Разработка системы автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки

224848

Размещено на http://www.allbest.ru

2

ВВЕДЕНИЕ

Системы автоматического управления создаются для того, чтобы автоматически, без непосредственного участия человека поддерживать необходимый режим работы различных обслуживаемых этими автоматами объектов. Системы автоматического управления самостоятельно, без вмешательства извне либо поддерживают постоянной, либо изменяют по заранее заданному закону одну или несколько физических величин, характеризующих процессы, происходящие в обслуживаемых объектах, или же сами определяют в зависимости от ряда условий нужный или оптимальный закон управления объектом.

Управляемый процесс может определяться рядом параметров и их соотношениями. В простых случаях управляемый процесс может достаточно полно определяться одним параметром (координатой). Системы для управления такими процессами носят название локальных систем автоматики - это системы автоматики, предназначенные для решения одной функциональной задачи, для управления одним устройством или для управления или сигнализации одного параметра.

Процесс регулирования может быть осуществлен одним из двух основных способов регулирования или их комбинацией.

Первый способ - это компенсация всех возмущений, действующих на систему (регулирование по возмущению). Но поскольку в реальных системах количество таких факторов очень велико и постоянно изменяется, то это не рационально. линеаризация кофемолка коррекция аналоговый

Второй способ - регулирование по отклонению выходной величины от заданного значения, лишен этого недостатка и получил широкое распространение.

Системы автоматического управления позволяют повысить эффективность ведения технологических процессов, сократить частично или полностью количество обслуживающего персонала на том или ином объекте, повысить производительность автоматизированных устройств и объектов и повысить их экономичность, получить возможность вести требуемый процесс в условиях и местах, недоступных для человека.

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА СИСТЕМУ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ НОЖЕЙ КОФЕМОЛКИ

Система автоматического управления (САУ) скорости вращения ножей кофемолки имеет в своем составе микропроцессор, электродвигатель, ножи, емкость и датчик уровня (ДУ).

Функциональная схема системы автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема системы автоматического управления

скорости вращения ножей кофемолки.

W1(p) - Микропроцессор;

W2(p) - Электродвигатель;

W3(p) - Ножи;

W4(p) - Емкость;

W5(p) - Датчик уровня.

Управление в системе происходит следующим образом: сигнал с микропроцессора (управляющее напряжение U₁) поступает на двигатель, который приводит в действие ножи, закачивающие в одну общую ёмкость количество зерен. Уровень закаченного количества зерен контролируется датчиком уровня.

Проектируемая система автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки имеет ряд преимуществ:

- размещение объекта управления на небольшой территории;

- защита от перегрева;

Технические данные САУ скорости вращения ножей кофемолки.

Время регулирования, с 0,5.

Перерегулирование системы , % 30.

Колебательность 1,5

Период дискретизации датчика, с 0,1

2. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ, ПРОВЕДЕНИЕ ЛИНЕАРИЗАЦИИ, РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

2.1 Выбор и расчет передаточной функции микропроцессора

Микропроцессор S7-300 - это микропроцессоры, предназначенные для решения широкого круга задач автоматического управления. Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, комбинированное использование систем локального и распределенного ввода-вывода, мощные коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем управления в различных областях промышленного производства. Особенностью микропроцессора являются встроенные аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи. Исходя из требуемых технических характеристик и экономической эффективности, выбираем процессор S7-300.

Технические характеристики микропроцессора S7-300.

Максимальная тактовая частота, МГц 33

Время выполнения двоичных команд, мкс 0,6

Счетчики/таймеры 32/64

Цифровые входы/выходы 128/16

Аналоговые входы/выходы 32

Напряжение питания, В 5.5ч 12

Рабочий интервал температур, єС от минус 55 до плюс 125

Передаточная функция цифрового устройства микропроцессора является стандартной и имеет вид:

W1(p) = 1. (1)

2.2 Выбор и расчет передаточной функции электродвигателя

В данной системе для приведения в действие ножей применим электродвигатель постоянного тока серии 4А112М

Технические характеристики 4А112М:

- номинальная мощность (Р_ном),кВт 90;

- номинальная частота вращения (n_ном), об/мин 1500;

- напряжение (U_н), В 380;

- ток якоря (I_я), А 226;

- КПД () 88,6;

- максимальная частота вращения (n_max), об/мин 3600;

- момент инерции (J), 10^-2кг м² 1,42;

- сопротивление обмотки при 15 ⁰С (R_a), Ом 0,92;

- момент нагрузки (М_ном), Нм 95.

