Исследование динамических характеристик типовых звеньев систем управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

в г. Салавате

Филиал ГОУ ВПО УГНТУ в г. Салавате

Отчет по лабораторной работе № 1

Теория автоматического управления

Исследование динамических характеристик типовых звеньев систем управления

ЭАПП-220301.65-3.01.1 ЛР

Исполнитель:

студент гр. АТ-09-21

Хафизов А.М.

Руководитель:

профессор

Баширов М. Г.

Салават 2011

Исследование динамических характеристик типовых звеньев систем управления

Цель работы: исследование динамических свойств типовых звеньев автоматических систем управления (АСУ) и определение параметров звеньев по экспериментальным характеристикам. В процессе работы студент должен закрепить теоретический материал по разделам «Динамические характеристики линейных систем» и «Типовые динамические звенья», уметь определять по виду переходной характеристики уравнения звеньев и их параметры.



1. Порядок выполнения работы

1.1 Исследование объекта управления температурой

1. В главном окне лабораторного комплекса Йокогава выбрать контур управления температурой;

2. Собрать технологическую схему, закрыв краны КШ2, КШ3, КШ4 и открыв регулирующий вентиль ВР1 и кран КШ1;

3. Подготовить таблицу для динамической характеристики (для 12 точек с шагом 30 секунд), где T - температура, ^оС. t - время, сек;

Таблица 1 - Координаты кривой переходного процесса по каналу управления для контура управления температурой

Время t, сек	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
Температура T, оС	20.7	21.7	23.1	24.1	25.1	26.3	27.3	28.6	29.5	29.5	29.5	29.5

Таблица 2 - Координаты кривой переходного процесса по каналу возмущения для контура управления температурой

Время t, сек	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
Температура T, оС	20.2	20.9	22.7	24.2	25.3	26.1	27.5	28.9	29.6	29.8	29.8	29.8

Рисунок 1 - Задание частоты вращения насоса

4. В одноконтурном многофункциональном контроллере YS1500 выбрать ручной режим управления с помощью кнопки «М». При помощи кнопок «стрелка вправо» и «стрелка влево» установить мощность нагрева 0%.

5. Задать расход насоса 35% (рисунок 1) двойным нажатием левой кнопки мыши на значок насоса на мнемосхеме, либо нажать на «Задание скорости» на панели управления насосом. Затем нажать на клавишу «Enter». Панель управления насосом представлена на рисунке 8, б.

6. Запустить насос Н1 нажав кнопку «Старт» в меню управления насосом.

7. Дождаться заполнения емкости Е3. При наборе необходимого уровня на мнемосхеме АРМ оператора появится соответствующая индикация уровня «НОРМА».

8 Установить мощность нагрева MV = 50%, для этого при помощи кнопок «стрелка вправо» и «стрелка влево» на YS1500 изменить параметр MV.

9. Нажать правой кнопкой мыши на табличку ТТ 1-2, выбрать Trend и наблюдать за изменением температуры с течением времени. Записать результаты исследования в таблицу 1.

10. Установить мощность нагрева MV = 0%, для этого при помощи кнопок «стрелка вправо » и «стрелка влево» на YS1500 изменить параметр MV.

11. Остановить насос при помощи кнопки «Стоп».

12. Ввести полученные значения в меню «Идентификация объекта» программы ТАУ 2. Нажать кнопку «Нарисовать график». Сохранить полученный график, для этого в появившемся окне с графиком выбрать в пункт «Сохранить» в меню «Файл».

13. Для расчета передаточный функции нажать на кнопку «Расчёт». Перейти во вкладку «Передаточные функции». Выбрать наиболее подходящую передаточную функцию (во вкладке «передаточные функции» график каждой из 9 передаточных функций сравнить с исходным графиком и выбрать график с наименьшим отклонением, рисунок 12), и сохранить её нажатием на кнопку «записать передаточную функцию в файл». Получить график переходной кривой нажав на кнопку «Переходная кривая».

14. В главном окне программы ТАУ 2 нажать кнопку «Взять выбранную при идентификации объекта». Для расчета частотных характеристик объекта нажать кнопку «Частотные характеристики».

А) По каналу управления для контура управления температурой

Рисунок 2 - Координаты кривой переходного процесса по каналу управления для контура управления температурой

Рисунок 3 - Идентификация объекта по методу Симаю

Рисунок 4 - График переходной кривой

Рисунок 5 - Расчет частотных характеристик

Рисунок 6 - График АЧХ

Рисунок 7 - График ФЧХ

типовое звено система управления

Б) По каналу возмущения для контура управления температурой

Рисунок 8 - Координаты кривой переходного процесса по каналу возмущения для контура управления температурой

Рисунок 9 - Идентификация объекта по методу Симаю

Рисунок 10 - График переходной кривой

Рисунок 11 - Расчет частотных характеристик

Рисунок 12 - График АЧХ

Рисунок 13 - График ФЧХ

1.2 Исследование объекта управления уровнем

1. Для выполнения данной лабораторной работы используется контур управления уровнем. Перед выбором контура управления необходимо подготовить технологическую линию, убедившись в том, что никто не производит выполнения работ на месте оператора. Сборка контуров производиться только при неработающем насосе.

На мнемосхеме выбрать контур поддержания уровня. Для этого нужно нажать на кнопку «Поддержание уровня», рисунок 7.

2. Закрыть регулирующий вентили ВР1 и ВР2. Открыть шаровые краны КШ5 и КШ6, КШ3, КШ1, закрыть КШ2.

3. Открыть блок LT_PID двойным нажатием левой кнопки мыши на табличку «Уровень».

4. Установить степень открытия клапана КР1 65 %, для этого нужно нажать на параметр MV в окне LT_PID, задать нужное значение и нажать клавишу «Enter».

5. Задать расход насоса 35% (рисунок 1) двойным нажатием левой кнопки мыши на значок насоса H1, либо нажать на «задание скорости» в панели управления насосом и изменить параметр MV, затем нажать на клавишу «Enter». Панель управления насосом представлена на рисунке 8.

6. Перевести регулирование контуром в ручной режим (установлен по умолчанию).

7. Запустить насос Н1 нажав кнопку «Старт» в меню управления насосом.

8. Наблюдать повышение уровня в ёмкости Е2, для этого нажать правой кнопкой на табличку LT1-4 и выбрать Trend.

9. После принятия переходной кривой установившегося значения, выполняем ступенчатое воздействие по управлению, для этого в блоке LT_PID установить значение параметра MV 60% клапана КР1 и нажать «Enter».

Рисунок 14 - TREND температуры

10. После принятия переходной кривой установившегося значения, снять кривую переходного процесса (кривую разгона), время переходного процесса разделить на 12 частей и записать координаты кривой переходного процесса в таблицу 2.

11. Подать ступенчатое воздействие по возмущению, для этого открыть панели управления насосом, задать скорость насоса с 35% до 30% и нажать кнопку «Enter».

12. После принятия переходной кривой установившегося значения, снять кривую переходного процесса (кривую разгона), время переходного процесса разделить на 12 частей и записать координаты кривой переходного процесса в таблицу 3.

Рисунок 15 - Выбор контура

Таблица 3 - Координаты кривой переходного процесса по каналу управления для контура управления уровнем

Время t, с	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
Уровень L,мм	20.3	20.3	20.4	20.4	20,5	20.5	20.5	20.5	20.6	20.6	20.6	20.6

Таблица 4 - Координаты кривой переходного процесса по каналу возмущения для контура управления уровнем

Время t, с	0	30	60	90	120	150	180	210	240	270	300	330
Уровень L,мм	20.6	20.6	20,7	20.7	20.8	20.8	20.8	20.9	20.9	20.9	20.9	20.9

Рисунок 16 - Отслеживание уровня заполнения емкости Е-2

13. Ввести полученные значения в меню «Идентификация объекта» программы ТАУ 2.Нажать кнопку «Нарисовать график». Сохранить полученный график, для этого в появившемся окне с графиком выбрать в пункт «Сохранить» в меню «Файл».

14. Для расчета передаточный функции нажать на кнопку «Расчёт». Перейти во вкладку «Передаточные функции». Выбрать наиболее подходящую передаточную функцию (во вкладке «передаточные функции» график каждой из 9 передаточных функций сравнить с исходным графиком и выбрать график с наименьшим отклонением, рисунок 12), и сохранить её нажатием на кнопку «записать передаточную функцию в файл». Получить график переходной кривой нажав на кнопку «Переходная кривая».

