Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Самарский Государственный Технический Университет

Филиал в г. Сызрани

Кафедра АТПП


Курсовая работа

По дисциплине "Теория автоматического управления"

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Выполнил:

Студент гр. ЭАЗ-302

Козлов П.С.

Проверил:

Доцент

Будин В.И.


Сызрань

2008 г.


Содержание


Техническое задание на проектирование

Выбор метода проектирования

Построение структурной схемы нескорректированной САУ и определение передаточных функций её звеньев

Оценка точности и анализ устойчивости исходной системы

Построение желаемой ЛАЧХ и ЛФЧХ

Оценка показателей качества желаемой системы

Синтез последовательного корректирующего устройства

Реализация корректирующего устройства в виде аналогового регулятора с пассивной коррекцией

Построение и описание функциональной схемы скорректированной системы

Заключение


1. Техническое задание на проектирование


Техническое задание на проектирование включает в себя исходные данные, позволяющие произвести синтез системы. К ним относятся функциональная схема нескорректированной САУ, сведения о принципе её действия, уравнения всех звеньев и их параметров, характеристики входных и возмущающих воздействии, показатели качества проектируемой САУ.

Для систем стабилизации задаются максимальная относительная ошибка системы ν(в %), перерегулирование σ(в %), и время переходного процесса. Кроме того, могут быть предъявлены и другие требования для индивидуализации КР. В частности, в данной курсовой работе время минимизируется при заданных и с учетом ограничений на значения выходного напряжения усилителя.


2. Выбор метода проектирования


Задача синтеза системы автоматического управления заключается в выборе такой её структуры, параметров, характеристик и способов их реализации, которые при заданных ограничениях наилучшим образом удовлетворяют требованиям, предъявленным к системе.

Обычно часть проектируемой системы задана. Она является исходной или нескорректированной САУ. Параметры её функциональных элементов известны. В такой постановке задача проектирования сводится к определению корректирующего устройства КУ, обеспечивающего заданные показатели качества системы.

Наиболее простым и наглядным методом синтеза САУ является метод логарифмических амплитудных частотных характеристик (ЛАЧХ). Его идея основана на однозначной связи между переходным процессом в системе и её ЛАЧХ. По заданным динамическим показателям сначала строится желаемая ЛАЧХ, а затем путем графического построения осуществляется приближение к ней частотных характеристик исходной системы. В результате определяется ЛАЧХ КУ. Корректирующее устройство может включаться в канал управления последовательно или встречно-параллельно.

В рамках курсового проектирования синтез САУ осуществляется согласно заданию кафедры, которая определяет как содержание, так и объем курсовой работы. Решаемые задачи преследуют учебные цели, которые сориентированы на закрепление и расширение знаний по теории автоматического управления, развитию навыков и применение современных инженерных навыков, в том числе и с применением ЭВМ при разработке и изучению реальных САУ.

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

На рис. 3 показана схема САР температуры теплоносителя, поступающего в шахтную зерносушилку 1 из камеры смешивания 2, которая является объектом регулирования. В этой камере холодный воздух при температуре θХ смешивается с горячим воздухом температурой θГ. Соотношение горячего и холодного воздуха, а следовательно, и температура воздуха в камере смешивания θС зависят от угла поворота φ заслонки 3. Температура теплоносителя на входе зерносушилки измеряется терморезистором RД, включенным в мостовую схему, которая не только обеспечивает с помощью резистора R0 требуемую температуру, но и сравнивает напряжение UД, пропорциональное температуре θС, с задающим напряжением U0 (мостовая схема одновременно выполняет функции задающего и воспринимающего органов).


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Сигнал разбаланса мостовой схемы (сигнал рассогласования) ΔU = U0 –UД усиливается усилителем 4, выходное напряжение которого Uy управляет исполнительным двигателем 5. Последний через редуктор 6 перемещает заслонку 3, тем самым изменяет величину регулирующего воздействия φ на входе объекта регулирования. За счет соответствующего изменения угла поворота заслонки и компенсируется отрицательное влияние внешних возмущений f (изменение температуры, влажности атмосферного воздуха и др.), действующих на объект регулирования. При исследовании САР в качестве главного возмущения следует рассматривать изменение температуры атмосферного воздуха, приняв условно, что его влажность не меняется. Динамические свойства элементов САР описываются следующей системой уравнений:


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки - камера смешивания;

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки - датчик температуры;

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки- сравнивающий элемент;

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки - усилитель.