коэффициент момента

(2)

коэффициент противоЭДС

(3)

Коэффициент демпфирования равен

 (4)

Определим механическую постоянную времени

(5)

Определим коэффициент двигателя

(6)

Передаточная функция двигателя запишется в виде

(7)

(8)

2.3 Выбор и расчет передаточной функции ножей

W3(p) = k = 1; (9)

2.4 Выбор и расчет передаточной функции емкости:

Основные технические характеристики:

Удельный вес жидкости , Н/м³ = 1,87*10³

Максимальная высота подъема жидкости h₀ = 1 м

Ускорение свободного падения g, м/с = 9,8

Плотность кислоты P, кг/м³ = 0,1903*10³

Передаточная функция емкости

, (10)

где (11)

(12)

2.5 Выбор и расчет передаточной функции датчика уровня

В качестве датчика уровня предлагается вибрационные датчик предельного уровня Soliphant Т FTM 260. Конструктивно датчик выполнен в форме камертона (вилки), одна из половин которого служит источником колебаний, генерируемых пьезокристаллом, а вторая - приемником. Принцип работы основан на срабатывании датчика в момент измерения амплитуды колебаний в результате соприкосновения с раствором, появляющимся между пластинами. Сигнал, генерируемый в момент срабатывания, преобразуется в управляющий сигнал. Точность срабатывания (в пределах ±5 мм по горизонтали и ±10 мм по вертикали) достигается в любых конструкциях. Soliphant может быть смонтирован на верхней или боковой поверхности емкости-смесителя.

Основные характеристики датчика уровня.

Температура рабочей среды, °C от минус 40 до плюс 150

Давление рабочей среды, бар от минус 1 до плюс 16

Диапазоны измерений, м 20

Размер частиц сыпучего продукта, мм 10

Выходной сигнал, В 19 ч 220

Для данного датчика основной характеристикой по выходу является время срабатывания, которое составляет от 0,6 с до 1,4. Выберем наиболее худший - последний вариант.

Следовательно: .

Пользуясь соотношением , определим величину постоянной времени датчика:

с. (13)

Передаточная функция датчика данного типа рассчитывается по формуле:

, (14)

где - коэффициент усиления датчика уровня, В/м;

- постоянная времени датчика уровня, с.

Коэффициент передачи определим по статической характеристике:

(15)

где U - максимальное выходное напряжение, В;

h - максимальный допустимый уровень заполнения смесителя, м.

В результате получим передаточную функцию датчика уровня:

. (16)

3. РАСЧЕТ ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Soliphant-датчик предельного уровня используется для мелко гранулированных и порошкообразных сыпучих веществ. Его конструкция и материал позволяют применять его в пищевой промышленности. Например: зерно, мука, порошковое молоко, какао, сахар, пища для животных, моющие порошки, красители, мел, гипс, цемент, гранулированная пластмасса.

Черты и преимущества: не требуется калибровка; быстрый и экономный запуск; невосприимчив к наростам - не требует обслуживания; без механически подвижных частей - отсутствие износа, длительная эксплуатация; различные электронные вставки - оптимальная адаптация к производственному процессу; индикация состояния светодиодом - простота контроля.

Проведем сопоставление габаритных размеров датчика уровня и его рабочего пространства - бункера.

Габаритные размеры той части, которая находится внутри бункера составляют 201x43x20 мм. Крепление осуществляется на боковой поверхности бункера, поэтому при диаметре последнего мм нет никаких причин неправильной работы, другими словами они геометрически совместимые.

Конструктивно датчик выполнен в форме камертона (вилки), одна из половин которого служит источником колебаний, генерируемых пьезокристаллом, а вторая - приемником.

Эквивалентная схема пьезорезонатора, показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Эквивалентная схема ненагруженного пьезорезонатора

С1 - динамическая емкость пьезорезонатора; L1 - динамическая индуктивность пьезорезонатора; R1 - динамическое сопротивление пьезорезонатора; С0 - статическая емкость пьезорезонатора.

