Системах автоматического управления

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное

Бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»

(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)

Ростовский технологический институт сервиса и туризма (филиал)

(РТИСТ ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС

Электротехнический колледж

Специальность: «Автоматизация технологических процессов и производств

(жилищно-коммунальное хозяйство)»

 

Проект допущен к защите

___________________

«____»_________2013 г.

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

тема: Синтез и анализ системы автоматического регулирования температуры пара в паровом котле

 

по дисциплине «Автоматическое управление»

 

 

Проектировал / И.И.Иванов /

Группа 3-53 АТП

 

Руководитель / С.В.Иванов /

 

РОСТОВ-НА-ДОНУ, 2013 г.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное

Бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса»

(ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС»)

Ростовский технологический институт сервиса и туризма (филиал)

(РТИСТ ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС

Электротехнический колледж

Специальность: «Автоматизация технологических процессов и производств

(жилищно-коммунальное хозяйство)»

 

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по дисциплине Автоматическое управление

для студента 3 курса 3-53 АТП группы

Иванова Ивана Ивановича _________________________­­­­_____ ^{Ф.И.О. студента}

Тема: Синтез и анализ системы автоматического регулирования температуры пара в паровом котле

 

Исходные данные: Технологическая схема парового двух барабанного котла

ДЕ 4-14ГМ

 

Объем проекта: пояснительная записка 30-35 стр. и графический материал формат А1 -2 листа (содержание пояснительной записки и графического материала см. на оборотной стороне)

 

Срок проектирования «21» июня 2013 г.

 

Руководитель _____ С.В.Иванов

 

Дата выдачи задания: «21» февраля 2013 г.

 

Содержание пояснительной записки (перечень вопросов подлежащих разработке)

Введение

1. Общая часть _______

1.1. Основные понятия о системах автоматического управления_________

1.2. Краткая характеристика объекта ________________________________

1.3. Разработка структурной схемы автоматического регулирования заданным параметром ___________

1.4. Разработка технологической схемы контроля заданным параметром

1.5. Выбор приборов и средств автоматизации ______________________

2. Расчетная часть ________________

2.1. Математическое описание и исследование объекта управления______

2.1.1.Структурное преобразование схемы объекта управления определение его передаточной функции_________

2.1.2. Построение частотных характеристик объекта __________________

2.1.3. Выделение областей устойчивости_____________________________

3. Библиографический список______

Графическая часть проекта (на листах формата А1):

Лист 1. Система автоматического управления. Схема структурная. Контур регулирования___________________

Лист 2. Частотные и переходные характеристики системы автоматического управления_______________________

 

Задание к исполнению принял студент Иванов И.И.

 

Введение

 

Автоматизация технологических процессов является решающим фактором в повышении производительности труда и улучшении качества выпускаемой продукции.

Качество работы любой автоматической системы регулирования (АСР) зависит от того, насколько хорошо она 'спроектирована, смонтирована, налажена и эксплуатируется.

Процесс наладки любой ЛCP состоит из нескольких этапов: проверки правильности монтажа, фазировки цепей, проверки аппаратуры, идентификации объектов и возмущений, параметрической оптимизации, испытаний, составления документации и др.

Современные объем и уровень автоматизации производства, сложность многообразие автоматических систем регулирования требуют подхода к их наладке на современной теоретической основе. Прежде чем приступить к наладке автоматической системы регулирования, ее нужно теоретически рассчитать. При современном уровне развития вычислительной техники эти расчеты не очень трудоемки, но для того чтобы произвести их, необходимо хорошо владеть основами теории автоматического регулирования и соответствующим математическим аппаратом. Интуитивный подход к проведение наладочных работ, основанный на методе проб и ошибок, сейчас недопустим.

Современное производство развивается быстрыми . темпами. Основная тенденция этого развития связана с укрупнением единичной мощности технологических машин и аппаратов и совершенствованием автоматических схем регулирования такими объектами. При этом совершенствование схем регулирования идет благодаря применению не только более современных и надежных средств регулирования, но и новых методов расчета автоматических систем регулирования.

Применение детерминистских методов анализа и синтеза * JICP, когда уравнения объектов и внешние воздействия полагаются известными, в настоящее время оправдано, пожалуй, лишь для систем или для предварительной оценки поведения системы и выбора параметров ее настройки.

В том случае, когда внешние воздействия и характеристики объектов регулирования непрерывно изменяются и заранее не могут быть определены однозначно, возникает необходимость в использовании вероятностных методов анализа и синтеза АСР. Настройка систем регулирования вероятностными методами с учетом реальных условий их работы позволяет в ряде случаев получить лучшее качество регулирования.

Приступая к наладке любой автоматической системы, наладчик прежде всего должен определить математическую модель объекта регулирования. Эта задача может быть решена экспериментально и аналитически.

 

 

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

Технический прогресс характеризуется непрерывным ростом автоматизации производства во всех отраслях промышленности.

От автоматизации отдельных установок и агрегатов в настоящее время переходят к комплексной автоматизации и созданию автоматических цехов и заводов-автоматов, обеспечивающих максимальное повышение производитель­ности труда, снижение себестоимости продукции и повыше­ние культуры производства.

Только благодаря автоматизации стало возможным осуществление ряда наиболее прогрессивных технологических процессов, создание новых современных видов сообщений и средств связи.

Для разработки и эффективной эксплуатации авто­матических систем регулирования (АСР) необходимо знать общие законы их построения и действия, методы исследования и настройки. Эти вопросы изучает наука об автоматических системах управления, в частности один из ее разделов, охватывающий АСР.

В настоящее время теория регулирования продолжает интенсивно этом она обогащается не теоретическими исследованиями, но и методами инженерного расчета и настройки, которые находят все более широкое применение в повседневной и практической деятельности инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, наладкой и эксплуатацией средств автоматизации.

 

1.1 Основные понятия о

системах автоматического управления

 

Всякий технологический процесс характеризу­ется определенными физическими величинами. Для обеспечения требуемого режима работы эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по том или иному закону.

Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса.

Так, параметрами технологического процесса могут быть давление, температура, уровень жидкости, концентрация вещества, расход вещества или энергии, скорость изменения какой-либо величины и т. п.

Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной. или регулируемым параметром.

Значение регулируемой величины, которую оператор стремится получить в установившемся режиме от находя­щейся в равновесии системы регулирования при заранее заданных режимах ее работы, называется заданным значением.

Значение же регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется ее мгновенным или истинным значением.

Значение регулируемой величины (или какой-либо другой), полученной в рассматриваемый момент времени, на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.

Воздействие, подаваемое на вход системы или устройства, называется входным воздействием.

Воздействие, подаваемое на выход системы или устройства, называется выходным воздействием.

Под структурной схемой системы или устройства понимается графическое изображение совокупности функциональных блоков и связей между ними, образующих' эту систему или устройство.

Возмущающими воздействиями принято называть воздействия, стремящиеся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

Под задающим воздействием понимается воздействие на систему, определяющее требуемый закон' изменения регулируемой величины.

Комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону, принято называть автоматическим регулятором.

Выход объекта регулирования (регулируемая величина) воздействует на вход регулятора. Выход регулятора через регулирующий орган воздействует на вход объекта регулирования.

Автоматическое регулирование является частным слу­чаем более общего понятия автоматического управления. Автоматическим управлением называется процесс, при котором операции выполняются посредством системы, функционирующей без вмешательства человека в соответствии с заранее заданным алгоритмом.

В общем случае совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, определенным образом взаимодействующих между собой, принято называть автоматической системой. Автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в которой управляющее (регулирующее) воздействие вырабатывается в результате сравнения истинного значения управляемой (регулируемой) величины, с заданным (предписанием) ее значением, называется АСР.

Процесс, посредством которого одну или несколько регулируемых величин приводят в соответствие с их постоянными или изменяющимися по определенному закону заданными значениями и при этом указанное соответствие достигается техническими средствами путем выработки воздействия на регулируемые величины в результате сравнения их действительных значений с заданными, называется автоматическим регулированием.

Различают алгоритмическую, функциональную и конструктивную структуру АСР.

Алгоритмической структурой АСР называется структура, где каждая часть предназначена для выполнения определенного алгоритма преобразования ее входной величины, являющегося частью алгоритма функционирования АСР.

В функциональной структуре АСР каждая часть предназначена для выполнения определенной функции.

Структура АСР, где каждая часть представляет самостоятельное конструктивное целое, , называется конструктивной структурой АСР. Структура АСР с той или иной степенью детализации может быть представлена графически. Графическое изображение структуры АСР называется структурной схемой АСР.

Простейшая составная часть структурной схемы АСР или автоматического устройства, отображающая путь и направление передач воздействия между частями авто­матической системы, на которые эта система разделена в соответствии со структурной схемой, называется связью структурной схемы системы.

