62989 (588882), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Введем параметр время заполнения бака, равный:

Запишем систему в переменных состояния:

где и .

Если определить выходные переменные в виде:

то можно записать уравнение выходной переменной:

где

Матрицы А,В и С будут иметь следующий вид:

Так как расходы потоков равны: , а температуры - , , , то

согласно формуле (2.10)

Подставляя численные значения параметров в (2.12), получим:

Представим объект управления в виде структурной схемы:

Рис. 2.2. Структурная схема объекта управления.

Как видно из рис. 2.2 смесительное устройство является многосвязным объектом.

2.2. Синтез замкнутой системы управления смесительным устройством

Регулирование смесительным устройством, производится следующим образом. Расход выходного потока регулируется расходом потока 2 холодной воды. Если выходная температура отличается от желаемого значения, регулируется расход потока 1 горячей воды.

Рис. 2.3. Схема замкнутой системы управления смесительным устройством.

На рис. 2.3 показана блок-схема системы управления. Так как поток 1 имеет более высокую температуру, то температура воды в баке более чувствительна к регулированию потока 1. В результате расходом потока холодной воды более удобно регулировать выходной расход. Однако, поскольку расход потока горячей воды также воздействует на выходной поток, а расход холодной воды - на его температуру, то необходимо учитывать взаимное влияние контуров.

С учетом изложенного выше структурная схема объекта управления имеет следующий вид:

Рис. 2.4. Преобразованная структурная схема объекта управления.

Как видно из рис. 2.4 передаточные функции объекта управления представлены следующими выражениями:

2.2.1. Настройка и моделирование отдельных контуров системы

В ряде практических случаев реальные контуры системы управления электропривода (СУ ЭП) могут быть сведены к простейшим контурам второго или третьего порядка. В этом случае применим метод настройки на оптимум по модулю. Смысл термина “настройка на оптимум по модулю” состоит в том, что стремятся в широкой полосе частот сделать модуль АЧХ замкнутой системы близким к единице [4].

Вначале рассмотрим контура замкнутой системы без учета взаимного влияния. Структурные схемы контуров представлены на рис. 3.5, 3.6.

Рис. 2.5. Структурная схема контура стабилизации температуры выходного потока.

Рис. 2.6. Структурная схема контура стабилизации расхода выходного потока.

Так как объект управления по каждому из контуров представляет собой инерционное звено первого порядка, то в этом случае необходимо и достаточно использовать ПИ-регулятор с передаточной функцией:

Произведем расчет передаточных функция и коэффициентов усиления всех блоков, входящих в состав замкнутой системы.

Так как максимальное напряжение на входе АЦП , то коэффициент передачи усилителя напряжения (УН) составит:

Передаточная функция сервопривода имеет вид:

,

где определяется как:

,

- коэффициент усиления датчика положения:

,

Подставляя (2.16) в (2.15), получим

постоянную времени сервопривода найдём следующим образом:

,

- номинальное время полного хода выходного вала, с, следовательно

Подставляя (2.17) и (2.18) в (2.14) получим:

,

Коэффициент передачи регулирующего органа равен:

;

Так как расход выходного потока равен:

,

то коэффициент пересчёта равен:

,

Согласно формулам (2.13) и (2.19) и с учетом того, что :

Моделирование производилось в среде SIMULINK 4 пакета прикладных программ MATLAB версии 6.1.0.450 Release 12. К моделированию была представлена схема, изображенная на рис. 3.8.

Рис. 2.7. Схема для исследования работы контуров без учета взаимного влияния.

Результаты моделирования отдельных контуров представлены на рис. 2.8, 2.9.

Рис. 2.8. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры без учета взаимного влияния контуров.

Рис. 2.9. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока без учета взаимного влияния контуров.

2.2.1 Исследование взаимного влияния контуров

Так как контура исследуемой системы находятся во взаимном влиянии, то при учете этого обстоятельства структурная схема принимает следующий вид:

Рис. 2.10. Схема для исследования взаимного влияния контуров.

В этом случае результаты моделирования имеют вид, представленный на рис. 2.12, 2.13.

