122854 (Анализ системы автоматического регулирования температуры теплоносителя в агрегате АВМ)

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь

Белорусский государственный аграрный технический университет

Кафедра автоматизированных систем управления производством

КУРСОВАЯ РАБОТА

по “Основам автоматики”

АНАЛИЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В АГРЕГАТЕ АВМ

Вариант 14

Студента гр. 22 зэпт

Юркевич Е.Г.

Руководитель _____________

МИНСК 2008

Оглавление

Задание 3

1. Характеристика объекта управления, описание устройства и работы САР, составление ее функциональной схемы. Принцип автоматического управления и вид системы 5

2. Составление структурной схемы системы автоматического регулирования температуры теплоносителя в агрегате АВМ 7

3. Определение закона регулирования системы 10

4. Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействию и для ошибок по этим воздействиям 11

5. Определение запасов устойчивости системы. Анализ устойчивости системы 14

6. Анализ зависимости статической ошибки системы от изменения управляющего воздействия на систему 17

7. Совместный анализ изменения управляемой величины объекта управления и системы от возмущающего воздействия в статике. Определение статической ошибки системы по возмущающему воздействию 17

8. Оценка качества управления по переходным функциям 18

Общие выводы по работе 23

Литература 24

Задание

Цель работы: закрепление базовых знаний по курсу «Основы автоматики» на примере проведения анализа системы автоматического регулирования.

Задание:

Дать краткую характеристику объекта управления, описать устройство и работу системы, составить ее функциональную схему. Сделать вывод о принципе автоматического управления, используемом в системе в виде системы.

Составить структурную схему системы.

Определить закон регулирования системы.

Определить передаточные функции системы по управляющему, возмущающему воздействиям и для ошибок по этим воздействиям.

Выполнить анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Определить запасы устойчивости.

Проанализировать зависимость статической ошибки от изменения управляющего воздействия на систему. Сделать вывод о характере этой зависимости.

Провести совместный анализ изменения управляемой величины объекта управления и системы от возмущающего воздействия в статике. Дать их сравнительную оценку. Определить статическую ошибку системы по возмущающему воздействию.

Оценить качества управления по переходным функциям.

Сделать общие выводы по работе.

Рис.1 САР температуры теплоносителя в агрегате АВМ.

Таблица 1 исходные данные.

1. Характеристика объекта управления, описание устройства и работы САР, составление ее функциональной схемы. Принцип автоматического управления и вид системы

Объектом управления рассматриваемой САР является агрегат АВМ. Регулируемой величиной является температура теплоносителя на выходе из сушильного барабана. Целью управления является поддержание температуры на постоянном заданном уровне.

Управляющее воздействие на объект – изменение количества топлива, подаваемого насосом в теплогенератор. Основное возмущающее воздействие – изменение температуры наружного воздуха и влажности высушиваемого продукта.

Датчиком (Д) является термопара. Входной сигнал для него температура на выходе из сушильного барабана, выходной – напряжение преобразователя, который преобразует величину сопротивления датчика температуры в электрическое напряжение.

Задатчиком (З1) является потенциометр. Задающий сигнал – величина напряжения, которая в определенном масштабе соответствует заданному значению температуры.

Сравнивающее устройство (СУ) выполнено на дифференциальном усилителе. Входной сигнал – U1, U6. Выходной сигнал – разность напряжений, подаваемая на усилитель (У).

Дифференциальный усилитель (У) выполняет функцию устройства сравнения входных сигналов и усиления их разности. На вход усилителя подается напряжение задатчика U1, датчика U5. Выходной сигнал усилителя - напряжение U3, подаваемое на двигатель.

Исполнительное устройство представляет собой исполнительный механизм, который состоит из электродвигателя (Д), редуктора (Р) и вентиля (В). Входным сигналом для электродвигателя является напряжение U3, выходным – угол поворота вала. Входной сигнал для редуктора – угол поворота вала, выходной сигнал -- угол поворота вала редуктора. Входной сигнал для вентиля – угол поворота вала редуктора, выходной сигнал – угол открытия заслонки.