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


- электродвигатель совместно с редуктором (при условии, что момент сопротивления на валу двигателя Мс = const),


Вариант Тс kf Тм Тя ky f ν σ

с

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки



Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

с с
єС

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

% %
6 1,3 60 0,28 1,3 0,015 0,018 0,002 100 20 0,05 1,0 15

Физический смысл переменных, входящих в уравнения отражен в описании САР. Параметры Тс, Тя, Тм, Тя - постоянные времени, с; kc, kf, kA, ky, k0 - коэффициенты передачи. Выходной сигнал усилителя ограничен уровнем 220 В. Заданная температура теплоносителя θС = 120 °С.


3. Построение структурной схемы нескорректированной САУ и определение передаточных функций её звеньев


1)Найдем передаточную функцию объекта управления (камера смешивания)


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилкиСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


2) Найдем передаточную функцию электродвигателя


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


3) Найдем передаточную функцию усилителя

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


4) Найдем передаточную функцию датчика температуры


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


5) Сравнивающий орган


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Итоговая схема САР


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


4. Оценка точности и анализ устойчивости исходной системы


Приведем схему САР к единичной обратной связи


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Разложим звеноСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилкина более простые звенья, для этого определим колебательное оно или апериодическое

Характеристическое уравнение знаменателя


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Если


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки,то


звено апериодическое, иначе колебательное Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Тм2 >4ТмТя

0,0182 > 4∙0,018∙0,002

0,000324 > 0,000144


звено апериодическое.


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Т1 = 0,0157

Т2 = 0,0023

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Оценка точности

а) ошибка по задающему воздействию


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


б) ошибка по возмущению


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Оценка устойчивости

Для оценки устойчивости используем пакет программ MATLAB и его модуль Control System Toolbox

Задаем передаточную функцию разомкнутой системы


>> W=tf([4.5],[0.000061 0.000467 3.75 3.31 1 0])


Transfer function:


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

>> step(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Определяем запасы по фазе и амплитуде

>> margin(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Запас по амплитуде достаточен Gm=14,1 dB и входит в рекомендуемый запас 6-20dB.

Запас по фазе достаточен Pm=40,5 deg и входит в рекомендуемый запас 30-60deg.

Определяем устойчивость по критерию Найквиста

>> nyquist(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Охватывает точку (-j;0), значит по критерию Найквиста разомкнутая система не устойчива.

Построим замкнутую систему н. основе разомкнутой

>> Z=feedback(W,1)

Transfer function:


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

>> step(Z);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Определяем запасы по фазе и амплитуде

>> margin(Z);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Определяем устойчивость по критерию Найквиста

>> nyquist(Z);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Не охватывает точку (-j;0), значит по критерию Найквиста замкнутая система устойчива. Годограф замкнутой системы проходит дальше от точки (-j;0), чем годограф разомкнутой системы, значит замкнутая система более устойчива.


5. Построение желаемой ЛАЧХ


Построим ЛАЧХ исходной нескорректированной системы

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

ν =1, k=4.5, ТД=1.3, TС=1.3, T1=0.0157, T2=0.0023

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

20lgK=20lg4.5=13.06 дБ

L(ω)=20lgA(ω)=20lg|W(jω)|=20lg4.5 -20lgСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

-20lgСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки-20lgСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки-20lgСистема автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

lg w0= -0.11

lg w1= -0.11

lg w2= 1.8

lg w3= 2.6


Первая точка ЛАЧХ 20lgK=13.06 дБ

Начальный наклон при ν =1 равен Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Звенья апериодические и каждое из них изменяет наклон на Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Для построения желаемой ЛАЧХ необходимо найти желаемый передаточный коэффициент:

Построение желаемой ЛАЧХ

Находим частоту среза по графику 5.24

При σ=15% Рмах=1


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

ωcp ≥ ωc1

ωcp = 100

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Строим на миллиметровке ЛАЧХ исходной и желаемой системы, находим ЛАЧХ корректирующего устройства как результата вычитания ЛАЧХ исходной системы из ЛАЧХ желаемой.

По графику желаемой ЛАЧХ находим


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

lgKж=1.9 дБ


6. Оценка показателей качества желаемой системы


Записываем передаточную функцию желаемой ЛАЧХ и вычисляем запасы по фазе и амплитуде, устойчивость по критерию Найквиста в пакете MATLAB.


lgω4 = 2,6

ω4= 398c-1

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Transfer function:


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

>> step(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Определяем запасы по фазе и амплитуде

>> margin(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Построенная MATLAB ЛАЧХ совпадает с построенной на миллиметровке, запасы по фазе и амплитуде улучшились по сравнению с исходной MATLAB ЛАЧХ

Определяем устойчивость по критерию Найквиста

>> nyquist(W);grid on

Определяем устойчивость по критерию Найквиста

>> nyquist(W);grid on


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Диаграмма желаемой системы проходит дальше от точки (-j;0), чем исходной, поэтому она более устойчива.


