Курсовая работа: Моделирование объектов автоматизации

Содержание
1.1 Концептуальная модель системы автоматического регулирования уровня жидкости в баке
1.1.1 Содержательное описание объекта регулирования
1.1.2 Содержательное описание датчика уровня
1.1.3 Содержательное описание регулятора
1.1.4 Содержательное описание исполнительного устройства
1.2 Формализация концептуальной модели
1.3 Составление математической логической аналитической модели системы автоматического управления уровнем жидкости в резервуаре
1.3.1 Модель объекта регулирования
1.3.2 Математическая модель датчика уровня (Н → h_ВЫХ), где H - высота жидкости над дном резервуара, м; h_ВЫХ – сигнал датчика, В
1.3.3 Математическая модель элемента сравнения ((h_ВЫХ - h_ЗАД) → Δ), где h_ЗАД – сигнал задатчика, В; Δ – сигнал рассогласования, В
1.3.4 Математическая модель регулятора (Δ → u), где u – сигнал управления, В
1.3.5 Математическая модель исполнительного устройства (u → X_ШТ.1)
1.3.5.1 Математическая модель согласующего устройства (u → f), где u - сигнал управления, В; f – частота тока питающей сети, Гц
1.3.5.2 Математическая модель электродвигателя (f → ψ₁), где n – частота вращения ротора двигателя, об/с
1.3.5.3 Математическая модель редуктора (ψ₁ → ψ₂), где ψ₂ - угол поворота выходного вала редуктора, об
1.3.5.4 Математическая модель механизма привода штока вентиля (ψ₂ → Х_ШТ.1), где Х_шт - перемещение штока вентиля, м
1.3.5.5 Математическая модель исполнительного устройства в целом (u → Х_ШТ.1), где u – сигнал управления, В
1.3.6 Математическая модель вентиля (Х_ШТ.1 → μ), где μ – коэффициент открытия вентиля
1.3.7 Математическая модель звена формирования возмущений (μ → λ), где λ – возмущающее воздействие
1.4 Разработка структурной схемы системы автоматического управления
1.5 Инструментальная модель системы автоматического регулирования уровня жидкости в резервуаре
1.5.1 Инструментальная модель объекта регулирования
1.5.2 Инструментальная модель формирователя возмущений
1.5.3 Инструментальная модель исполнительного устройства
1.5.4 Инструментальная модель регулятора
1.6 Результаты моделирования
1.7 Обсуждение результатов моделирования


Разработать математическую модель системы автоматического регулирования высоты жидкости в резервуаре и определить рациональные параметры настройки регулятора.

1.1 Концептуальная модель системы автоматического регулирования уровня жидкости в баке

Имеем емкость-накопитель кислоты, задача которой, в случае отказа подачи рабочего тела в линию, в течение определенного времени поддерживать поступление кислоты на вход последующего технологического аппарата.
Емкость-накопитель снабжена автоматической системой регулирования уровня жидкости.
Регулирование производится «по рассогласованию». Регулируется расход жидкости «на притоке».
Исполнительное устройство электромеханическое.
Принципиальную схему регулирования уровня жидкости в резервуаре можно представить в виде:
Рис. 1. Принципиальная схема регулирования уровня:
1 – резервуар; 2 – датчик уровня; 3 – регулятор уровня; 4 - исполнительное устройство.
Функциональную схему регулирования уровня жидкости в резервуаре можно представить в виде:
Рис.2. Функциональная схема системы автоматического управления уровнем жидкости в резервуаре:
λ_возм – возмущающее воздействие; λ_рег – регулирующее воздействие; h_вых – сигнал уровня жидкости в резервуаре; h_зад – сигнал заданного уровня жидкости; Δ – рассогласование; u – сигнал управления.

1.1.1 Содержательное описание объекта регулирования

Рис. 3. Объект регулирования.
Объект регулирования - резервуар с линиями подвода и отвода жидкости.
Рабочее тело – кислота. Удельный вес γ = 10240, [Н/м³].
Регулируемый параметр – высота жидкости в резервуаре.
Конструктивные параметры объекта:
Диаметр резервуара - 1 [м].
Высота резервуара - 10 [м].
Диаметр подводящей трубы d₁ = 0.1 [м].
Диаметр отводящей трубы d₂ = 0.15 [м].
Номинальные значения параметров процесса.
Давление на входе – p_1,н = 21.58·10⁴, [Па].
Давление на выходе – p_2,н = 2.943·10⁴, [Па].
Номинальное значение коэффициента истечения крана на входе μ_1,ном = 0.3.
Номинальное значение коэффициента истечения крана на выходе μ_2,ном = 0.2.

1.1.2 Содержательное описание датчика уровня

Датчик уровня поплавкового типа (формирует на выходе сигнал напряжения, пропорциональный уровню жидкости в резервуаре).

1.1.3 Содержательное описание регулятора

Регулятор представляет собой типовой электрический ПИД-регулятор на вход которого поступает сигнал рассогласования, сформированный элементом сравнения «ЭС», как разность сигналов датчика и задатчика, а на его выходе формируется управляющий сигнал в границах ± 10 В.

1.1.4 Содержательное описание исполнительного устройства

Исполнительное устройство включает:

• согласующее устройство СУ (формирует на своем выходе токовый сигнал переменной частоты и фазы в границах 0…50 Гц);
• электродвигатель асинхронный с номинальной частотой вращения 25 об/с;
• редуктор с регулируемым передаточным числом;
• вентиль с коэффициентом передачи «винт-гайка» равным 0.004 м/об (полное перемещение штока вентиля составляет 0.5 диаметра трубы).

Функциональная схема исполнительного устройства может быть представлена в виде: