Размещено на http://www.allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Факультет информационных технологий и

автоматизированных систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теме: Участок осахарования в производстве спирта

Вариант 26. Разработать АСР температуры в осахаривателе

Выполнял Нгуен Хоа Хиеп

Группа 12-ИТАС-02

Проверил: Благовещенский Иван Германович

МОСКВА 2014

Цель и основное содержание курсовой работы

Цель выполнения курсовой рабогы - закрепление знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Теория автоматического управления», применение этих знаний при построении и расчете автоматических систем регулирования (АСР) для технологических объектов нишевой промышленности, освоение одного из основных методов ТАУ - метода математического моделирования с использованием современных компьютерных программ расчета и исследования АСР.

Основное содержание курсовой работы - разработка различных типов АСР для данной регулируемой координаты объекта; моделирование АСР различных типов; сравнительный анализ качества регулирования в соответствии с индивидуальным заданием; выбор наилучшего варианта АСР для данного объекта: освоение средств компьютерного моделирования АСР - SIMONA, SIMUUNK.

Исходные данные для выполнения курсовой работы.

1. Технологическая схема объекта регулирования.

2. Кривые разгоны объекта по каналам регулирования и возмущения.

Процесс разработки АСР можно представить в виде следующей блок-схемы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет одноконтурной замкнутой АСР

регулирование одноконтурный автоматический динамический

Структурная схема одноконтурной замкнутой АСР приведена на рис. 2.1. При расчете используется первый подход: при выбранной структуре регулятора (ПИД) определяются его настройки S1, S0, S2 (соответственно коэффициенты при пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих закона регулирования). Расчет АСР ведется из условия достижения определенного запаса устойчивости, обеспечивающего удовлетворительное качество регулирования. Рассмотрим приближенный метод расчета настроек регулятора - метод незатухающих колебаний (метод Циглера и Никольса).Расчет проводится в два этапа:

1-й этап. Определение значения настройки и частоты ?кр.

Если разомкнутая система (рис. 1.2) устойчива (или нейтральна), то замкнутая АСР (рис. 1.1) будет находиться на границе устойчивости, если амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) разомкнутой системы проходит через точку с координатами (1, i0) (рис.1.3), т.е.

Так как

то уравнение (1.1) равносильно следующим двум:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Поскольку АФХ П-регулятора имеет вид

то для расчета настройки и частоты ?кр получим два уравнения:

Из второго уравнения находится значение ?кр, затем из первого :

2-й этап. Определение рабочих параметров регуляторов.

Расчет рабочих настроек регуляторов по и ?кр осуществляется по следующим формулам:

П-регулятор

ПИ-регулятор

где - период незатухающих колебаний АСР.

ПИД-регулятор

Формулы (2.7) - (2.9) определяют настройки регуляторов, обеспечивающие степень затухания процесса регулирования .

Кривые разгона по каналу ( расход холодной воды - температура массы в осахариветеле)

Таблицы значений

Эквивалентный объект, который описываемый дифференциальным уравнением 1-го порядка с самовыравниванием и запаздыванием со следующей передаточной функцией:

где К- коэффициент усиления (передачи) рассматриваемого канала объекта:

t- время чистого транспортного запаздывания, определение которого также уже было рассмотрено (s):

T- постоянное время (s):

Проверим полученные передаточная функция через Малаба

По передаточной функции объекта запишем ее амплитудно-фазовую характеристику: заменим :

;

;

По методу Циглера и Никольса:

;

;

Определение рабочих параметров регуляторов.

Расчет рабочих настроек регуляторов по и ?кр осуществляется по следующим формулам:

П-регулятор :

ПИ -регулятор :

Графики переходных процессов

Схемы моделирования в программе SIMULINK

1. Графики моделирования в программе SIMULINK

Расчет каскадной АСР

Каскадные АСР применяются для повышения качества регулирования объектов с неблагоприятными динамическими характеристиками (большое запаздывание, высокое значение ).

Применение каскадной АСР возможно при следующих условиях:

1) имеется вспомогательная регулируемая переменная , зависящая от того же самого регулирующего воздействия , что и основная переменная y (рис. 3.1).

2) вспомогательный канал регулирования является более быстродействующим, чем основной. Это дает основание полагать, что рабочая частота регулирования вспомогательной переменной будет выше рабочей частоты регулирования основной переменной .

Схема каскадной АСР приведена на рис. 3.2.

Регулятор является вспомогательным, регулятор R корректирует задание регулятора .

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет настроек каскадной АСР осуществляется теми же методами, что и расчет настроек одноконтурной АСР. Различие состоит в том, что каждый из регуляторов R и рассчитывается по динамическим характеристикам эквивалентных объектов.

Структура эквивалентных объектов для регуляторов и R приведена на рис. 3.3 и 3.4 соответственно.

Передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора имеет вид

Если на рабочей частоте выполняется условие

то приближенно передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора равна

Передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора R имеет вид

Если на рабочей частоте выполняется условие

то приближенно передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора R равна

Порядок расчета

Расчет настроек регуляторов в каскадной АСР является итеративным, так как они оказываются взаимосвязанными через передаточные функции эквивалентных объектов. Блок-схемы двух методов расчета настроек каскадной АСР представлены на рис. 3. Различие этих методов заключено в первом цикле, в котором производится расчет одного из регуляторов ( и R) по приближенным формулам передаточных функций эквивалентных объектов (3.3 или 3.6 соответственно). Дальнейший расчет настроек производится с использованием точных формул (3.1) и (3.4) для и Расчет заканчивается тогда, когда настройки одного из регуляторов, найденные в двух последовательных циклах, совпадают с заданной точностью (например, ). Выбор метода расчета (I или II алгоритм) в каждом конкретном случае диктуется характеристиками объекта и системой допущений (см. условия 3.2 и 3.5). Для обоснованного выбора метода расчета и предварительной оценки эффективности (и целесообразности) каскадной АСР проводят приближенные расчеты рабочих частот в одноконтурных АСР для основной и вспомогательной регулируемых переменных. Получаемые при этом результаты могут использоваться и при анализе результатов расчета каскадной АСР.

Окончательные выводы об эффективности каскадной АСР (а, следовательно, целесообразности ее применения) по сравнению с одноконтурной АСР делают по результатам моделирования переходных процессов в соответствующих системах регулирования (см. раздел "Моделирование многоконтурных АСР").

Кривая разгона по каналу ( расход холодной воды - температура массы после испарителя 1)

Таблицы значений

Эквивалентный объект, который описываемый дифференциальным уравнением 1-го порядка с самовыравниванием и запаздыванием со следующей передаточной функцией:

где К- коэффициент усиления (передачи) рассматриваемого канала объекта:

t- время чистого транспортного запаздывания, определение которого также уже было рассмотрено (s):

T- постоянное время (s):

Проверим полученные передаточная функция через Малаба

1. Расчет настроек регулятора в одноконтурной АСР.

Сравнение рабочих частот основного и вспомогательного регуляторов в одноконтурных АСР (см. формулы (3.7), (3.8)) показывает, что Это дает основание предположить, что в каскадной АСР быстродействие внутреннего контура будет намного выше, чем основного и условие (3.2) будет выполнено.

Критическое значение настройки П-регулятора и частоту незатухающих колебаний найдем из уравнений:

Рабочее значение настройки регулятора

2. Расчет настроек регулятора R для эквивалентного объекта.

Определим приближенную передаточную функцию эквивалентного объекта для регулятора R:

Амплитудно-фазовая характеристика

Уравнения для нахождения критической настройки П-составляющей и имеют вид:

откуда

Рабочие значения настроек регулятора R равны:

Размещено на Allbest.ur