Исследование работы автоматической системы регулирования
Ознакомление с особенностями синтеза автоматической системы регулирования. Характеристика инженерного метода выбора закона регулирования. Исследование графика зависимости для апериодического переходного процесса. Расчет параметров настройки регулятора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 15.12.2014 |
| Размер файла | 1,5 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Институт материаловедения и металлургии
Кафедра теплофизики и информатики в металлургии
Исследование работы автоматической системы регулирования
Преподаватель: Луговкин В.В.
Студент: Третьяков А.В.
Группа Х-110101
Екатеринбург 2014
Содержание
1. Исходные данные для расчета АСР
2. Идентификация объекта регулирования
2.1 Определение параметров объекта регулирования
2.2 Математическая модель объекта регулирования
3. Синтез автоматической системы регулирования
3.1 Показатели качества регулирования
3.2 Выбор закона регулирования
3.3 Расчет оптимальных значений параметров настройки регулятора
1. Исходные данные для расчета АСР
1. Кривая разгона объекта регулирования:
2. Шкала времени:
3. Возмущающее воздействие, x = 5%.
4. Максимальное возмущающее воздействие, xmax = 10%.
5. Показатели качества регулирования:
- тип переходного процесса - апериодический;
- y1() = 26 К;
- yст = 8 К;
- р = 360 с.
2. Идентификация объекта регулирования
Под идентификацией объекта управления понимается подбор модели, которая адекватно отражает динамические свойства конкретного объекта. Обычно используется методика структурно-параметрической идентификации, основанная на подборе типовой модели по экспериментальным данным, которые характеризуют реакцию объекта на ступенчатое или гармоническое воздействие. Выбирается структура модели, а затем определяются численные значения ее параметров. Решение задачи завершается проверкой адекватности найденной модели.
2.1 Определение параметров объекта регулирования
Кривая разгона объекта регулирования - это график процесса изменения выходной величины в результате воздействия на объект ступенчатого возмущения. Кривая разгона служит для определения динамических свойств объекта.
Для определения параметров, характеризующих динамические свойства объекта, необходимо построить касательную к кривой разгона в точке перегиба А (точка с максимальной скоростью изменения параметра). Интервал времени ОC от ввода возмущения до пересечения касательной с горизонталью начального значения параметра Y0 определит время запаздывания объекта фЗ.
Интервал времени от точки пересечения касательной с горизонталью начального значения параметра Y0 до точки ее пересечения с линией нового установившегося значения представляет постоянную времени объекта Т0 (отрезок C1 D1).
По графику кривой разгона определяются:
- время запаздывания фз = ОС1 = 56 с;
- постоянная времени объекта = С1Д1 = ОД1 - ОС1 =58 с
Рис.1. Определение параметров регулирования по кривой разгона
Коэффициент передачи объекта КОБ, , определяется по формуле
,
гдеY1- значение регулируемого параметра после завершения переходного процесса, ед.изм.рег.параметра;
Y0 - значение регулируемого параметра до нанесения возмущения, ед.изм.рег.параметра;
X - возмущающее воздействие, нанесенное регулирующим органом, % хода регулирующего органа.
Таким образом коэффициент передачи объекта для данной кривой разгона:
КОБ = = 4,1
Коэффициент самовыравнивания КС определяется по кривой разгона как отношение изменения входной величины (возмущения) к изменению выходной (регулируемого параметра). Эти изменения выражают в относительном виде: входную величину как отношение хода исполнительного механизма при вводе возмущения к его полному ходу Х / 100, а выходную - как отношение изменения регулируемого параметра к его заданному значению ?Y? / Y0 :
;
Коэффициент самовыравнивания для данной кривой разгона:
;
КС = = 1,228.
2.2 Математическая модель объекта регулирования
В результате проведенного при выполнении п. 2.1 исследования установлено, что для заданного в варианте объекта присущи свойства самовыравнивания, запаздывания и инерционности. На основании чего структуру объекта можно представить состоящей из двух типовых звеньев: звена чистого запаздывания и апериодического (инерционного) звена первого порядка (т.е. выполнена структурная идентификация объекта регулирования).
Математическая модель объекта при такой структуре может быть представлена кусочной функцией, имеющей вид
где e - основание натуральных логарифмов.
Заданная переходная функция при этом заменяется экспоненциальной зависимостью, график которой смещен относительно начала координат на величину времени запаздывания З.