Рис. 2.11. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

Рис. 2.12. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

По переходным характеристикам системы представленной на рис. 2.11 можно сделать вывод о том, что учет взаимного влияния контуров приводит к резкому увеличению перерегулирования в контуре стабилизации температуры выходного потока.

Для компенсации взаимного влияния контуров используется корректирующие перекрёстные связи W_рк1 и W_рк2 между каналами регулирования, которые компенсируют перекрёстные связи объекта управления рис. 2.4 [5].

Для определения передаточных функций компенсационных регуляторов W_рк1 и W_рк2 , воспользуемся формулой Мейсона. Запишем передаточную функцию замкнутой системы для канала 1-2 , из точки в точку [1].

где – передаточная функция i-го прямого пути из точки в точку ;

k – число прямых путей из точки в точку ;

– передаточная функция j-го замкнутого контура;

m – число замкнутых контуров.

Рис. 2.13. Структурная схема управления смесительным устройством.

Рассматриваемая система имеет два прямых пути из точки в точку :

и пять замкнутых контуров:

Подставляя (2.24)-(2.30) в (2.23) и решая полученное уравнение относительно , получим:

Так как , то из (2.31) имеем:

Аналогичным образом находится передаточная функция .

Рис. 2.14. Схема для исследования компенсации взаимного влияния контуров.

Рис. 2.15. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с компенсацией взаимного влияния контуров.

Рис. 2.16. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока с компенсацией взаимного влияния контуров.

2.3. Учет влияния возмущений

На вход системы управления смесительным баком действуют возмущения в силу того, что расходы и температуры потоков и не постоянны. Обычно возмущения не превышают 10% полезного сигнала. В связи с этим обстоятельством добавим на вход системы возмущающее воздействие [5].

Рис. 2.17. Схема для исследования влияния возмущений на работу системы.

При моделирование схемы, представленной на рис. 2.17, получили следующие переходные характеристики.

Рис. 2.18. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом возмущений.

Рис. 2.19. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока с учетом возмущений.

Рис. 2.20. Ошибка в установившемся режиме в контуре стабилизации температуры выходного потока с учетом возмущений.

Рис. 2.22. Ошибка в установившемся режиме в контуре стабилизации расхода выходного потока с учетом возмущений.

Как видно из результатов моделирования (рис. 2.18 – 2.22), замкнутая система, оснащенная компенсационными регуляторами, в установившемся режиме обеспечивает точность, удовлетворяющую техническому заданию.

Так как замкнутая система сама по себе хорошо сглаживает входные помехи, то в данном случае нет необходимости в синтезе наблюдателя Калмана-Бьюси.

Структурная и функциональная схемы САУ смесительного устройства представлены в приложении (ЦТРК 2101.980901.0000 Э01, ЦТРК 2101.980901.0000 Э01)

2.4. Разработка функциональной схемы

Сигналы от датчиков температуры и расхода выходного потока смесительного устройства 1а, 2а, установленных на выходной трубе смесительного устройства, поступают на преобразователи 1б и 2б, соответственно. Затем сигналы попадаются на устройства управления 1в и 2в, которые через магнитные пускатели 1г и 2г и двигатели 1д и 2д воздействует на регулирующие органы, изменяющие расходы, поступающих в смеситель потоков горячей и холодной воды.

2.5. Выбор исполнительных устройств

Исполнительные устройства (ИУ) состоят из двух функциональных блоков: регулирующего органа (РО), непосредственно действующего на процесс изменением количества подаваемого вещества или энергии, и исполнительного механизма (ИМ), предназначенного для управления регулирующим органом в соответствии с командной информацией, получаемой от управляющего устройства. Выходным параметром ИУ является расход вещества или энергии. Для регулирующих органов, которые управляют расходом вещества, используются однооборотные или многооборотные исполнительные механизмы. Момент, развиваемый ИМ должен быть больше реактивного момента, обусловленного стремлением потока закрыть заслонку. Превосходство момента исполнительного механизма над реактивным моментом объясняется необходимостью учёта трения в сальниках и подшипниках скольжение регулирующего органа.

Характеристики

Список файлов ВКР