7. Синтез последовательного корректирующего устройства


В результате вычислений в предыдущем пункте мы получили исходную и желаемую ЛАЧХ. ЛАЧХ корректирующего устройства получается в результате вычитания


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


По графику строим передаточную функцию корректирующего устройства.


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


По графику ЛАЧХ корректирующего устройства на миллиметровке находим


20lgKку=28 дБ

lgKку=1.4 дБ

Kку=25.1

>> W=tf([0.65,43.44,65.5,25.1],[0.000000011,0.000014,0.0067,1])


Transfer function:


0.65 s^3 + 43.44 s^2 + 65.5 s + 25.1

1.1e-008 s^3 + 1.4e-005 s^2 + 0.0067 s + 1


Отобразим её

step(W);grid on

Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Определяем запасы по фазе и амплитуде


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Строим ЛАЧХ и ЛФЧХ.

Определяем запасы по фазе и амплитуде


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Построенная MATLAB ЛАЧХ КУ совпадает с построенной на миллиметровке


8. Реализация корректирующего устройства в виде аналогового регулятора с пассивной коррекцией


Представим передаточную функцию корректирующего устройства в виде


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Пусть


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Первая часть корректирующего устройства


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


представлена системой уравнений


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


следующей ЛАЧХ


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


и физической схемой


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Рассчитаем схему

Пусть С=50 мкФ=50·10-6Ф


T = T4 = 0.0022

τ = Tд = 1,3

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

ky1 = k1∙k = 2.92 ∙ 0.00169 =0.00493


Вторая часть корректирующего устройства


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


представлена системой уравнений


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


следующей ЛАЧХ


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


и физической схемой


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Рассчитаем схему


Пусть С=50 мкФ=50·10-6Ф


T = T4 = 0.0022

τ = Tc = 1,3

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

ky1 = k1∙k = 2.92 ∙ 0.00169 =0.00493


Третья часть корректирующего устройства


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


представлена системой уравнений


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


следующей ЛАЧХ


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


и физической схемой


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Рассчитаем схему

Пусть С=50 мкФ=50·10-6Ф


T = T4 = 0.0022

τ = T1 = 0.0157

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки

Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


ky1 = k1∙k = 2.94 ∙ 0.146 =0.4224


9. Построение и описание функциональной схемы корректирующего устройства и скорректированной системы


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Система автоматического регулирование температуры теплоносителя зерносушилки


Заключение


Я изучила схему САР на примере регулирования температуры теплоносителя зерносушилки. Я рассчитала и построила передаточную функцию звеньев САР и всей системы в целом, рассчитала ошибку по возмущению и по задающему воздействию. При помощи MATLAB построила ЛАЧХ и ЛФЧХ, определила запас по фазе и амплитуде. Построила на миллиметровке ЛАЧХ исходной системы, желаемой и как результат их вычитания ЛАЧХ корректирующего звена, по которой определила его передаточную функцию и физическую схему.

Вывод: Я приобрела навыки анализа САР.

Похожие работы:

  1. • Анализ системы автоматического регулирования ...
  2. • Пофасадное регулирование теплового режима здания, тепловые ...
  3. • Техническая эксплуатация жилых зданий
  4. • Система отопления в зданиях и сооружениях
  5. • Автоматизация теплового пункта гражданского здания
  6. • Разработка тепловой установки для тепловлажностной ...
  7. • Полупроводниковые датчики температуры
  8. • Технологии хранения зерновых масс
  9. • Разработка конструкции приспособления для притира ...
  10. • Система учета тепловой энергии в мире и в РБ
  11. • Автоматизация теплового источника
  12. • Разработка автоматического управления процесса сушки ...
  13. • Производственные вредности, методы защиты человека от их ...
  14. • Теплоснабжение районов г. Казани
  15. • Теплоснабжение жилого района г. Чокурдах
  16. • Многоконтурная система автоматического управления ...
  17. • Переработка нефти и газа на ОАО ...
  18. • Продвижение прогрессивных систем энергосбережения в ...
  19. • Проектирование закрытой системы теплоснабжения ...
Рефетека ру refoteka@gmail.com