L₁ соответствует собственной массе пластинки, C₁ представляет собой механическую эластичность кварца, R₁ энергетические потери в результате внутреннего трения и сопротивления механических держателей кварцевой пластинки, C₀ межэлектродная емкость. Необходимо отметить, что элементы C₁, R₁, L₁ оказывают существенные влияния на АЧХ резонатора вблизи резонансной частоты, тогда как вклад C₀ постоянен. Кварцевая пластинка нагружена дополнительной массой и находится в контакте со средой, лишенной вязкости (вилка из нержавеющей стали), следовательно, лишь ничтожная часть кинетической энергии будет рассеиваться, а переход ее в потенциальную будет практически несущественным. Ввиду вышесказанного не возникнет никаких дополнительных комплексных сопротивлений в схеме и ее вид не изменится.

Импеданс резонатора можно определить по формуле:

, (17)

где - обобщенная расстройка кварцевого генератора;

- частота последовательного резонанса, Гц;

- рабочая частота резонатора, Гц;

- добротность резонатора;

- отношение сопротивления потерь к реактивному сопротивлению статической емкости.

Известно, что

. (18)

Динамическое сопротивление R₁ кварцевых резонаторов изменяется в интервале от нескольких Ом до сотен кОм в зависимости от частоты, номера гармоники, конструкции держателя резонатора и других конструктивных факторов. Динамическая емкость C₁ изменяется в диапазоне от 5 до 25 пФ по основной гармонике и от 2 до 5 пФ для более высоких гармоник. Динамическая индуктивность L₁ варьируется в диапазоне от сотен и тысяч генри для низких частот до нескольких мГн для высоких частот. Исходя, из вышесказанного подберем параметры и произведем расчет:

,

,

,

,

,

.

Следовательно, отношение сопротивления потерь к реактивному сопротивлению статической емкости:

(Ом·Ф),

,

.

Следовательно, для импеданса можем записать:

Ом.

Эквивалентные последовательные реактивная и активная:

Ом, (19)

Ом. (20)

Помимо вышеприведенных характеристик пьезорезонатора, он обладает шероховатостью - дополнительной массой, распределенной по пластинке, которая физически являет собой кинетическую энергию, запасаемую в синхронно движущейся вместе со слоем кварцевой пластинки среде. Однако, пьезорезонатор жестко закреплен в металлической вилке, поэтому величина шероховатости будет ничтожно мала по сравнению с рассчитанными величинами (L₁,R₁).

В результате проведенного расчета мы получили высокую стабильность частоты, вариации которой зависят только от модулирующего воздействия. Стабильность частоты колебаний определяется как параметрами резонатора, так и особенностями других компонентов схемы генератора. Наряду с высокими полученными показателями стабильности частоты колебаний в основу рационального выбора схемы было положено и общие требования обеспечения высокой надежности: устойчивое существования колебаний заданной частоты, мягкий режим возбуждения колебаний, устранение возможности генерации паразитных колебаний, в том числе колебаний с частотами неиспользуемых резонансов кварцевой пластины.

4. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ, АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ НОЖЕЙ КОФЕМОЛКИ

4.1 Расчет передаточной функции системы автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки

На рисунке 1 отображена структурная схема САУ скорости вращения ножей кофемолки. Найдём передаточную функцию системы в общем виде:

, (21)

где - передаточная функция микропроцессора;

- передаточная функция электродвигателя;

- передаточная функция ножей;

- передаточная функция емкости;

- передаточная функция датчика уровня.

Подставив полученные ранее передаточные функции всех элементов системы и, упростив выражение с помощью программы MathCad, получим передаточную функцию САУ скорости вращения ножей кофемолки:

(22)

Воспользовавшись программой MathCad, построим график переходного процесса, изображенного на рисунке 5. По графику переходного процесса определим прямые оценки качества системы:

Максимальное значение переходного процесса: h_max=0.127

Установившееся значение переходного процесса: h_уст=0.09

Значение перерегулирования:

.

t,с

Рисунок 5 - График переходного процесса САУ скорости вращения ножей кофемолки.