Заменяя и подставляя значения параметров З, Т0, КОБ, получим первую математическую модель заданного объекта регулирования:
Модель объекта можно представить также с использованием преобразования Лапласа в виде его передаточной функции W(p)ОБ , которая равна произведению передаточных функций двух выше названных типовых динамических звеньев регулятор автоматический апериодический
,
где р - оператор Лапласа;
е - основание натуральных логарифмов.
Заменяя и подставляя значения параметров З, Т0, КОБ, получим вторую математическую модель заданного объекта регулирования:
.
Формальная замена оператора Лапласа р в последнем выражении на комплексную переменную jщ позволяет получить еще один вид математической модели объекта в виде его амплитудно-фазовой частотной характеристики W(jщ)ОБ
,
где j - мнимая единица ();
щ - угловая частота колебаний, рад/с.
Таким образом получаем третью математическую модель заданного объекта регулирования:
.
3. Синтез автоматической системы регулирования
3.1 Показатели качества регулирования
Рис. 2. Переходные процессы в АСР: а) - без остаточного отклонения; б) - с остаточным отклонением; 1 - без вмешательства регулятора; 2 - при работе регулятора; Y0 - заданное значение; Y1(ф) - максимальное динамическое отклонение регулируемого параметра от его заданного значения в процессе регулирования; Y2(ф) - вторая амплитуда.
1. Степень воздействия регулятора на переходный процесс характеризуется динамическим коэффициентом регулирования RД, представляющим отношение максимального отклонения регулируемой величины от задания Y1(ф) в процессе регулирования к отклонению Y при том же возмущении, но без вмешательства регулятора:
Для заданного объекта регулирования:
- ?Т1(ф) = 26 К (задано по условию),
- ?Т? , К, предварительно вычисляем из формулы:
Следовательно:
?Т? =КОБ*?Хmax , где
- КОБ= 4,1 (рассчитан в разделе 2.1.),
- ?Хmax - максимальное возмущающее воздействие, ?Хmax = 10% (задано по условию; характеризует условия, в которых будет работать регулятор)
?Т? =4,1*10 = 41 К
Таким образом
2. Показатель «степень перерегулирования» характеризует склонность переходного процесса к колебаниям. Степень перерегулирования у, % представляет собой отношение второй амплитуды Y2(ф) к максимальной амплитуде Y1(ф), выраженное в процентах:
, %
Для заданного объекта регулирования:
= 0%,
т.к. по заданному условию переходный процесс является апериодическим.
3. Время регулирования фР = 360 с (задано по условию) - это отрезок времени с момента начала отклонения регулируемой температуры от задания до его возвращения (с определенной степенью точности) - заданному значению.
4. Статическая ошибка ТСТ = 8 с (задано по условию) - это остаточное отклонение температуры от его заданного значения после окончания переходного процесса.
3.2 Выбор закона регулирования
Под выражением «выбор регулятора» в первую очередь понимается определение закона регулирования. Выбор производится в зависимости от свойств объекта, условий его работы и требуемых показателей качества регулирования.
|
Закон регулирования |
Формула |
|
|
Позиционный |
(математическая формулировка идеального двухпозиционного регулирования) |
|
|
Пропорциональный (П) |
где Кр - коэффициент передачи регулятора, являющийся параметром его настройки. |
|
|
Интегральный (И) |
где ТИ - постоянная времени интегрирования (параметр настройки регулятора) |
|
|
Пропорционально-интегральный (ПИ) |
||
|
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) |
где ТД - постоянная времени дифференцирования или время предварения. |
Инженерный метод выбора закона регулирования (метод А. П. Копеловича) основывается на представлении реальных промышленных объектов регулирования в виде последовательно соединенных типовых звеньев: апериодического и чистого запаздывания. Эта задача была решена в разделе 2 при выполнении структурно-параметрической идентификации объекта регулирования.
Теперь произведем выбор закона регулирования по методике Копеловича в следующем порядке.
1. Рассчитаем отношение фЗ / Т'0 и ориентировочно выберите по нему тип регулятора:
= = 0,96;
0,96 > 0,2 => выбирается регулятор непрерывного действия.
2. Так как выбран регулятор непрерывного действия, то следует определить реализуемый им закон регулирования.
Для апериодического переходного процесса зависимость RД = f( фЗ / Т'0) выражается следующим графиком:
Рис. 3. График зависимости RД = f( фЗ / Т0 ) для апериодического переходного процесса: 1 - И-регулятор; 2 - П-регулятор; 3 - ПИ-регулятор; 4 - ПИД-регулятор.
