Записка-КР-Тех_ср-ва (образец выполнения курсового проекта-3 Ступина В.С. (лучший))

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» Факультет "Автоматизация и управление" Кафедра "Автоматика и процессы управления" Курсовая работа по дисциплине «Технические средства» по теме «Синтез и моделирование промышленной системы автоматического управления» Выполнил: Ступин В.С.

Группа: 7-АиУ-5 Руководитель: Журомский В.М. МОСКВА 2008 Содержание 1. Задание на курсовой проект 2. Объект управления 2. 1.Идентификация объекта управления 2.2.Численные значения передаточной функции 2.З.Структура системы управления 2.4.ЛАФЧХ исходной разомкнутой системы и ее переходная характеристика 3. Выбор регулирующего органа совместно с исполнительным механизмом для расходов Яп и ()о 4.

Выбор датчика уровня 5. Выбор автоматического регулятора 6. Расчет передаточной функции ПИ регулятора. Синтез желаемой ЛАФЧХ. 7. Исследование реакции системы на возмущающее воздействие 1. Задание на курсовой проект Вычисление передаточной функции объекта управления, Выбор датчика уровня, автоматического регулятора„исполнительного механизма совместно с регулирующим органом. Расчет коэффициента расхода дроссельного регулирующего органа. Оценки выбранных средств КИП и А как динамических элементов системы управления. Структура системы управления.

Синтез САУ методом ЛАФЧХ. Оценки показателей качества САУ. Моделирование системы в среде Ма1ЫаЬ(Япш11п1с). Структура САУ. Графики переходных функций по каналам управления и возмущения. Графики переходных функций замкнутой САУ. Сравнение результатов аналитического синтеза и моделирования. Блок-схема системы автоматического регулирования уровня приведена на рис.

1: Регулирующий Рис. 1 Блок-схема системы автоматического регулирования уровня Исходные данные: Ьо = 5 1м1, Опо = ! 000 1"л/час1, с1 = 0,2 ~м1. 2. Объект управления 2.1.Идентификация объекта управления Задача решения автоматического управления начинается с описания технического процесса, как объекта управления, включая выбор регулируемого воздействия й и регулирующего воздействия О. Движение жидкостей Движение жидкостей, как известно, обусловлено действием сил.

Так, например, сила тяжести создает давление, вызывающее истечение жидкости из бака или перемещение ее из одного бака в другой. Насосы и компрессоры создают напор, необходимый для перемещения жидкости. Кроме того, жидкость будет перемешаться, если она находится в контакте с движущимися телами. В отличие от свободно движущихся тел жидкости не могут перемещаться в любых направлениях. Свобода перемещения жидкостей ограничивается емкостями, технологическими аппаратами или трубопроводами. Соотношение между действующими силами и характером движения жидкости определяется как свойствами этой жидкости, так и геометрической формой аппаратов и трубопроводов, в которых она находится.

Обычно силы или давления, возникающие при действии сил, являются причиной движения жидкости, а само это движение — следствием. Так, устройства, подобные поршневым насосам и компрессорам, могут являться источниками движения жидкости. Однако движение жидкости может выступать в качестве причины. В этом случае возникающие в потоке жидкости давления являются следствием. Особенно важно то обстоятельство, что при всех изменениях во времени поток и давление связаны друг с другом определенной зависимостью. Именно вследствие этого невозможно регулировать давление и поток независимо друг от друга. Следует также отметить, что взаимосвязь между отдельными аппаратами в технологической схеме осуществляется благодаря жидкости, заполняющей эти аппараты и коммуникации.

Известно также, что трубы, клапаны и другие устройства оказывают сопротивление течению жидкости. Движущаяся жидкость обладает массой, поэтому силам, вызывающим движение, противодействуют силы трения и инерции. В некоторых сравнительно простых задачах жидкости можно рассматривать как несжимаемые, а аппараты и трубопроводы, в которых они находятся,— как неупругие; более сложный случай, когда жидкость приходится считать сжимаемой, а сосуды — упругими. Для газов, жидкостей, содержащих газы, сжимаемых жидкостей, для аппаратов и трубопроводов с упругими стенками, а также для всех комбинаций перечисленных случаев характерен эффект гидравлической емкости. Жидкость имеет массу и упругость, что обусловливает соответственно инерцию жидкости и уже упомянутый эффект гидравлической емкости.