Время переходного процесса - время регулирования системы; определяется как интервал времени от момента приложения какого-либо воздействия до времени вхождения в пятипроцентную трубку (). t_перех=2500 c.

Время достижения макс. значения переходного процесса: t_max=500 с.

Время первого согласования - время, за которое регулируемая величина первый раз достигает своего установившегося значения. = 400 с.

Колебательность n - число колебаний системы от момента воздействия на нее до перехода в установившееся состояние: n=3.

По переходному процессу видно (рисунок 5), что система является устойчивой, Прямые оценки качества системы не удовлетворяют техническому заданию. При разработке данной системы допускается 5% несовпадение заданных значений и полученных в ходе анализа графика переходного процесса. Следовательно, система требует коррекции.

Построим амплитудно-частотную характеристику для того, чтобы определить косвенные оценки качества системы. Для того, чтобы определить амплитудно-частотную характеристику системы, необходимо в передаточной функции W(p) p заменить на jщ. Затем знаменатель уравнения помножить на сопряженное выражение, а потом выделить действительную и мнимую части из полученного выражения по формулам определить амплитудно-частотную характеристику, то есть:

.

Построим амплитудно-частотную характеристику (рисунок 6), используя прикладную программу MathCad.

Рисунок 6 - Амплитудно-частотная характеристика системы скорости вращения ножей кофемолки

По графику амплитудно-частотной характеристики определим косвенные оценки качества САУ скорости вращения ножей кофемолки:

- максимальная амплитуда.

- амплитуда при нулевой частоте.

Показатель колебательности: .

- резонансная частота (частота, при которой АЧХ достигает максимального значения).

- частота среза.

- полоса пропускания (полоса, при которой значение амплитуды больше, чем ).

=6,28 - период колебаний.

- величина перерегулирования.

=314 с; =18,84 с - время регулирования.

.

с.

4.2 Определение устойчивости по критерию Гурвица

Для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы все миноры определителя Гурвица были положительными.

По коэффициентам характеристического уравнения составляются коэффициенты Гурвица.

Характеристическое уравнение имеет вид:

(23)

Определитель Гурвица составляется следующим образом: по главной диагонали определителя выписываются все коэффициенты характеристического уравнения, начиная со второго, затем вверх записываются коэффициенты с возрастающим индексом, а вниз с убывающим индексом.

Составленный определитель называется главным определителем Гурвица, он имеет порядок, совпадающий с порядком характеристического уравнения. Из главного определителя составляются частные определители первого, второго, третьего и так далее порядков их образования из главного определителя.

Вычисляя главный определитель и частные определители, Гурвиц установил, для того, чтобы система была устойчива необходимо и достаточно, чтобы все определители были положительны.

Вычислим миноры в определителе Гурвица:

;

;

;

;

;

Так как все миноры определителя Гурвица положительны, следовательно, система устойчива.

4.3 Проведение z-преобразования передаточной функции импульсной системы автоматического управления

Z-преобразование проведем по формуле:

, (24)

где и - показатели цифрового преобразования. В рамках курсовой работы

принимаем их равными 1;

W(p) - передаточная функция импульсной системы.

Воспользовавшись программным продуктом MatLab, получим передаточную функцию (25):

Определим устойчивость полученной импульсной системы по критерию Шур-Кона. Для того, чтобы система была устойчивой, нужно чтобы нечетные миноры матрицы Шур Кона были меньше нуля, либо четные миноры матрицы были больше нуля, или все корни характеристического уравнения должны находится в единичной окружности.

В нашем случае характеристическое уравнение имеет вид:

= 0. (26)

Корни характеристического уравнения, найденные с помощью программы MathCad:

В результате получили, что все корни характеристического уравнения лежат внутри единичной окружности, следовательно, система устойчива.

С помощью программы MathCad построим переходный процесс. Из переходного процесса, представленного на рисунке 7 определим прямые оценки качества системы:

h_уст=1.9·10¹³ - установившееся состояние переходного процесса;

h_max=4.9·10¹³ - максимальное значение переходного процесса;

t_р= 63 с - время регулирования;

- перерегулирование.

