Диссертация (1152216), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Затем полученные коэффициентыследует уточнять при помощи экспериментальных методов на математической(имитационной) модели и реальном объекте управления.При настройке регуляторов, по мнению автора, наиболее эффективнымявляется графоаналитический метод расчѐта параметров по кривой разгонаметодом эмпирических формул А.П. Копеловича [20,38]. Метод основан нааппроксимации динамических процессов, происходящих в объекте управления,поэтому для определения оптимальных значений параметров регуляторапотребуются знания переходной функции объекта регулирования.Динамической характеристикой объекта управления называют изменениепо времени выходной величины Y при заданных типовых изменениях входнойвеличины Х .

В качестве типового входного воздействия удобнее всего применятьступенчатоеизменениевходногосигналаΔX.Поэтомунаибольшеераспространение на практике получила кривая разгона (рисунок 3.12), т.е.динамическая характеристика, показывающая изменение во времени выходнойвеличины объекта Y после ступенчатого изменения входной величины на ΔX. Длястатического объекта переходный процесс на кривой разгона заканчивается придостижении выходной величиной нового установившегося значения Y(∞).По разгонной характеристике (рисунок 3.12) определяется основныепараметры объекта управления [20]: коэффициент передачи K , постояннаявремени T и величина запаздывания  .Как говорилось ранее, разгонную характеристику исследуемого объектаудобнее обрабатывать графоаналитическим методом аппроксимации [45], так какему характерна простота и достаточная для расчѐтов точность.86Коэффициент передачи объекта K [33]:Y ().Х ()(3.4)ΔX(∞)X, ед. входной.величиныKX(0)t,c0Y(∞)Y(t2)=ΔY(t2)+Y(0)ΔY(∞)Y, ед.выходной величиныизменение входного воздействияY(t1)=ΔY(t1)+Y(0)Y(0)t1t2t,c0кривая разгона статического объектаРисунок 3.12 - Определение параметров объекта управления по кривым разгонаПостоянная времени T и величина запаздывания  объекта [38]:Tt2  t1. Y ()  Y (t1 ) ln  Y ()  Y (t2 ) (3.5)87  T  ln 1  Y (t2 ) Y (t1 )   t1  T  ln 1   t2 ,Y ()  Y () (3.6)Время t1 и t2, соответствующее точкам Y (t1 ) и Y (t2 ) на кривой разгона(рисунок 3.12), которые в случае отсутствия явного перегиба графика следуетопределять по точкам на графике, рассчитанным по формулам [41]:Y (t1 )  0,1 Y (),(3.7)Y (t2 )  0,8  Y ().(3.8)Для вычисления коэффициента усиления (Kp) П - регулятора воспользуемсяэмпирической формулой [20]:Kр Т.K (3.9)Процедуру расчѐта коэффициентов настройки П - регуляторов по кривымразгона (рисунок 2.11 и 2.12) для четырѐх каналов управления удобнее свести втаблицу 3.7 и 3.8.Методом эмпирических формул А.П.

Копеловича систему управленияможно настроить на один из трѐх оптимальных процессов регулирования:апериодическийпроцентнымсминимальнымперерегулированиемвременемисрегулирования,минимальнымсдвадцатисреднеквадратичнымотклонением от задания. По формуле (3.9) система будет настроена напереходнойпроцесс,обеспечивающийминимуминтегральногокритериякачества, то есть минимальное среднеквадратичное отклонение от задания.

Кдостоинствам настройки на данный тип процесса можно отнести высокоебыстродействие,но при этом может возникнуть колебательность процесса.Оптимизация этого критерия по параметрам настройки регулятора может бытьвыполнена аналитически, численно или путем моделирования.Формулы предназначены для определения оптимальных настроек типовыхрегуляторов для характерных теплоэнергетических объектов, в данном случае88имеющих кривые разгона с самовыравниванием. Найденные при этом значенияпараметроврегулятораоптимизациинапринимаютсяимитационнойкакмоделиначальныеприпомощидляпоследующейэкспериментально-итеративного метода наладки [6,20,38], так как расчѐт параметров по формулам неможет дать оптимальной настройки регулятора.Величина отношения  T позволяет провести предварительную оценкуправильности выбора типа регулятора [75]. Так как во всех каналах управленияотношение  T <0,2 (таблицы 3.7 и 3.8), то для управления приемлем любой израссмотренных регуляторов, включая выбранный П – регулятор.Таблица 3.7 – Расчѐт коэффициентов настройки П - регуляторов температуры покривой разгона ΘАВТ (t) (рисунок 2.11)Расчетный параметрX () , %oY (0) , CoY ( ) , CoY () , CKoY (t1 ) , CoY (t2 ) , CoY (t1 ) , CoY (t2 ) , Ct1 , ct2 , cTTKрЗначениеКанал подачи параКанал подачи холоднойводы1001007515015020751300,751,37,5136010482,51371354611,59,912577,375,444,83,55,20,0470,11628,356,6389Таблица 3.8 – Расчѐт коэффициентов настройки П - регуляторов давления покривой разгона PАВТ (t) (рисунок 2.15)Расчетный параметрX () , %oY (0) , CoY ( ) , CoY () , CKoY (t1 ) , CoY (t2 ) , CoY (t1 ) , CoY (t2 ) , Ct1 , ct2 , cTTKрЗначениеКанал подачи сжатогоКанал слива (сбросавоздухадавления)1001003440040003664003,66436,640292,832070,6360326.8800,080,0850,8670,9070,5230,5460,0250,0270,0470,055,7535,036Так как схемы моделирования задающих устройств и регуляторовтемпературы и давления в Simulink достаточно сложны, предлагается представитьэти устройства в виде подсистем Simulink (см.

