Тепловые характеристики экструдера Reifenhauser 3201

В документации на систему не было обнаружено никаких сведений о процессах происходящих в экструдере. Поэтому было принято решение о составлении модели объекта управления путём его идентификации.

Производственная линия работает в непрерывном режиме и изменение каких-либо параметров может привести к её аварийному останову. Единственное что удалось снять, это характер изменения температуры в соэкструдере Reifenhauser 3201 в момент его пуска. Была получена следующая переходная характеристика:

Рис. 31. Переходная характеристика температуры в выходной зоне экструдера Reifenhauser 3201

одноразовая посуда экструзионный способ

Произведем графическую идентификацию нашего объекта. Представим его как последовательное соединение 2 звеньев, апериодического и звена чистого запаздывания. Передаточная функция экструдера будет иметь следующий вид:

По полученному графику переходного процесса определим значения коэффициентов k, T, τ.

k = 1

T = 1833 с.

τ = 62 c.

Принимая во внимание тот факт, что переходную характеристику экструдера удалось снять всего один раз, чего явно не достаточно для точной идентификации объекта, для последующего исследования и настройки параметров регулятора зададимся следующими параметрами:

k = 1

T = 1800 с.

τ = 60 c.

Составим структурную схему и промоделируем переходный процесс используя компьютерный пакет MatLab Simulink.

Рис. 32. Переходная характеристика модели объекта управления - температурой расплава полимера в выходной зоне экструдера Reifenhauser 3201.

На основе полученной структуры объекта управления синтезируем САР температурой расплава полимера в зоне дозирования одночервячного экструдера. Температура расплава полимера контролируется на выходе зоны дозирования экструдера. Управление температурой в зоне дозирования будем осуществлять с использованием PID-регулятора. Произведем настойку параметров регулятора двумя методами.

Метод Циглера-Николса

Метод неустойчивости, называемый методом Циглера-Николса, основанном на экспериментальном подборе работы регулятора с помощью данных динамического отклика системы. Данные динамического отклика получаем при отключенных цепях интегрирующей и дифференцирующей обратной связи, осуществляя ступенчатое изменение коэффициента K. Коэффициент усиления постепенно повышаем, добиваясь перевода системы в неустойчивое состояние. Соответствующее этому состоянию значение коэффициента усиления, а также частота колебаний позволяют определить время отклика незамкнутой системы. По этим данным используя специальные таблицы определяем оптимальные значения параметров работы регулятора.

Повышаем коэффициент усиления и переводим систему в неустойчивое состояние.

Рис. 33. К=47,76. Дальнейшее увеличение К приведёт к переводу системы в неустойчивое состояние.

K_u = 47,76

t_u = 238

По таблице найдем коэффициенты PID:

K = 9,55

T_i = 79

T_d = 119

Рис. 34. Переходный процесс по управлению САР температуры расплава полимера с регулятором настроенным по методу Циглера-Николса

Из рис. 32 видно что время переходного процесса составляет порядка 1260 сек. Перерегулирование равно 10%, что является приемлемым результатом.

В методе Циглера-Николса сделано допущение, что уровень внешних помех на систему всегда постоянен. Следовательно этот метод не всегда может давать удовлетворительный результат, то есть в итоге все равно придется подстраивать параметры регулятора вручную.

Этот метод никак не учитывает требования к запасу устойчивости системы, что является вторым его недостатком. Судя по медленному затуханию переходного процесса в системе, этот метод даёт слишком малый запас устойчивости.