Так как расхождение полученных прямых оценок качества импульсной системы составляет более 5% от прямых оценок исходной системы, то система требует коррекции.

Рисунок 7 - Переходный процесс импульсной САУ смешивания растворов

5. ПОСТРОЕНИЕ ЛОГАРИФИМЧЕСКОЙ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ И ФАЗО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ И ИХ АНАЛИЗ

Построим ЛАЧХ САУ скорости вращения ножей кофемолки. Для этого разомкнем структурную схему по главной обратной связи.

Рисунок 8 - Структурная схема разомкнутой САУ скорости вращения ножей кофемолки

На рисунке 8 отображена структурная схема системы автоматического управления скорости вращения ножей кофемолки. Передаточная функция системы в разомкнутом виде будет равна:

(27)

Z-преобразование проведем по формуле:

. (28)

С помощью MathLab найдем z-преобразование от функции :

Transfer function:

0.013

--------------------------------------------

0.001 s^4 + 2500 s^3 + 5700 s^2 + 3200 s + 1

Построим ЛАЧХ по полученной передаточной функции в программе MatLab. ЛАЧХ и ЛФЧХ изображены на рисунке 12.

Рисунок 12 - ЛАЧХ и ЛФЧХ САУ скорости вращения ножей кофемолки

6. ПОСТРОЕНИЕ ЖЕЛАЕМОЙ ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Желаемой называют асимптотическую ЛАЧХ разомкнутой системы, имеющей желаемые (требуемые) статические и динамические свойства. Желаемая ЛАЧХ (ЖЛАЧХ) состоит из трех основных асимптот: низкочастотной, среднечастотной и высокочастотной. Среднечастотная асимптота ЛАЧХ разомкнутой системы и ее сопряжение с низкочастотной определяют динамические свойства системы - устойчивость и показатели качества переходной характеристики.

Поскольку в исходной САУ присутствует дискретное устройство (микропроцессор), построение желаемой ЛАЧХ (ЖЛАЧХ) ведется методом запретных зон.

Построение ЖЛАЧХ начинаем с построения запретной зоны, геометрия которой определяется положением рабочей точки, но для того, чтобы найти местоположение (координаты) рабочей точки нужно задаться значениями следующих величин:

g'=0,4 (м/с) - скорость изменения выходной величины,

g''=0,04 (м/с²) - ускорение изменения выходной величины,

у_д=0,05 - допустимая ошибка.

Найдем значение частоты рабочей точки:

с^-1. (30)

Найдем значение амплитуды рабочей точки:

. (31)

Таким образом, рабочая точка имеет следующие координаты:

.

Через полученные координаты проводим прямую с наклоном -20 дБ/дек.

Эта прямая является верхней границей запретной зоны.

По номограмме Солодовникова и заданному в техническом задании перерегулированию % и времени регулирования t_р = 60 с определяем частоту среза:

,

с^-1,

Перейдем к псевдочастоте:

,

.



Рисунок 10 - Номограмма Солодовникова

По заданной колебательности м=1.5 найдем среднечастотную область построения ЖЛАЧХ. Верхней границе этой области соответствует значение дБ, нижней - дБ.

Наклон ЖЛАЧХ в среднечастотной области должен быть -20 дБ/дек, поэтому через частоту среза в этой области проводим прямую с наклоном -20 дБ/дек. В высокочастотной области ЖЛАЧХ сопрягается с исходной ЛАЧХ, то есть будет иметь такие же наклоны. Низкочастотная область не имеет большого значения, поэтому достраивается по исходной либо произвольно.



Рисунок 11 - ЛАЧХ, ЖЛАЧХ, ЖЛАЧХ корректирующего устройства

Для удобства построения ЖЛАЧХ разобьем частотную ось на ряд частот, в которых реальная ЛАЧХ имеет перегибы и приступим к формированию ЖЛАЧХ: на участке (-?; л₃) ЖЛАЧХ представляет собой прямую с 0 наклоном и амплитудой сигнала в 40 дБ, так как является незначимой в данной области; на участке (л₃; л₄) ЖЛАЧХ повторяет реальную ЛАЧХ и представляет собой наклон -40 дБ/дек; на участке (л₄; л₅) ЖЛАЧХ повторяет наклон -20 дБ/дек, заданный при определении запретной зоны; на участке (л₅; +?) ЖЛАЧХ повторяет реальную ЛАЧХ и представляет собой прямую с 0 наклоном и амплитудой сигнала -5 дБ (рисунок 14).