Связи структурной схемы классифицируются на основные, дополнительные и дополнительные обратные.

Связь структурной схемы АСР, образуемая основной цепью воздействия между участками этой цепи, называется основной связью.

Связь структурной схемы АСР, образующая путь передачи воздействия в дополнение к основной цепи воздействий или какому-либо участку, называется дополнительной связью.

Дополнительная связь структурной схемы АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется дополнительной обратной связью (или просто обратной связью).

Обратная связь может быть отрицательной или положительной.

Обратная связь, направленная с выхода системы к ее входу называется главной обратной связью.

Все отдельно взятые элементы системы обладают направленностью действия, т. е. свойством детектирования которое заключается в том, что сигнал проходит только от входа к выходу элемента.

 

Типовые звенья

 

Выделяют 8 типовых звеньев:

 

1)Усилительное (пропорциональное звено)

 

(1.1)

 

2)Интегрирующее звено

 

(1.2)

 

3)Дифференцирующее звено

 

(1.3)

 

4)Апериодическое звено (инерционное)

 

(1.4)

5)форсирующее звено I-го порядка

 

(1.5)

 

6) форсирующее звено II-го порядка

 

(1.6)

 

7)Колебательное звено

 

(1.7)

 

8)Консервативное звено

 

(1.8)

Критерии устойчивости

 

1-й критерий устойчивости

Необходимым и достаточным условием устойчивости замкнутой системы являются: отрицательное значение вещественной части корней характеристического полинома.

2-й критерий устойчивости

Критерий устойчивости Гурвица.

Необходимым и достаточным условием устойчивости замкнутой системы являются: положительное значение всех диагональных определителей матрицы Гурвица, при этом поленом должен быть полным, и все его коэффициенты положительны.

3-й критерий устойчивости

Критерий устойчивости Михайлова

Система в замкнутом состоянии, будет устойчива в том случае, если годограф Михайлова при изменении частоты от 0 до + ⁰⁰ начинаясь с положительной реальной полуоси, проходит последовательно против часовой стрелки такое

количество квадрантов, коков порядок полинома.

4-й критерий устойчивости

Критерий устойчивости Найквиста

1-й случай Система устойчивая в разомкнутом состоянии будет устойчива в замкнутом в к случае, если АФЧХ разомкнутой системы не охватывает точку с координатами (-l;jO)

2-й случай

Система устойчивая в разомкнутом состоянии будет устойчива в замкнутом в том случае, если ЛАЧХ разомкнутой системы будет пересекать ось частот раньше, чем ФЧХ ординату - П.

Законы регулирования.

1 -и закон

Пропорциональный закон.

Характеристики пропорционального регулятора совпадают с характеристиками П - звена.

При введении пропорционального регулятора ЛАЧХ будет осуществлять параллельный перенос, при к > 1 вверх, при к < 1 вниз, при этом частота среза изменится.

При настройке регулятора желательно иметь большое значение к, т.к. при увеличении к установившаяся ошибка регулирования уменьшится, но при этом система может потерять устойчивость.

 

Существуют случаи, когда использование П - закона не возможно (ФЧХ лежит ниже - П).

2-й закон

Интегрирующий закон.

Характеристики данного закона совпадают с характеристиками интегрирующего звена

 

= (1.9)

 

Данный регулятор относится к астатической группе, его использование приводил к устранению установившейся ошибки регулирования.

Использование регулятора изменяет наклон ЛЛЧХ и сдвигает ФЧХ на - 90°. В чистом виде не используется, а используется как часть сложных.

3-й закон

Дифференцирующий закон.

Характеристики данного регулятора совпадают с характеристиками дифференцирующего звена.

(1.10)

 

В чистом виде не используется, в силу физической не реализуемости, а используется как составляющая часть в ПД и ПИД.

4-й закон

Пропорционально интегрирующий закон.

Регулятор реализующий ПИ закон регулирования использует все положительные

стороны пропорционального и интегрирующего звеньев.

(1.11)

Данный регулятор называется регулятором с связанными параметрическими настройками.

5-й закон

Пропорционально - дифференцирующий закон.

с не связанными настройками.

6-й закон

Пропорционально - интегрирующий дифференцирующий закон

 

+ (1.12)

 

Комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения с регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закон, принято называть автоматическим регулятором.

 

1.2. Краткая характеристика объекта