Автоматизация процесса производства безалкогольных напитков (стр. 4 из 5)

Достоинства:

- ООС приводит к уменьшению ошибки не зависимо от факторов ее

вызвавших (изменений параметров регулируемого объекта или внешних условий).

Недостатки:

- В системах с ОС возникает проблема устойчивости;

- В системах принципиально невозможно добиться абсолютной инвариантности к возмущениям. Стремление добиться частичной инвариантности приводит к усложнению системы и ухудшению устойчивости.

3.2 Построени

е математической модели ТОУ

Формальную модель объекта моделирования можно представить в виде множества величин, описывающих процесс функционирования реального объекта и образующих в общем случае следующие подмножества.

- совокупность входных воздействий на объект

- совокупность воздействий внешней среды

- совокупность внутренних (собственных) параметров объекта

- совокупность выходных характеристик объекта

Рисунок 4 – Структурная схема объекта

В этом курсовом проекте мы будем регулировать температуру колера, изменяя температуру пара подаваемого в колеровочный аппарат.

Регулируемый объект представляет собой колеровочный аппарат КА-1.

Регулируемой величиной (выходной) y₁ здесь является температура колера.

Регулирующей величиной (управлением) g₁ здесь является температура пара подаваемого в колеровочный аппарат.

Возмущающим воздействием ν₁ – температура окружающей среды.

3.3 Построение переходной функции объекта управления

Опыт, накопленный при проектировании систем управления, свидетельствует о том, что нельзя построить математическую модель, адекватную реальной системе только на основе теоретических исследований физических процессов в системе. Поэтому одновременно с теоретическими исследованиями проводятся эксперименты по определению и уточнению математической модели системы (идентификации).

Таблица 1 -Экспериментальные данные для построения переходной функции

t, мин.	0	1	2	3	4	5	6	7	8
T, ºС	180	180	180	180	180	180	184,2	187,8	190,3
T, ºС	300	325	350	350	350	350	350	350	350

9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
192,2	193,9	195,1	196,2	197,2	198,1	198,9	199,7	200,3	201,3
350	350	350	350	350	350	350	350	350	350

19	20
201,7	202
350	350

Для рассматриваемого объекта получена переходная характеристика, изображенная на рисунке 5.

Рисунок 5 – Переходная функция объекта регулирования

Объект регулирования идентифицируем с помощью графоаналитического метода как апериодическое звено первого порядка с запаздыванием, переходная характеристика которого описывается выражением:

.

(3.1)

Общий вид передаточной функции будет иметь следующий вид:

(3.2)

где К_оу - коэффициент усиления объекта регулирования;

Т_об - постоянная времени объекта;

t_об - время запаздывания объекта.

Выше приведенные параметры являются динамическими параметрами объекта регулирования и определяются графически по виду переходной функции (рисунок 5). Постоянная времени объекта Т_ОБ представляет собой временной отрезок от точки пересечения касательной, проведенной к переходной характеристике с линией установившегося значения параметра. По графику, приведенному на рисунке 5, определяем, что Т_ОБ = 5,4мин., t_об = 5мин.

Для динамического объекта коэффициент усиления может быть непосредственно найден из графика переходной функции:

(3.3)

где Т_уст. - установившаяся температура колера;

Т_нач. - начальная температура колера;

Т_уст. - установившаяся температура пара;

Т_нач.- начальная температура пара.

Тогда:

В результате, передаточная функция объекта регулирования примет следующий вид:

(3.4)

3.4 Выбор закона регулирования

Закон регулирования – это математическая зависимость, с помощью которого определяется регулирующее воздействие по сигналу рассогласования. Для оценки качества регулирования выбранной структуры АСР необходимо рассмотреть все законы регулирования. Затем, произведя анализ качества регули

рования с применением того или иного закона регулирования, определить какой из них является наиболее приемлемым для данного ТОУ.

На динамику регулирования наибольшее влияние оказывает величина отношения запаздывания к постоянной времени объекта

Эффективность компенсации ступенчатого возмущения регулятором достаточно точно может характеризоваться величиной динамического коэффициента регулирования , а быстродействие – величиной времени регулирования.
Регулятор в зависимости от сигнала рассогласования e=х_зад-х вырабатывает по определенному закону регулирующее воздействие m для приведения регулируемой величины х к заданному значению х_{зад .}

Задачей системы автоматического регулирования является поддержание температуры колера постоянной — в соответствии с технологическими требованиями. Технология предполагает поддержание температуры колера на уровне 202 ºС.

Заданную точность регулирования можно реализовать при помощи ПИ или ПИД законов регулирования.

3.5 Расчет оптимальных настроечных параметров

Расчет системы автоматического регулирования состоит в нахождении оптимальных настроек регулятора, т.е. таких параметров ПИ, ПИД-закона регулирования, при которых в работе замкнутой системы обеспечивается заданный запас устойчивости и определенные показатели качества регулирования не хуже требуемых или имеют экстремальные значения.

Найдем настроечные коэффициенты для ПИ – регулятора:

(3.5)

К_р=1,5.

T_u=0,6*Т (3.6)

T_u=3,24.

Найдем настроечные коэффициенты для ПИД – регулятора:

(3.7)

К_р=2,4.

Tи=2,4τ	(3.8)
Ти=12.

Т_р=0,4τ (3.9)

Т_р= 2.

3.6 Оценка устойчивости разомкнутой САР с ПИ-

регулятором

В простейшем случае понятие устойчивости системы связано со способностью ее возвращаться (с определенной точностью) в состояние равновесия после исчезновения внешних сил, которые вывели ее из этого состояния.

Если система неустойчива, то она не возвращается в состояние равновесия, из которого ее вывели, а либо удаляется от него, либо совершает вокруг него недопустимо большие колебания.