В качестве исполнительного механизма выберем: Электродвигатель ДАУ-25П номинальная мощность 25 Вт, номинальное напряжение питания 220В, частота переменного тока 50 Гц. (рисунок 4).



Рисунок 4 - Электродвигатель ДАУ-25П.

Схема включения электродвигателя ДАУ-25П в сеть приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема включения электродвигателя ДАУ-25П

2.1.3 Выбор усилителя

Мощность выходного каскада регулятора недостаточна для управления исполнительным механизмом. Поэтому для согласования сигналов по напряжению и мощности, необходимо ввести усилитель мощности. Выбираем усилитель ПБР-2М.



Рисунок 5 - Усилитель (внешний вид).

Данный элемент предназначен для управления электрическим исполнительным механизмом, с однофазным электродвигателем. Параметры питания:

· однофазная сеть переменного тока 220В., частотой 50Гц.

· Максимальный коммутируемый ток - 4А.

· Быстродействие не более 25мс.

· Полная потребляемая мощность не более 10 ВА.

· Входное напряжение 24В.

2.2 Функциональная схема системы регулирования

Функциональная схема автоматического регулирования уровня в емкости, включающей выбранные элементы, представлена на рисунке 7. Все элементы согласованы по типу сигналов, диапазонам их изменения и мощности.



Рисунок 7 - Функциональная схема системы регулирования

У1 - усилитель,

Дв - двигатель,

Кл - клапан,

ОР - объект регулирования,

Д - датчик,

ПП - первичный преобразователь датчика,

ЧЭ - чувствительный элемент ,

ПМ -поплавок с постоянным магнитом .

Закон изменения регулируемой величины и требуемое значение уровня задаются в регуляторе. При изменении уровня в емкости изменяется выходной сигнал датчика. В регуляторе происходит сравнение поступившего сигнала с заданным и появляется сигнал рассогласования. В зависимости от величины, направления и скорости изменения рассогласования в регуляторе рассчитывается значение управляющего воздействия, которое поступает на усилитель мощности. Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм МЭО, который изменяет положение клапана, тем самым регулируя уровень.



3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ

Для динамического синтеза системы построим математические модели элементов системы управления.

Передаточная функция датчика рассчитывается по формуле:

;

Передаточная функция усилителя мощности рассчитывается по формуле:

;

Передаточная функция двигателя рассчитывается по формуле:

;

Передаточная функция клапана рассчитывается по формуле:

;

Передаточная функция Объекта регулирования рассчитывается по формуле:

;



3.1 Структурная схема системы

Структурная схема автоматического регулирования уровня в емкости, включающей передаточные функции элементов, представлена на рисунке 9. Все передаточные функции элементов согласованы по типу сигналов, диапазонам их изменения и мощности.

Рисунок 9 - Структурная схема системы

Сократив схему, получим передаточную функцию разомкнутой системы

Подставим место каждого звена его передаточную функцию, получим:



4. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ

4.1 Расчет системы на устойчивость

Известные переменные:

K1=10;

K2=0,8;

K3=2;

K4=2,5;

K5=30;

T2=0,031;

T4=7;

T5=0,6;

Подставим значения известных переменных, получим:

Проведем ряд преобразований и сократим уравнение, получим характеристическое уравнение системы:

+10,9456;

Подставим ? j вместо p, получим:

p=;

-10.95

Найдем вещественную и мнимую части:

U =

V =

Подставив коэффициенты получим:

U =

V =

Решим уравнение вещественной и мнимой части и получим корни вещественной и мнимой части :

= - корни вещественной части.

=41 - корни мнимой части.

Определим устойчивость нашей САУ По двум критериям: Гурвица и Михайлова.

4.1.1Определение устойчивости САУ по критерию Гурвица

Найдем определитель Гурвица для третьей степени уравнения и получим:

=

Подставим наши значения и получим:

решив данное неравенстов получим:

Условие верно, следовательно можно сказать, что система устойчива по критерию Гурвица.

4.1.2 Определение устойчивости САУ по критерию Михайлова

= - корни вещественной части.

= 41 - корни мнимой части.

Находим дополнительные точки.

W	1	3	50	70
U	20.06	-67.46	-19267,16	-53575
V	218.43	217.39	-10,76	-418.44

U = = 20.06

V = = 218.43

U = = -67.46

V = = 217.39

U = = -19267,16

V = = -10,76

U = = -53575

V = = -418.44

Чертим график и выставляем все точки на графике.

Исходя из построения графика и согласно критерию Михайлова можно сделать вывод что данная система является устойчивой.

4.2 Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ системы

Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ данной системы.



Рисунок 10 - ЛАЧХ и ЛФЧХ иследуемой системы.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном курсовом проекте была спроектирована и разработана система автоматического регулирования уровня жидкости в емкости. Были выбраны необходимые элементы системы, посчитаны их передаточные функции.

Производилась проверка системы на устойчивость. Оценка показателей показала что система устойчива и не нуждается ввода корректирующих элементов. Рассчитанные показатели удовлетворяют необходимым условиям.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сайт http://pki-pribor.ru/device.php?DID=594

2. Бесекерский В.А. Попов Е.П. «Теории систем автоматического регулирования»

3. Промышленное оборудование. Сборник № 6. Москва 1998 г. Фирма «Телесистемы» «Современные микроконтроллеры».

4. Издательство «Аким» Москва 1998г.

5. Солодовников В.В. и др. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. Учебное пособие для вузов. - Машиностроение, 1985.

Размещено на Allbest.ru