Что касается сопротивления движению, то оно вызвано трением между жидкостью и стенкой трубы или внутренним трением между частицами самой жидкости. Многие процессы движения жидкостей могут быть интерпретированы при помощи цепей, содержащих сопротивление, емкость и инерционный элемент. Схемы с сосредоточенными параметрами содержат как линейные, так и нелинейные элементы цепи. Исследуя линейные схемы при помощи обычной теории цепей, нетрудно найти соотношения, существующие между давлением, потоком и энергией, Значительно труднее описать поведение нелинейных цепей. В этом случае используются графические методы, специальные математические приемы, моделирующие физические системы, а также вычислительные машины. В газах и жидкостях, заполняющих аппараты и трубопроводы технологических установок, могут возникать звуковые волны.

В частности, в аппаратуре, имеющей определенную геометрическую форму, может наблюдаться явление резонанса и связанное с ним нарушение хода технологического процесса. Звуковая энергия, распространяющаяся в жидкости, воспринимается также трубопроводами и аппаратами, поскольку жидкость соприкасается с ними. Это может привести к появлению бегущих и стоячих волн в трубопроводах и в материале их стенок.

Для установления основных соотношений между давлением и скоростью частиц в потоках газа или жидкости вводят так называемые распределенные параметры, характеризующие движение жидкости в каждой точке. Эти соотношения описываются при помощи дифференциальных уравнений в частных производных. Динамическое поведение распределенных масс, упругость и сопротивление в рассматриваемых процессах движения жидкостей определяются, в конечном счете, из уравнений волновых движений. Следует отметить, что наряду с задачами, решаемыми методами гидродинамики, могут возникать задачи, для решения которых требуется знание термодинамики.

Например, для случая сжимаемых жидкостей весьма существенно, будет ли сжатие изотермическим или адиабатическим. Изменение уровня жидкости Соотношение между подводимым в емкость потоком 9„жидкости и отводимым из нее потоком О, и уровнем А жидкости в ней аналогично соотношению между этими потоками и запасом вещества.

Дифференциальное уравнение — — [АА(г)3 = О. (г) -Д.(г) (1) Ж является уравнением кинематики, описывающим увеличение или уменьшение «запаса» жидкости. Однако когда движение жидкости, поступающей в бак или выходящей из него, определяется силой тяжести, гидравлическим напором или одновременно двумя этими факторами, уравнения кинематики, использованные в главе 1, не пригодны для описания закона изменения уровня жидкости в баке.

В этом случае должны быть применены уравнения гидродинамики. При выводе динамических соотношений между давлением, потоками и уровнем жидкости необходимо учитывать, в частности, законы сохранения массы, количества движения и энергии, а также условия оплошности. Влияние силы тяжести При отсутствии внешнего, давления жидкость вытекает из бака только под действием собственного веса. Для этого случая известное уравнение Бернулли запишется в виде Ф вЂ” + — + дЬ = соах~ (2) г р где Р давление внутри жидкости; р — плотность жидкости, кг и . Отсюда расход жидкости, вытекающей под действием силы тяжести из сопла или отверстия в баке, будет равен: д.(г) = р,/гдАЯ где р — коэффициент расхода. Из уравнений (1) и (3) зависимость уровня жидкости от подводимого потока может быть выражена в виде: — [А!1(1)1 = Д„(1) —,и /2,ф(~) й! Й (4) Нелинейная временная характеристика Уравнение, подобное уравнению (4) допускают точное решение.

При замене «% на величину и уравнение (4) приводится к виду аЬ 2иА — -ьй! = О (5) й! где ~г = 1!«1!2д . Поток Д, оказывающий возмущающее действие на процесс, можно считать состоящим из среднего подводимого потока ~), о и переменного приращения потока ДО 11). Постоянная (с определяется из условия равновесия, т. е. из условия равенства средних входящих и выходящих объемов жидкости Я„л=0, о).

Таким образом, при установившемся режиме средний уровень жидкости !1, = ";" (6) О;„, После замены переменных и разделения новых переменных уравнение, описывающее зависимость и от Д, будет иметь вид: с71 2ис1и А й! — О Интегрируя это уравнение, получим: — — ) и! = 2) (8) ио 1 О lги — 0 — — = 2[ — (и — ио)+=,18( )) (9) ~ио 0 При обратной замене и на «% в уравнении (9) получим: 1 2 а„о 2[Око + ДО„(1И О„о + До „(1) — 1о «% — =-(%-="л)~ -"" .

-" 18(-"о -" ) (10) А й, /о ДО„ Из рассмотрения графика функции !!(1), изображенного на рисунке, и анализа уравнения Щ (10) видно, что при малых изменениях уровня и расхода жидкости (например, при —" < 0,2 Уо,о ) нелинейная временная характеристика может быть приближенно представлена эквивалентной линейной характеристикой типа 1 - е "'. Дднамические свойства большинства Из этого уравнения видно„что при скачкообразном возрастании расхода Д,(1) подводимой жидкости должен повышаться уровень !!® жидкости в баке.