г лаву 2, рисунок 2.9). Модельсистемы автоматического управления технологическим процессом стерилизацииконсервов в промышленном автоклаве в виде подсистем Simulink приведена нарисунке 3.13. Назначение входных и выходных сигналов модели описаны втаблице 3.9.90In1Step1In1Step2In2In2Out1MIM1In3In4Subsystem4In5Out2In6Step3In1Out1In3Clock1Out1In7In1Subsystem2In1Out1Step4In2Out1In1Out1In2Scope1MIM2Step5In3In3Out2In4Scope2Subsystem5SubsystemStep6In1Step7Out1In1Out1In1Step8In2In2MIM4In3Clock2In4Out1Subsystem6In5In6Step9In7In1Subsystem3Out1Step10In1Out1MIM3In2Step11Subsystem7Step12Рисунок 3.13 - Модель системы автоматического управления технологическимпроцессом стерилизации консервов в промышленном автоклаве в виде подсистемSimulinkТаблица 3.9 – Входные и выходные параметры в модели Simulink (рисунок 3.13)ОбозначениеблокаОбозначениепараметраОписание параметраStep1Step2Clock1Step3Step4Step5Step6Step7Step8СТТемпература стерилизацииВремя нагреванияТекущее время моделированияНачальная температура водыВремя стерилизацииКонечная температура водыВремя охлажденияДавление при стерилизацииВремя набора давленияAClock НАЧB КОНCPСТAРазмерностьпараметраoCссoCсoCскПас91Продолжение таблицы 3.9Обозначение ОбозначениеблокапараметраClock2ClockPНАЧStep9Step10BStep11Step12Scope1C АВТScope2PАВТPКОНОписание параметраТекущее время моделированияНачальное давлениеВремя поддержания давления врежиме стерилизацииКонечное давлениеВремя сброса давленияИзмеренная температура водыв автоклавеИзмеренное полное давление вавтоклавеРазмерностьпараметраскПаскПасoCкПаТрадиционным вариантами проверки правильности определения свойствсистем автоматического управления в процессе синтеза являются аналитическиеметоды, опирающиеся на косвенные показатели (интегральные оценки, корневойгодограф, частотные характеристики), которые позволяют оценивать влияниеизменения параметров замкнутой системы на ее показатели качества попередаточной функции замкнутой системы или по частотным характеристикамразомкнутой системы.

В настоящее время, за счет применения современныхсредств имитационного моделирования [42], прежде всего системы MATLAB ипакета Simulink, получить прямые показатели качества гораздо проще, чемкосвенные, к тому же, прямые показатели качества более точно определяютсвойства системы [87].Предлагаетсяавтоматическогопроверитьуправленияработоспособностьтехнологическимразработаннойпроцессомсистемыстерилизацииконсервов в промышленном автоклаве по графикам регулирования температурыводы и давления в процессе стерилизации (рисунок 3.14) полученных на базеимитационной модели в пакете Simulink (рисунок 3.13).Как видно из графиков, П - закон управления в целом обеспечивает высокоебыстродействие и хорошую точность.

Однако в режиме охлаждения в работерегулятора температуры наблюдается недопустимое отклонение от задания, для92устранения которого необходимо введение в закон управления интегральнойсоставляющей.300PАВТ, кПа250200150ΘАВТ, оСГрафикрегулирования100Заданнаятраектория50A0CBt ,c010002000300040005000600070008000Рисунок 3.14 – Графики регулирования температуры и давления в процессестерилизации при использовании П - регуляторов температуры и давления3.4 Анализ качества процесса регулированияДля более точной оценки правильности выбора структуры и параметровспроектированной системы проведѐм определение по графикам моделированияпрямых показателей качества и точности процесса регулирования.

Из прямыхпоказателей качества наиболее часто используют следующие (рисунок 3.15)[7]:статическая ошибка регулирования - ст;время регулирования - tp;перерегулирование - ;показатель колебательности - M.93YmaxYYmax1YзадYустεстYmax22ΔttpРисунок 3.15 – Определение прямых показателей качества по переходнойхарактеристикеОтклонение управляемой величины от установившегося значения – Δ,принимается равным 5%.Перерегулирование определяется по формуле:гдеYmax  YустYуст100%,(3.10)Ymax – максимальное значение выходного сигнала;Yуст – установившееся значение выходного сигнала.Перерегулированиеявляетсявеличинойотносительнойихорошохарактеризует заброс регулируемой величины. По общим требованиям ксистемам автоматического управления, перерегулирование не должно превышать20%.Статическая ошибка регулирования (статическая точность) системы (ст)показывает на сколько отличается уровень выходного сигнала от заданного егозначения:ст = Yуст – Yзад ,(3.11)94где Yзад – заданное значение выходного сигнала.Показатель колебательности (M) показывает вид переходного процесса иоценивает его колебательность, которая оценивается отношением соседнихмаксимумов:MгдеYmax1100%,Ymax 2(3.12)Ymax1 – значение первого пика переходной характеристики;Ymax2 – значение второго пика переходной характеристики.В случае, если показатель колебательности М = 1 – переходный процессапериодический; если М > 1 – колебательный сходящийся, если М < 1, то имеетместо расходящийся колебательный процесс.

Характеристики

Список файлов диссертации