На основании вышеизложенного, функциональная схема системы составлена следующим образом:

Рис.2 Функциональная схема САР температуры теплоносителя в агрегате АВМ.

Система работает следующим образом:

В установившемся режиме при равенстве температуры t в сушильном барабане и с заданным значением температуры, заданным задатчиком (R1), выходное напряжение U3=0. Напряжение (U3) на электродвигателе не подается и в следствие этого угол открытия заслонки ( ) остается неизменным. При отклонении температуры на выходе из сушильного барабана (t2) от заданной, например, в следствие изменения температуры наружного воздуха (tн.в.) и влажности высушиваемого продукта изменяется напряжение U4 датчика. Напряжение U4 является сигналом датчика системы, которое подается на сравнивающее устройство (СУ), где вычитается от напряжения задатчика.

Одновременно вал редуктора поворачивает заслонку в вентиле на угол, который зависит от сигнала поданного от усилителя на двигатель. Поэтому изменение поворота угла открытия заслонки пропорционально величине отклонения температуры t на выходе от заданного значения температуры. В результате температура на выходе из сушильного барабана возвращается к заданному значению.

При непрерывном изменении наружной температуры наружного воздуха и влажности высушиваемого продукта процесс регулирования идет непрерывно. Если наружная температура воздуха и влажность высушиваемого продукта установится, то при правильно подобранных параметрах регулятора процесс регулирования через некоторое время закончится, и вся система придет в новое установившееся состояние.

В результате рассмотрения устройства и работы системы можно сделать вывод:

В системе реализован принцип управления по отклонению. Система является стабилизирующей.

2. Составление структурной схемы системы автоматического регулирования температуры теплоносителя в агрегате АВМ

Структурной схемой называется наглядное графическое изображение математической модели (математического описания) системы.

При математическом описании систему разбивают на отдельные звенья направленного действия, передающие воздействия только в одном направлении – с входа на выход.

На структурной схеме каждое звено изображается прямоугольником, внутри которого записывается математическое описание звена. Связи между звеньями структурной схемы изображаются линиями со стрелками, соответствующими направлению прохождения сигналов. Над линиями ставятся обозначения сигналов.

Составим структурную схему САР температуры теплоносителя в агрегате АВМ. Для этого получим передаточные функции всех элементов системы.

Уравнение сушильного барабана агрегата АВМ, как объекта управления:

,

где , С – температура теплоносителя на выходе из барабана; , С – температура наружного воздуха; Q , т/ч – подача топлива в теплогенератор.

В нашем случае передаточная функция системы по управляющему воздействию:

Передаточная функция по возмущающему воздействию:

Аналогичным образом получим передаточные функции остальных элементов.

Датчик температуры:

,

где , С – измеряемая температура; U , В – выходное напряжение измерительного усилителя.

Регулируемый орган (вентиль):

,

где , рад – угол поворота регулирующего элемента вентиля; Q, м /с – расход жидкости через вентиль.

Редуктор:

,

где , , рад – входной и выходной углы поворота.

Двигатель:

,

где U, В – напряжение управления; , рад – радиус поворота выходного вала.

Дифференциальный усилитель:

Составим структурную схему САР.

Рис.3 Структурная схема САР. температуры теплоносителя в агрегате АВМ.

3. Определение закона регулирования системы

Законом регулирования называют математическую зависимость, в соответствии с которой управляющее воздействие на объект формировалось бы безынерционным регулятором в функции от ошибки системы.

Закон регулирования во многом определяет свойства системы. Определим закон регулирования рассматриваемой САР. Для этого найдем передаточную функцию, определяющую взаимосвязь управляющего воздействия на объект и ошибки:

При последовательном соединении звеньев их передаточные функции перемножают:

Передаточная функция безынерционного регулятора примет вид:

Окончательно для безинерционного регулятора получаем:

В рассматриваемой системе применен интегральный закон регулирования.

4. Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействию и для ошибок по этим воздействиям

Для САР температуры теплоносителя задающим воздействием является заданная температура, регулируемой величиной – изменение количества топлива, подаваемого насосом в теплогенератор.