125046 (593064), страница 7

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

Текст из файла (страница 7)

Рис. 3.5 - Схема компрессора с контрольными точками измерения вибрации: 1-6 - контрольные точки; 1 - фундамент; 2 - электродвигатель; 3 - станина компрессора.

При этом в качестве обобщенных координат q_j рассматривалось относительное движение деталей сопряжений в поле зазора и угол поворота колен вала. Зазоры учитывались в узлах "поршень-цилиндр", "башмак крейцкопфа-направляющая", а также в крейцкопфном и шатунном подшипниках скольжения. Введение в уравнения движения реактивной составляющей позволило описать весь цикл виброударного режима работы механизма с помощью одних и тех же зависимостей.

Для выделения информативных диагностических признаков в амплитудном спектре, по результатам моделирования, был определен основной характер взаимодействия функциональных узлов:

(3.2)

1. Моделирование алгоритма управления в программном пакете математического моделирования MATHLAB

Для выполнения расчетного анализа разработаны математические модели различных схем циклов сжижения: одноступенчатые и двухступенчатые схемы циклов. Модели реализованы в диапазоне давлений и температур газа на входе в УСПГ соответственно 3,5..5,5 МПа и 233..288К.

Моделирование динамики механизма движения компрессора с учетом зазоров позволяет определить силовые параметры в узлах, необходимые для проведения расчета на статическую и усталостную прочность. В настоящее время эти расчеты проводятся в соответствии с методиками, выше, где нормальные и касательные составляющие реакций определяются методом кинетостатики. Однако как показали теоретические исследования, это справедливо лишь в первом приближении. Максимальные значения сил в моменты ударов могут превышать соответствующие значения реакций в механизме без учета зазоров более, чем в 2 раза. Кроме этого, как показано на рис.3.5, в условиях контактного движения деталей, наблюдаются модулированные высокочастотные колебания циклическим характером нагружения узла. При этом величина реакции периодически изменяется от максимального до минимального значения. Частота этих колебаний определяется скоростью вращения колен вала, значениями зазоров во всех сопряжениях механизма, их режимом трения и тому подобное. Установлено, что ВЧ колебания появляются вследствие того, что движение деталей относительно друг друга происходит не плавно, а "рывками" - из-за влияния зазоров в подшипниках.

Для реализации максимально оптимальных характеристик компрессорной установки, на период адаптации, можно пренебречь вибрациями высокого порядка, а малые сравнительно совпадают по частоте с режимом номинальной работы двигателя в установившемся режиме. Однако характеристику установочных звеньев связует число, приведенное к общему уровню взаимодействия, относительно опоры. Поэтому, общую формулу связи входных узлов компрессора и выходных параметров прохождения в трубопровод зададим следующим образом:

; (3.3)

При учете наличия в системе мер стабилизации, которые реализуется в виде контура регулирования как скорости, так и тока якоря двигателя, можно пренебречь динамическими коэффициентами сопротивления газа в трубопроводе и толчкообразные сигналы на выходе.

1. Синтез системы управления привода компрессорной установки

Составим структурные схемы исходной системы. Определим передаточные функции звеньев.

Таблица 3.1

Определение передаточной функции звеньев

W_ИСХ = W_П*W_ЦЯ*W_МЧ*W_К =

= (3.4)

Проверим исходную систему на устойчивость, т. е. получим график переходного процесса (рис.3.6):

Рис.3.6

Из рисунка видно, что переходный процесс является расходящимся, следовательно исходная система неустойчива и требует регулирования.

Первый контур регулирования

Рис.3.7

К_Т = 0.1/8 = 0.012 , (3.5)

Найдем исходную ПФ 1 контура

W_ИСХ1(p)=W_П*W_ЦЯ*К_Т, (3.6)

W_ИСХ1(р) = 0.012 = , (3.7)

Будем настраивать внутренний контур на технический оптимум.

При настройке на технический оптимум желаемая передаточная функция имеет вид

W_ж1(р)= (3.8)

С другой стороны W_Ж1 (р)= W_рег1(р)* Wисх₁(р), следовательно

W_рег1(р)= (3.9)

W_рег1(р)= , (3.10)

Выполним проверку. Найдем желаемую ПФ замкнутой системы (3.11)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф₁(S)= = , (3.12)

Для дальнейших расчетов примем

Ф₁(S) ≈ , (3.13)

Расчеты выполнены верно: Ф₁(S) = Ф_Ж1 (S).

Второй контур регулирования

Введем второй контур регулирования

Рис.3.8

К =27.8/8 = 3.5 (3.14)

(3.15)

Желаемая передаточная функция 2 контура имеет вид

W_ж2(р)= (3.16)

W_ж2(S)= (3.17)

W_рег2(р) (3.18)

Найдем желаемую ПФ замкнутой системы

(3.19)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф₂(р)= , (3.20)

Ф₂(S) ≈ (3.21)

Третий контур регулирования

Введем третий контур регулирования:

Рис.3.9

К_Д = 8/60 = 0.14 (3.22)

(3.23)

Желаемая передаточная функция 3 контура имеет вид

W_ж2(р)= , (3.24)

W_ж2(S)= (3.25)

W_РЕГ3(р) (3.26)

Найдем желаемую ПФ замкнутой системы

(3.27)

Найдем ПФ замкнутого первого контура

Ф₂(р)= , (3.28)

Найдем ПФ замкнутой и разомкнутой системы

Wраз=Ф₃* , (3.29)

, (3.30)

Проверим систему на устойчивость, т. е. получим график переходного процесса (рис.3.10):

Рис.3.10

Из рисунка видно, что время переходного процесса равно 0.3 сек, следовательно рассчитанный регулятор подходит для данной системы и система является устойчивой.