Для улучшения параметров системы в ней необходимо установить последовательное корректирующее устройство.

Построить ЛАЧХ корректирующего устройства можно с помощью графического вычитания реальной ЛАЧХ из желаемой ЛАЧХ. На участке (-?; л₁) ЛАЧХ КУ совпадает с ЖЛАЧХ; на участке (л₁; л₂) ЛАЧХ КУ представляет собой наклон в -20 дБ/дек; на участке (л₂; л₄) ЛАЧХ КУ представляет собой прямую с 0 наклоном; на участке (л₄; л₅) изменения реальной ЛАЧХ от ЖЛАЧХ незначительны и ЛАЧХ КУ на данном участке также представляет собой прямую с 0 наклоном; (л₅; +?) ЛАЧХ КУ на данном участке представляет собой прямую с 0 наклоном.

7. РАСЧЕТ КОРРЕКТИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

7.1 Расчет аналогового корректирующего устройства

Для коррекции в системе применяется корректирующее устройство (КУ) последовательного типа. КУ можно включать между различными элементами исходной системы. При выборе места включения руководствуются значением вносимой устройством погрешности. Наиболее предпочтительным вариантом является установка корректирующего устройства в электрическую цепь после микропроцессора.

Рисунок 12 - Схема корректирующего устройства

Передаточная функция корректирующего звена /7, 335/:

, (32)

где ;

.

Из графика ЛАЧХ корректирующего устройства определим частоты излома:

л_а= л₁=0.02 с ^-1

л_в= л₂=0.9 с ^-1

Постоянные времени, соответствующие этим частотам:

с;

с.

ля расчета значений данного корректирующего устройства необходимо определиться со значениями сопротивлений резисторов:

.

R₁ примем равным 33 Ом, а R₂ примем равным 1000 Ом, соответственно. Исходя из данных значений, остальные элементы корректирующего устройства будут иметь следующие значения:

(мкФ).

Подставляя все найденные параметры в выражение (32) для передаточной функции корректирующего устройства, получаем передаточную функцию в следующем виде:

. (33)



Рисунок 13 - Переходный процесс САУ с последовательным КУ

Для того, чтобы убедиться в правильности расчета корректирующего устройства построим переходный процесс дискретной САУ смешивания растворов с включенным в нее корректирующим устройством (рисунок 13).

t_р= 61 с - время регулирования;

- перерегулирование.

Проведя детальный анализ полученного графика переходного процесса рассматриваемой системы можно сделать вывод, что причина, по которой производилась коррекция, устранена. Следовательно, стоит признать, что подбор корректирующего устройства был произведен верно, и система успешно скорректирована.

7.2 Расчет дискретного корректирующего устройства

Одним из методов коррекции стало применение программных корректирующих устройств на МП, применение которых позволяет варьировать параметры в широких пределах и быстро их изменять без изменения технического исполнения системы.

Дискретная коррекция заключается в составлении программы коррекции на том языке, на котором работает микропроцессор.

Для того чтобы составить программу коррекции необходимо получить характеристическое уравнение в реальном масштабе времени.

После замены в формуле (32) , , передаточная функция корректирующего устройства примет вид:

. (34)

Найдем разностное уравнение в реальном масштабе времени: для этого числитель и знаменатель выражения (34) умножим на z^-1; в числителе z заменим на У, а в знаменателе z заменим на Х; затем из полученного числителя вычесть знаменатель. В результате проделанных действий получили:

. (35)



Рисунок 14 - Блок-схема программы коррекции системы автоматического регулирования процесса

Блок-схема программы коррекции представлена на рисунке 14.

По уравнению (35) реализуем программу коррекции на языке Ассемблер.

