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

Частотные критерии устойчивости позволяют судить об устойчивости систем автоматического управления по виду их частотных характеристик. Эти критерии являются графоаналитическими и получили широкое распространение, так как позволяют сравнительно легко исследовать устойчивость систем высокого порядка, а также имеют простую геометрическую интерпретацию и наглядность.

Затем необходимо определить является ли система устойчивой. Для этого найдем частотные характеристики разомкнутой системы в MathCAD.

График АФЧХ замкнутой системы с ПИ- регулятором изображен на рисунке 6.

Рисунок 6– График АФЧХ разомкнутой системы с ПИ- регулятором

Далее анализируется устойчивость по амплитуде: рассматривается запас между (-1) и единичной окружностью. Для устойчивости замкнутой САУ необходимо и достаточно, чтобы годограф разомкнутой системы

при измене нии ω от 0 до ∞ не охватывал точку (-1, i0). В данном случае система является устойчивой. Также по данному графику после некоторых преобразований можно определить запас устойчивости по амплитуде А и запас устойчивости по фазе Θ (в соответствие с рисунком 7). Для определения запаса устойчивости системы по амплитуде, на годографе рассматривается расстояние между точкой (-1, i0) и точкой, в которой годограф пересекает ось с действительными числами Re.

При определении запаса устойчивости системы по фазе, на годографе откладывается окружность единичным радиусом. К точке пересечения окружности и годографа проводится вектор. Угол наклона вектора к оси является запасом по фазе.

Рисунок 7 – Определение запаса устойчивости по амплитуде и по фазе для ПИ – регулятора

Из рисунка 7 определим, что А=1/U= 10, Θ =115°

3.7 Оценка устойчивости разомкнутой САР с ПИД-регулятором

График АФЧХ замкнутой системы с ПИД- регулятором изображен на рисунке 8.

Рисунок 8 – График АФЧХ разомкнутой системы с ПИД- регулятором

Рисунок 9 – Определение запаса устойчивости по амплитуде и по фазе для ПИД - регулятора

Из рисунка 9 определим, что А=1/U= 12,5, Θ =135°.

3.8 Расчет показателей

качества управления замкнутой

САР с ПИ-регулятором

Рисунок 10 - График переходного процесса с ПИ-регулятором

Из графиков переходных процессов определяются следующие характеристики.

Перерегулирование d - максимальное отклонение регулируемой величины от ее установившегося значения, выраженное в процентах:

(3.10)

Для системы с ПИ-регулятором: d = 24%.

Время регулирования t_pег - время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия на систему, отклонения регулируемой величины от ее установившегося значения будут меньше наперед заданного значения ошибки (±5% от х_уст).

Для системы с ПИ-регулятором t_рег= 25,5мин.

Степенью затухания ψ называется отношение разности приращений относительно установившегося значения двух соседних однонаправленных амплитуд одного знака кривой переходного процесса к большей из них, ψ определяется по формуле:

(3.11)

t_рег = 25,5 мин., перерегулирования σ = 24 %, степень затухания ψ=0,8.

3.9 Расчет показателей качества управления замкнутой САР с

ПИД-регулятором

Из графика переходного процесса замкнутой САР с ПИД-регулятором (рисунок 11) определяем:

Рисунок 11 - График переходного процесса с ПИД-регулятором

- Перерегулирование:

(3.12)

Для системы с ПИД-регулятором: d = 19,5%.

- Время регулирования t_рег = 22,8 мин.

- Степень затухания:

(3.13)

t_рег = 22,8 мин., перерегулирование σ = 19,5 %, степень затухания ψ=0,85.

Регулятор	tрег (время регули- рования)	σ (перерегулирование)	Ψ (степень затухания)
ПИ	25,5	24	0,8
ПИД	22,8	19,5	0,85

Проанализируя полученные данные, выберем замкнутую САР с ПИД-регулятором.

Заключение

Система разработана на базе контроллера ТКМ 52 фирмы Тэкон с использованием современных датчиков и преобразователей нижнего уровня для обеспечения более надежного и качественного управление технологическим процессом производства безалкогольных напитков.

Система автоматического регулирования температуры колера обеспечит хорошую работу запорной и регулирующей аппаратуры, что позволит осуществить оптимальное и надежное управление процессом.

Программное обеспечение АРМ оператора создано с помощью SCADA - системы TRACE MODE.

Рассмотрена структура системы управления – дается описание уровней, их функций и технические решения для каждого из них.

В расчетной части проведен анализ объекта управления, исследованы его динамические характеристики. Определены следующие величины: коэффициент усиления 0,44, время запаздывания 5 мин., время объекта 5,4 мин. Выбран ПИД – регулятор и рассчитаны его оптимальные настроечные параметры.

Проведен анализ устойчивости замкнутой системы, а также определены основные показатели качества: время регулирования 22,8 мин., перерегулирование 19,5 %, запас устойчивости по фазе Θ =135°, а по амплитуде А = 12,5.

Использование общего контроля за технологическим процессом, свело фактически на нет возможность нанесение обслуживающему персоналу каких-либо травм, увеличило экологичность производства газированных напитков.

Список используемых источников

1 Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности,

Учебное пособие / Под ред. Е.Б. Карпина. – М: Пищевая промышлность

1977г.

2 Автоматизация технологических процессов пищевой промышленности.

Учебное пособие / Под ред. Е.Б. Карпина. – М: Агропромиздат.,1985г.

3 Автоматическое управление технологическими процессами аппаратного

производства пищевой промышленности. Учебное пособие / Суворкина

А.Ф., Кривоносов А.И. – М: ВЗИПП, 1980г.