15. В главном окне программы ТАУ 2 нажать кнопку «Взять выбранную при идентификации объекта». Для расчета частотных характеристик объекта нажать кнопку «Частотные характеристики».

Рисунок 17 - Панели управления регулятором (а) и насосом (б)

Рисунок 18 - TREND по уровню

А) по каналу управления для контура управления уровнем

Рисунок 19 - Координаты кривой переходного процесса по каналу управления для контура управления уровнем

Рисунок 20 - Исследование объекта по методу Симою

Рисунок 21 - Выбор передаточной функции

Рисунок 22 - Идентификация объекта по методу Симою

Рисунок 23 - Расчет частотных характеристик

Рисунок 24 - График АЧХ

Рисунок 25 - График ФЧХ

Б) по каналу возмущения для контура управления уровнем

Рисунок 26 - Исходные данные и результаты

Рисунок 27 - Исследование объекта по методу Симою

Рисунок 28 - Выбор передаточной функции

Рисунок 29 - График передаточной функции

Рисунок 30 - Расчет частотных характеристик

Рисунок 31 - График АЧХ

Рисунок 32 - График ФЧХ

16. Представить полученную передаточную функцию объекта управления уровнем , в виде последовательного соединения элементарных звеньев.

К примеру, передаточная функция объекта управления температурой:

. (1)

Представляет собой инерционное звено.

1.3 Метрологическое обеспечение экспериментальных данных

Поскольку невозможно измерить истинное значение измеряемой величины, необходимо задаваться точностью измерений, характеризующую степень близости к истинному значению.

В технике применяют приборы для измерения лишь с определённой заранее заданной точностью - основной погрешностью, допускаемой в нормальных условиях эксплуатации для данного прибора. Если прибор работает в условиях, отличных от нормальных, то возникает дополнительная погрешность.

Поскольку на ёмкости Е2 шкала уровня больше предназначена для наглядного представления, нежели для измерения то нужно особо внимательно относиться к измерениям с её помощью. Снизить к минимуму, погрешность измерения с её помощью, можно остановив подачу воды в ёмкость строго тогда, когда уровень в ёмкости будет напротив основного деления. При этом погрешность измерения будит, равен ширине основного деления, Д_уров = ± 1,5 мм, что можно назвать эталоном для ультразвукового уровнемера KROHNE OPTISOUND 3010 C (LT1_4), Д_{LT1_4} = ± 4 мм.

Определим среднее значение <x> (мм), измеряемое ультразвуковым уровнемером LT1_4 по формуле:

= (21+20,5)/2=20,75 (2)

где х_прям. - измеренное значение уровня при прямом измерении, мм;

х_обр. - измеренное значение уровня при обратном измерении, мм.

Определим абсолютные (мм) и относительные дх (%) отклонений измеряемых величин по формулам:

=20,75-20,6=0,15 (3)

= (20,75-20,6)/20,6·100% =0,73% (4)

где х_уров - значение уровня по уровнемеру ёмкости Е2.

1.4 Домашнее задание

Таблица 5 - Параметры звенье АСУ

№	Номер звена	Параметры звена	Начальные условия
вар.	по приложению 1	K	T	T1	T2	y(0)	y'(0)
16	4,6,9	4	4	5	5	0,5	0,3

А) колебательное звено

Рисунок 33 - Параметры расчета колебательного звена

Рисунок 34 - Расчет переходных процессов в САУ

Рисунок 35 - Расчет частотных характеристик

Б) идеальное интегрирующее звено

Рисунок 36 - Параметры расчета идеального интегрирующего звена

Рисунок 37 - Расчет переходных процессов в САУ

Рисунок 38 - Расчет частотных характеристик

В) реальное дифференцирующее звено

Рисунок 39 - Параметры расчета идеального интегрирующего звена

Рисунок 40 - Расчет переходных процессов в САУ

Рисунок 41 - Расчет частотных характеристик



Вывод

В данной лабораторной работе мы исследовали динамические свойства типовых звеньев автоматических систем управления (АСУ) и определили параметры звеньев по экспериментальным характеристикам. В процессе работы закрепили теоретический материал по разделам «Динамические характеристики линейных систем» и «Типовые динамические звенья», научились определять по виду переходной характеристики уравнения звеньев и их параметры.

Размещено на Allbest.ru