Программа коррекции:

i_port EQU 11h; номер порта для чтения

o_port EQU 12h; номер порта для записи

А1 EQU 21;

A2 EQU -19;

B1 EQU 67,2;

B2 EQU -65,2;

х1, х DB 0; выделение памяти под переменные х (k-1), х (k)

у1, у2, DB 0; выделение памяти под переменные у (k-1), у (k-2)

;вычисляем значение выражения

;у(k)=A1*у1+A2*у2+B1*х1+B2*х

start: ;метка начала цикла коррекции

in al, i_port; чтение данных из порта (x)

mov al,A1; вычисление слагаемого А1*у1

mov bl, al; сохранение результата в bl

; в результате имеем А1*у1 в регистре bl

mov al, у2; вычисление

mul al, A2; слагаемого А2*у2

add bl, al; вычисление из предыдущего результата

; в результате имеем А1*у1+А2*у2 в регистре bl

mov al, х1; вычисление

mul al, B1; слагаемого B1*х1

add bl, al; вычисление из предыдущего результата

mov al, х2; вычисление

mul al, B2; слагаемого B2*х

add bl, al; вычисление из предыдущего результата

; в регистре bl имеем результат вычисления всего выражения

mov у2, х1; для следующего такта

mov х1, bl;

mov у2, у1;

mov х1, х;

out o_port, bl; вывод управляющего сигнала из bl

jmp start; зацикливание на начало программы

В данном разделе курсовой работы была разработана программа для дискретной коррекции, применение которой позволяет изменять параметры системы без изменения технического исполнения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе была спроектирована и разработана система автоматического управления смешивания растворов. Были выбраны необходимые элементы системы, посчитаны их передаточные функции. Был произведен расчет датчика обратной связи, из которого следует, что датчик соответствует предъявляемым требованиям.

В ходе анализа системы был построен переходный процесс и амплитудо-частотные характеристики системы, определены прямые и косвенные показатели качества, а также определение устойчивости системы по критериям Гурвица и Шур-Кона. По обоим критериям система устойчива, но показатель качества не соответствовали техническому заданию, следовательно, система нуждалась в коррекции.

При производстве коррекции был рассчитаны аналоговое корректирующее устройство, а также написана программа на языке Assembler для дискретного корректирующего устройства. Проверка показала, что все расчеты относительно корректирующих устройств для данной системы верны и корректирующее устройство, установленное после микропроцессора, рассчитано верно.

В данном случае, предпочтительнее аналоговое устройство, поскольку более важным критерием является качество регулирования, а также полученное КУ имеет низкую стоимость.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Архаров М. А. Теплотехника / М. А. Архаров. - М.: Высшая школа, 1985.

2. Айзерман М. А. Теория автоматического регулирования. 2-е изд. / М.А. Айзерман. ? М.: Наука, 1966. - 452 с.

3. Брофеев Ю. И. Импульсная техника / Ю. И. Брофеев. ? М.: Высшая школа, 1984.

4. Емельянов А. И. Практические расчеты в автоматике / А. И. Емельянов. ? М.: Машиностроение, 1984. - 316 с.

5. Иващенко Н. Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. 4-е изд. / Н. Н. Иващенко. ? М.: Машиностроение, 1978. - 736 с.

6. Копылов И. П., Клоков Б. К. Справочник по электрическим машинам / И.П. Копылов, Б. К. Клоков. ? М.:Энергоатомиздат, 1988. - 456с.

7. Красовский А. А., Поспелов Г. С. Основы автоматики и технической кибернетики / А. А. Красовский, Г. С. Поспелов. ? М.: Госэнергоиздат, 1962. - 600 с.

8. Санковский Е. А. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления / Е. А. Санковский. - Минск: Высшая школа, 1973.

9. Топчеев Ю. И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования / Ю. И. Топчеев. - М.: Энергоиздат, 1988 г.

10. Топчеев Ю. И. Учебное пособие для вузов. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования / Ю. И. Топчеев. - М.: Машиностроение, 1989. - 752 с.

11. Хвощ С. Т., Варлинский Н. Н., Попов Е. А. Справочник. Микропроцессоры и микро ЭВМ в системах автоматического управления / С.Т. Хвощ, Н. Н. Варлинский, Е. А. Попов. - Л.: Машиностроение, 1987.

12. Цыпкин Я. 3. Основы теории автоматических систем / Я. 3. Цыпкин. ? М.: Наука, 1977. - 560 с.

Размещено на Allbest.ru