Синтез закона управления и настройка промышленного регулятора для стабилизации температуры в условиях возмущений

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Синтез закона управления и настройка промышленного регулятора для стабилизации температуры в условиях возмущений

Синтез закона управления и настройка промышленного регулятора для стабилизации температуры в условиях возмущений

33

19

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Севастопольский национальный технический университет

Цель проекта

Целью курсового проекта является разработка синтез закона управления и настройка промышленного регулятора для стабилизации температуры в условиях возмущений.

К установленному сроку студент должен предоставить к защите расчетно-пояснительную записку и графический материал проекта, выполненные аккуратно и в соответствии с требованиями следующих стандартов ЕСКД:

ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Севастопольский национальный технический университет

• ВВЕДЕНИЕ8
• 1 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕТРОПЕЧИ
• 2 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
• 2.1 Методы математического описания объектов управления
• 2.2 Экспериментальные данные
• 2.3 Нахождение коэффициента усиления
• 2.4 Построение математической модели звена первого порядка геометрическим методом
• 2.5 Построение модели звена второго порядка методом площадей
• 2.6 Построение математической модели звена второго порядка методом Ротача
• 2.7 Выбор наилучшей аппроксимирующей модели
• 3 СИНТЕЗ РЕГУЛЯТОРА
• 3.1 Синтез регулятора методом ЛАЧХ
• 3.2 Переходная характеристика замкнутой системы
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
• ПРИЛОЖЕНИЕ А (ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ)
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б (ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ)
• ПРИЛОЖЕНИЕ В (РЕКОМЕНДУЕМОЕ)

Автоматическое регулирование температурного режима осуществляется системами управления с обратной связью, вырабатывающими управляющие воздействия в зависимости от величины знака отклонения регулируемой величины от заданного значения.

В качестве объекта исследования рассмотрим промышленную электрическую печь СУОП-015.20/12М-43 в системе автоматической стабилизации температуры, выполненной на базе высокочастотного регулятора температуры ВРТ-3.

Система автоматической стабилизации температуры электропечи выполнена на промышленных приборах государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) аналоговой электрической ветви. Ее функциональная схема представлена на рис.1.1.

Рисунок 1.1 - Функциональная схема системы стабилизации температуры на основе высокочастотного регулятора температуры ВРТ-3

На рис. 1.1 приняты следующие обозначения:

- И-102 - измерительный блок;

- Р-111 - регулятор;

- У-252 - усилитель мощности;

- ЭП - электрическая печь (объект управления);

- ДТ - датчик температуры.

Сигнал с датчика температуры ДТ поступает на вход измерительного блока И102. В приборе И-102 формируется сигнал рассогласования, равный разности сигнала задатчика (задатчик входит в состав И-102) и сигнала температуры.

Усиленный сигнал ошибки поступает на вход регулирующего аналогового прибора Р-111, в котором могут быть сформированы П, ПИ, ПИД законы регулирования.

Реализация типовых законов регулирования осуществляется на базе операционного усилителя с использованием специально подключённых сопротивлений и емкостей на вход исполнительного устройства, которым является тиристорный усилитель мощности У-252.

Усиленный сигнал в виде напряжения подаётся в цепи нагрева электропечи.

В качестве возмущений используется два вида воздействий. Возмущения, вызванные изменением внутренних параметров электропечи, имитируются введением в активную зону печи металлических трубок из различных материалов (железо, алюминий, латунь) с различной теплоемкостью. Возмущение, вызванное внешней средой, создаётся вентилятором, т.е. принудительным воздушным охлаждением электропечи.

Система ВРТ-3 предназначена для прецизионного регулирования температуры и может применяться в электротехнической, электронной, теплоэнергетической и других отраслях промышленности.

Система ВРТ-3 состоит из трёх приборов:

- измерительного блока И-102;

- регулирующего устройства Р-111;

- усилителя мощности У-252.

Опишем основные блоки:

Измерительный блок И-102 представляет собой помехозащищенный усилитель с задатчиком. В блоке происходит компенсация ЭДС термопары и задатчика. В комплекте с термопарой и регулирующим устройством Р-111 блок применяется в системах высокоточного регулирования температуры.

