Диссертация (1152216), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

Чем показатель колебательностибольше единицы, тем переходный процесс более колебательный.Прямые показателей качествапроцесса регулирования определяютсянепосредственно по графику переходной характеристики (рисунок 3.14), которыезанесены в таблицу 3.10.По полученным показателям качества процесса регулирования из таблицы3.10 можно сделать вывод, что процесс регулирования температуры и давления неколебательный (=0 и М=0) и не затянутый, так как время регулирования каждойфазы процесса совпадает с заданным в формуле стерилизации (3.1) временем.Статическая же ошибка ст процесса регулирования не равна нулю и отличаетсяпо своему значению на различных стадиях процесса стерилизации.95Таблица 3.10 – Показатели качества процесса регулирования (рисунок 3.14)Показателикачестваtр , сек,%ст , oCМtр , сек,%ст , кПаМСуществуютЗначениепериодпериоднагревастерилизацииРегулирование температуры  АВТ150030000010,200Регулирование давления PАВТ15003000000,30,100основныекритерии,которымпопериодохлаждения1500030150000,250технологиидолженсоответствовать график регулирования процесса стерилизации консервнойпродукции:точностьведенияпроцессапотемпературе АВТ : ст  0,01СТ  0,01120 oC  1, 2 oC ;поддержание противодавления PАВТ изменению давления в банке сточностью:  ст   0,01 PСТ   0,01 250 кПа  2,5 кПа ;точность по времени 1мин .Как видно из таблицы 3.10, на стадии охлаждения ошибка регулирования потемпературе  АВТ превышает допустимое значение на 1,8 oC.

Что является недопустимым для технологического процесса стерилизации консервов.Известно, что чем больше время полного запаздывания τ - тем труднеерегулировать такой процесс. Как видно из таблицы 3.7 и 3.8 наибольшимзапаздываниемобладаютканалыуправления,вкоторыхрегулируетсятемпература, а наименьшим – каналы управления, в которых поддерживаетсядавление.Для быстрых процессов регулирования, таких как регулирование давления,с резкими изменениями параметров важна дифференциальная компонента. Для96процессов с плавным изменением параметров, таких как регулированиетемпературы, важнее интегральная компонента.В частности, как показывают исследования, в рассматриваемом автоклавеконтур регулирования давления, построенный наП-регуляторах,полностьюустраивает по качеству.

Контур регулирования температуры позволит исключитьошибку регулирования сттолько при использовании в каналах управлениятемпературой ПИ-регуляторов.ПИ - регулятор в пакете Simulink представляет собой параллельноесоединение идеального усилительного звена (блок Gain) и последовательносоединенных идеального усилительного и интегрирующего (блок Integrator)звеньев (рисунок 3.16).-KGain1-KGain21sIntegrator1Рисунок 3.16 - Схема ПИ-регулятора в пакете SimulinkПередаточная функция ПИ-регулятора с независимыми настройками [14]:WПИ  p   K p гдеKp–Ki,pкоэффициент усиления пропорциональной(3.13)составляющейрегулятора;Ki – коэффициент усиления интегральной составляющей регулятора.97Выход пропорционального регулятора определяется произведением ошибкирассогласования  (t ) на коэффициент регулирования Kp и интеграла от ошибки накоэффициент усиления интегральной составляющей Ki:tX  t   K p   (t )  Ki    (t )dt.(3.14)0СтруктурныеавтоматическогосхемыПИ-регуляторовуправлениятехнологическимтемпературыпроцессомсистемыстерилизацииконсервов в промышленном автоклаве в виде подсистем Simulink приведены нарисунке 3.17 и 3.18.Ground1-K1In1Switch4Gain13In31s-K-2In2Saturation11Out1Gain2 Integrator1Рисунок 3.17 - Схема ПИ-регулятора подачи пара в виде подсистемы Simulink(Subsystem4)1In1Switch10min|u|MinMax1Abs1-KGain1Saturation21Out1Constant1Ground1-K-3In31sGain2 Integrator12In2Рисунок 3.18 - Схема ПИ-регулятора подачи воды в виде подсистемы Simulink(Subsystem5)98ДлявычислениякоэффициентовПИ-регуляторавоспользуемсяэмпирическими формулами [20]:Kр Т.K (3.15)Ki  Т .(3.16)Процедуру расчѐта коэффициентов настройки ПИ - регуляторов по даннымиз таблицы 3.7 для двух каналов управления температуры сводим в таблицу 3.11.Таблица 3.11 – Расчѐт коэффициентов настройки ПИ - регуляторовРасчетный параметрЗначениеКанал подачи пара0,7575,43,528,3575,4KTKрKiКанал подачи холоднойводы1,344,85,26,6344,8Проанализируем работоспособность системы автоматического управления сПИ-регуляторами температуры по графикам регулирования температуры воды идавления в процессе стерилизации (рисунок 3.19), полученных на базе модели впакете Simulink (рисунок 3.13).Как видно из графиков (рисунок 3.19), ПИ - закон управления обеспечилнеобходимуюдлятехнологическогопроцессаточностьрегулированиятемпературы на всех стадиях технологического процесса.