1. Реализация корректирующих устройств на регуляторах

В связи с тем, что контроллер, используемый в системе управления ТП, работает дискретно, то и регуляторы должны быть представлены в дискретном виде (аппроксимация Тустена или Z - преобразования).

Существуют различные методы синтеза цифровых регуляторов, основанные на теории Z - преобразования и пространства состояний. Эти методы требуют очень громоздких математических преобразований и используются в особо точных системах управления.

Рассмотрим более простой подход, состоящий в предварительном синтезе непрерывных регуляторов известными методами теории автоматического регулирования для непрерывных систем и последующем переходе к цифровому регулятору, эквивалентному синтезированному аналоговому.

Задача переоборудования аналоговых регуляторов решается как задача аппроксимации передаточной функции данного регулятора дискретной передаточной функцией цифрового регулятора.

В инженерной практике наибольшее применение нашла аппроксимация, полученная на основе билинейного преобразования или аппроксимация Тустена.

Согласно этой аппроксимации:

; , (3.31)

где Т - интервал дискретизации по времени

Однако, этим методом можно пользоваться только тогда, когда интервал дискретизации по времени для цифровой системы Т мал по сравнению с самой малой постоянной времени системы управления Т. Согласно теореме Котельникова - Шеннона непрерывный сигнал достаточно точно восстанавливается по совокупности его дискретных значений, если

Т 0,5 Т._. (3.32)

На практике необходимо иметь больший коэффициент запаса

Т ( 0,1 - 0,2 ) Т. (3.33)

Определим период дискретизации (Т): это обратная величина от частоты контроллера, но лучше взять частоту АЦП, которая в нашем случае равна 48КГц=48000Гц. Выбор частоты АЦП связан с тем, что скорость обработки информации в первую очередь зависит от скорости работы АЦП.

, (3.34)

Проверим соблюдение условия (теорема Котельникова - Шеннона)

Т 0,5 Т._. (3.35)

0.00001 0,5*0.02, (3.36)

0.00001 0.01, (3.37)

Условие соблюдается, следовательно период дискретизации выбран правильно.

Произведем перевод полученных регуляторов в дискретные.

Синтез цифровых регуляторов по средствам программы MatLab

W_рег1(р) = , (3.38)

W_рег1(z) = , (3.39)

W_рег1(р) = , (3.40)

W_рег1(z) = , (3.41)

W_рег3(р) , (3.42)

W_рег3(z) , (3.43)

4. Проектирование системы автоматиЧЕСКОГО управления с использованием пакета Rational Rose

Создание протокола записи

На диаграмме вариантов использования видно, что режим работы задается оператором вариантом использования Remote Control. После запуска оператором процесса контроллер, получая данные от датчиков, управляет устройствами. Контроллер выдает информацию о текущем состоянии процесса оператору в виде Out info, что показано на диаграмме вариантом использования. Архивирование работы системы также представлено в виде Out info.

Рис. 4.1 - Диаграмма вариантов использования

Рис. 4.2 - Диаграмма топологии

1. Построение структуры системы

Физическое представление системы управления не может быть полным, если отсутствует информация о том, на какой технологической платформе она реализована. Поэтому после того, как основные функции системы определены, следует определиться с аппаратной частью проектируемой системы. На основании этого построим диаграмму топологии (рис. 4.2). Диаграмма топологии является единой для системы в целом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации.

Центральным устройством системы управления, функционально связанным со всеми устройствами системы и управляющий ими, является контроллер, что соответствует определенным выше требованиям к системе.

Далее определяем, каким образом устройства, показанные на диаграмме топологии, взаимодействуют между собой. Для этого сначала разделим устройства в зависимости от выполняемых ими функций на следующие категории (классы):

• Контроллер (класс Controller) – посылает запросы датчикам и управляющих сигналов исполняющим устройствам.

• Клапаны (класс Valve) - открытие и закрытие.

• Датчик давления (класс P_Sensor) – измерение давления.

• Устройство регулирования частоты (класс Frequency_Device) – задание токовых сигналов.

• Датчик температуры (класс T_Sensor) - измерение температуры.

• Датчик смещения (класс C_Sensor) – измерение смещения вала ротора.

• Датчик вибрации (класс V_Sensor) – измерение вибраций.

• Двигатель (класс Moto) – общий класс объекта ЭД;

• Воздушный компрессор (класс Air_Compressor) – общий класс объекта компрессор;

• Насос (класс Pump) – общий класс объекта насос;

• Ресивер (класс Receiver) – общий класс спускного механизма.

Характеристики

Список файлов ВКР