В блоке И-102 сигнал термопары компенсируется сигналом от встроенного задатчика, и разница этих сигналов усиливается предварительным усилителем.

С выхода блока И-102 усиленный сигнал рассогласования поступает на вход устройства Р-111. Устройство формирует закон регулирования и преобразует входной сигнал в унифицированный сигнал постоянного тока 0-5 мА, который затем может быть использован в блоках питания (тиристорных, магнитных) или других устройствах управления нагревом.

Р-111 имеет индикаторы, по которым можно контролировать величину рассогласования и выходной ток, органы динамической настройки, а также переключатель управления, позволяющий перейти на ручное управление объектом и обеспечивающий "безударное" переключение.

Система ВРТ-2 в комплекте с тиристорным усилителем У-252 образует систему ВРТ-3.

Р-111 является аналоговым регулирующим прибором, осуществляющим пропорциональный (П), пропорционально-дифференциальный (ПД), пропорционально-интегральный (ПИ) или пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) законы регулирования.

Прибор работает в комплекте с измерительным блоком типа И-102, а так же может работать непосредственно с датчиками унифицированного сигнала 0-5мА или 0-20мА постоянного тока. В качестве исполнительного механизма для прибора Р-111 используются пропорциональные усилители мощности или электрические позиционеры.

Р-111 выпускается в 3-х модификациях, отличающихся величинами диапазонов времени интегрирования и времени дифференцирования.

Tи = 310

Tд = 55.6

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М. "Наука",1975.

Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем. М. "Энергия".1973.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ)

Экспериментальные данные для получения передаточной функции объекта

ПРИЛОЖЕНИЕ В (РЕКОМЕНДУЕМОЕ)

Листинг m-файла

clear; clc;

%Исходные данные: время t в секундах, температура T в градусах Цельсия и

%рассогласование E в вольтах:

t(1)=0;

for i=2:21

t(i)=t(i-1)+30;

end

T=[10 11 15 21 30 40 50 60 72 83 96 105 114 125 132 141 150 160 169 175 180];

E=[0.17 0.17 0.21 0.3 0.4 0.55 0.7 0.89 1.09 1.28 1.47 1.69 1.89 2.1 2.3 2.52 2.71 2.9 3.08 3.24 3.4];

%Построение экспериментальных точек

figure

plot(t, T, 'o');

grid on;

hold on;

%График экспериментального переходного процесса

%Регрессия 3-ого порядка

p3 = polyfit(t, T, 3);

ti = 0:0.01:600;

P3 = polyval(p3, ti);

plot(ti, P3);

%Нормирование исходных данных

Tfin = 180;

Tbegin = 10;

for i=1:21

Tnorm(i)=(T(i)-Tbegin)/(Tfin-Tbegin);

end;

%Нормированный график переходного процесса

figure

plot (t, Tnorm);

grid on;

%Построение звена второго порядка методом площадей

delta1 = 1 - Tnorm;

figure

plot(t, delta1);

grid on;

for i=1:21

delta2(i) = t(i) * delta1(i);

end

figure

plot(t, delta2);

grid on;

%Определение площадей

S1=trapz(t, delta1)

S2=trapz(t, delta2)

a1=S1;

if ((S2/(S1^2)) > 0.75)

a2=S1^2-S2

a1=S1

%Расчет постоянных времени

T1=a1/2+sqrt((a1^2)/4-a2)

T2=a1/2-sqrt((a1^2)/4-a2)

else

%Метод грубых площадей

%Найдем точку перегиба

t1=90:30:600;

delta_1=[0.9353

0.8824

0.8235

0.7647

0.7059

0.6353

0.5706

0.4941

0.4412

0.3882

0.3235

0.2824

0.2294

0.1765

0.1176

0.0647

0.0294

0];

k = 514.3;

delta_2=k*delta_1;

delta_2tn=0.9353*k;

In=trapz(t1,delta_2);

T1=In/delta_2tn

T2=a1-T1

T_1=T1*T2;

T_2=T1+T2;

%строим передаточную функцию и по ней переходный процесс для звена

%второго порядка

tf_reg=tf([k],[T_1 T_2 1])

figure

step(tf_reg, 600);

grid on;

end;