Контур регулированиядавления остался без изменения. Показатели качества процесса регулированиядля удобства анализа занесены в таблицу 3.12.99300PАВТ, кПа250200150ΘАВТ, оС10050ACBt ,c010002000300040005000600070008000Рисунок 3.19 – Графики регулирования температуры при использовании ПИ регуляторов и давления при использовании П - регуляторов в процессестерилизацииТаблица 3.12 – Показатели качества процесса регулирования (рисунок 3.19)Показателикачестваtр , сек,%ст , oCМtр , сек,%ст , кПаМЗначениеПериодПериоднагревастерилизацииРегулирование температуры  АВТ15003000000,010,0100Регулирование давления PАВТ15003000000,30,100Периодохлаждения150000,010150000,250Одним из основных требований к САУ является сохранение ееработоспособности при наличии возмущающих факторов.

Среди возмущений,100характерных для исследуемой системы, необходимо выделить, прежде всего,возмущения,связанныесэнергетическимиреализацию технологического процесса:каналами,обеспечивающимипаропроводами, водопроводами,воздухопроводами. Данные возмущения проявляются в колебаниях давлениятеплоносителей (пара, воды) и воздуха на протяженных магистралях в общейподающей сети.Согласно принятой схеме коммутации в главе 1 на рисунке 1.5предполагается, что давление в трубопроводах может изменяться в разныемоменты времени с 400 кПа до 300 кПа, что составляет 25% от номинальногозначения. Графики переходных процессов при возмущающем воздействииприведѐны на рисунках с 3.20 по 3.22.Доказательством оптимальной работы контура регулирования температурыслужат результаты работы его по программе стерилизации с заданной точностьюпри внесении в процесс регулирования возмущений (рисунок 3.20 и 3.21).140ΘАВТ, оС1201008060работа регулятора подачи пара40200XПАР, %t ,c010002000010002000400300040005000600070008000300040005000600070008000PПАР, кПа350300t ,cРисунок 3.20 – Графики регулирования температуры и изменения мощности навыходе регулятора в процессе стерилизации при возмущающем воздействии вканале подачи пара101140ΘАВТ, оС1201008060работа регулятора подачи воды40XХВ, %2000t ,c1000200010002000400300040005000600070008000300040005000600070008000PХВ, кПа350300t ,c0Рисунок 3.21 – Графики регулирования температуры и изменения мощности навыходе регулятора в процессе стерилизации при возмущающем воздействии вканале подачи холодной водыВ отличие от канала регулирования температуры, где регуляторывключаются в зависимости от стадии процесса, в контуре регулирования давленияоба регулятора (подачи и слива) работают одновременно в течение всего процессастерилизации консервов.

Считается, что в трубопроводе слива (сброса давления)давление в процессе стерилизации не изменяется и равно нулю. Поэтомурассмотрим только возмущающие воздействия, связанные с изменением давлениясжатого воздуха в трубопроводе подачи (рисунок 3.22).Как видно из графика, регулятор подачи сжатого воздуха в автоклавполностью компенсирует возмущения, связанные с провалами давления с 400 до300 кПа.

При этом по графику выходной мощности регулятора давления видно,что у данного канала регулированию потенциал гораздо больше необходимого.Мощность регулятора на всех стадиях процесса не превышает 5%.Для удобства визуального анализа параметр мощности регулятора XВОЗ награфике (рисунок 3.22) увеличен на порядок.102300PАВТ, кПа250200150работа регулятора подачи воздуха10050XВОЗ*10, %0010002000010002000400t ,c300040005000600070008000300040005000600070008000PВОЗ, кПа350300t ,cРисунок 3.22 – Графики регулирования давления и изменения мощности навыходе регулятора в процессе стерилизации при возмущающем воздействии вканале подачи сжатого воздухаИтак,длясинтезу системынахожденияавтоматическогонаилучшегоуправлениярешенияпоструктурномутехнологическимпроцессомстерилизации консервов в промышленном автоклаве потребовалось произвестипоследовательный расчет нескольких вариантов корректирующего устройства регулятора. В результате сравнения выявилось, что оптимальным вариантом дляданной системы управления является применение П-регуляторов в обоих каналахрегулирования давления (на подачу и на сброс давления) и ПИ-регуляторов вобоих каналах регулирования температуры (на нагрев и на охлаждение).В то же время, следует отметить, что предлагаемый исследовательскийкомплекс позволяет провести предварительную настройку систем стерилизациитехнологические требования к которым могут находиться в достаточно широкомдиапазоне.103Выводы по третьей главе1.Наосновефизическогоописаниятехнологическогопроцессастерилизации консервов в промышленном автоклаве разработана математическаямодель системы управления в пакете Simulink, применение которой позволяетосуществить разработку системы автоматического управления и еѐ отладку.Предложенная модель является открытой и может эффективно использоватьсяприпроектированиисистемуправленияаппаратовсаналогичнымидляавтоматизацииконструкциями и принципами действия.2.Обоснованацелесообразностьиспользованияуправления параметрами технологического процесса стерилизации консервовсовременных средств и методов на базе законов автоматического управления.3.

Характеристики

Список файлов диссертации