При значениях фЗ / Т'0 = 0,96 и RД = 0,63 выбираем ПИД-регулятор.
3. По приведенному на рисунке 4 зависимостью фР / фЗ = f(фЗ / Т0 ) определяем обеспечиваемое ПИД-регулятором время регулирования фР.
Рис. 4. Зависимость времени регулирования от фз /Т0 для апериодического переходного процесса: 1 - И-регулятор; 2 - П-регулятор; 3 - ПИ-регулятор; 4 - ПИД-регулятор.
При фЗ / Т'0 = 0,, по графику для ПИ-регулятора отношение фР/ фЗ = 8. Следовательно:
фР = 8 * фЗ = 8*56 = 448 с .
По условию время регулирования фР = 360 с, 448>360, поэтому оставляем ПИД-регулятор.
3.3 Расчет оптимальных значений параметров настройки регулятора
Формулы для расчета оптимальных значений параметров настройки ПИД-регулятора при апериодическом переходном процессе:
Таким образом:
- коэффициент передачи регулятора
= 0,241;
- постоянная времени интегрирования
;
- постоянная времени дифференцирования
.
4. Расчет оптимальных значений параметров настройки регулятора
y1()=25,511
Получены показатели качества регулирования: время регулирования - заданное равно 360 секунд, полученное - 660, следовательно, по этому показателю регулирование не уложилось в заданный параметр; максимальное динамическое отклонение - полученное равно 25,5 К, что меньше заданного - 26 К. По условию процесс апериодический, что подтверждается при расчете, то есть степень перерегулирования, второе отклонение и статическая ошибка равны 0. Следовательно, по этим показателям качества регулятор соответствует допустимым значениям.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Общие сведения об автоматической системе регулирования соотношения топливо-воздух. Разработка математической модели объекта. Выбор закона регулирования и критерия оптимальности. Расчет параметров настройки регулятора. Анализ качества функционирования АСР.
курсовая работа [271,1 K], добавлен 28.11.2013Выбор структуры регулирования и расчет параметров настройки. Моделирование характеристик расчётной системы и компенсатора по каналу воздействия. Проектирование динамических характеристик с учётом компенсатора. Параметры регулирования нелинейной системы.
курсовая работа [251,2 K], добавлен 17.06.2011Описание технологической схемы печи, ее назначение и протекающие химические реакции. Особенности установки У-251 и технологического процесса каталитической части Клауса. Расчёт частотных характеристик объекта, исследование его системы регулирования.
курсовая работа [122,3 K], добавлен 04.12.2010Технологический процесс поддержания концентрации общей серы в стабильном гидрогенизате на заданном уровне. Обоснование установки контура регулирования на ректификационной колонне. Способы резервирования регулятора. Расчет надежности контура регулирования.
курсовая работа [766,6 K], добавлен 30.11.2009Динамические свойства объекта регулирования и элементов системы автоматического регулирования. Определение параметров типового закона регулирования. Параметры передаточных функций. Параметры процесса регулирования на границе устойчивости системы.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 07.08.2015Анализ динамических характеристик и показателей качества автоматического регулирования для одноконтурной автоматической системы регулирования с оптимальными параметрами настройки П, ПИ и ПИД регуляторов. Оптимизация двухконтурной АСР с дифференциатором.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 14.10.2013Исследование системы автоматического регулирования на устойчивость. Нахождение передаточного коэффициента системы и статизма системы. Построение кривой переходного процесса и определение показателей качества. Синтез системы автоматического регулирования.
курсовая работа [757,3 K], добавлен 26.08.2014Автоматизация производственного процесса. Исследование динамических свойств объекта регулирования и регулятора. Системы автоматического регулирования уровня краски и стабилизации натяжения бумажного полотна. Уравнение динамики замкнутой системы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 31.05.2015Расчет оптимальных значений параметров настройки регулятора. Исследование АСР с помощью программного продукта САР_SUH. Термопреобразователь с унифицированным выходным сигналом ТХАУ Метран-271. Регулирование температуры в печи. Частотные характеристики.
курсовая работа [714,9 K], добавлен 21.12.2014Выбор структуры автоматической системы регулирования давления пара в деаэраторе. Составление заказной спецификации. Выбор проводов, кабелей и защитных труб. Конструкторская разработка общего вида щита. Расчет регулирующего органа автоматической системы.
курсовая работа [508,2 K], добавлен 22.10.2013
