Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть I (стр. 2 из 10)

Библиографические списки могут пополняться при изучении литературных источников, рекомендованных руководителем КП, а также найденных по РЖ, поскольку в каждой работе имеются ссылки на другие литературные источники.

Целесообразно просматривать РЖ за последние 5 лет, а ссылки на использованную литературу в прорабатываемых литературных источниках делать за последние 10 лет. Подбор литературы РЖ целесообразно начинать с пономерного предметного указателя за календарный год, в результате чего находят номер РЖ и номер реферата по нтересующей тематике (например, "автоматическое регулирование", "автомагическое управление", "оптимизация" и т.д.).

Существенную помощь в подборе технической литературы по интересующим вопросам оказывают предметный указатель в систематическом каталоге библиотеки и библиографические обзоры по различным проблемам науки в техники.

Изучению иностранных литературных источников существенно помогает просмотр "Экспресс-информации", выпускаемых по различным областям техники, так как в них приведены переводы на русский язык наиболее ценных статей зарубежных авторов. При выполнении курсового проекта патентную литературу можно не просматривать. Указанный информационный поиск можно производить с помощью Internet.

После завершения информационного поиска нужно составить аннотации по наиболее полезным литературным источникам, провести сопоставительный анализ данных, а также выписать сведения, которые могут быть использованы при выполнении курсового проекта.

При оформлении соответствующего раздела КП целесообразно приводить анализ сведений отдельно по физико-химическим закономерностям управляемого технологического процесса и отдельно - по опыту его автоматического оптимального управления.

Литературный обзор состояния решаемой проблемы выполняется всеми студентами комплексной бригады. Распределение работ по этому этапу производится либо внутри бригады студентами самостоятельно, либо руководителем курсового проекта.

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

При математическом описании технологических процессов как объектов управления используются математические модели статики (ММС), описывающие установившиеся состояния, и математические модели динамики (ММД), описывающие переходные режимы процессов. И те, и другие могут быть построены аналитическими и экспериментальными методами или в результате их совместного использования. Кроме того, ММС могут быть получены из моделей динамики, если приравнять нулю все производные по времени дифференциальных уравнений, описывающих динамику процессов.

Аналитические методы построения математических моделей основаны на теоретическом анализе и экспериментальных исследованиях физико-химических закономерностей технологических процессов - гидродинамики, кинетики химических реакций, термодинамики, массопередачи. При построении неформальных математических моделей используется так называемый "блочный принцип" построения. Согласно этому принципу вначале на основании изучения процесса перемешивания вещества в технологическом аппарате составляется дифференциальное уравнение (обычное либо в частных производных), описывающее гидродинамику процесса с учетом интенсивности источника вещества. Поскольку источником вещества может быть либо химическая реакция, либо массопередача, на основании соответствующих исследований составляется уравнение кинетики либо массопередачи. Если технологический процесс сопровождается выделением либо поглощением теплоты, составляются дифференциальные уравнения, описывающие термодинамику процесса во всех зонах технологического аппарата, где возможно накопление теплоты (например, для реактора с охлаждащей рубашкой таких зон три: объем, занимаемый реакционной массой, стенка реактора и охлаждающая вода в рубашке).

Методы разработки неформальных ММ непрерывных ТП с большим количеством примеров подробно изложены в [2, с. 41-90; З, с. 237- 307; 4, с. 315-334 ; 5, с. 35-43 ] .

Соответствующий раздел комплексного курсового проекта должен выполняться на основании материалов по описанию технологических процессов, выдаваемых руководителем КП, а также сведений о характере физико-химических процессов автоматизируемого технологического процесса, полученных в процессе выполнения анализа современного состояния исследования технологического процесса и его автоматического управления.

Существует множество экспериментальных методов получения математических моделей объектов управления. Эти математические модели называют формальными, так как структура математических выражений не зависит ни от физико-химической сущности протекающих реальных процессов, ни от конструкций технологических аппаратов, а определяется требуемой степенью адекватности математической модели реальному процессу.

Далее приведена краткая характеристика методов определения уравнений статики и динамики объектов управления в результате проведения активных и пассивных экспериментов с указанием соответствующей технической литературы, где эти методы подробно изложены. Результаты исследований статических и динамических характеристик объектов (таблицы данных статистического исследования объектов при пассивном и активном экспериментах, графики переходных и импульсных функций) выдаются студентам руководителем КП совместно с описанием технологии управляемого процесса и дополняются в результате изучения соответствующей технической литературы.

При идентификация ММС непрерывных технологических процессов, используют методы пассивного и активного экспериментов. При пассивном эксперименте получают выборку экспериментальных данных, фиксируя с выбранной периодичностью значения всех технологических параметров процесса.

Оценку зависимости выходной величины от входных воздействий (уравнение статики исследуемого объекта управления)обычно ищут в форме уравнения множественной регрессии

,

где

- оценка выходной переменной; - входные переменные; , , , -коэффициенты уравнения регрессии,

Коэффициенты уравнения регрессии можно определить методом

наименьших квадратов из условия

где n - объем выборки из совокупности выходных переменных;

- фактические значения выходной переменной; - оценка выходной величины по уравнению регрессии.

Для увеличения точности ММС идентификацию коэффициентов уравнений статики объектов производят методом активного (факторного) эксперимента. Методика расчета коэффициентов уравнения регрессии на основании данных, полученных в результате факторного эксперимента, наиболее полно приведена в [l2; 13] .

В настоящее время при разработке систем оптимального управления технологическими процессами используются ММД процессов в виде систем дифференциальных уравнений высокого порядка, систем уравнений состояния, передаточных функций и частотных характеристик. Использование в качестве математической модели обычных дифференциальных уравнений и уравнений состояния в векторно-матричной форме требует применения при анализе и синтезе автоматической системы управления методов вычислительной математики и ЭВМ. Особенность использования передаточных функций и частотных характеристик при разработке САУ состоит в том, что они позволяют при анализе и синтезе систем операции интегрирования и дифференцирования заменить умножением и делением, так как при этом интегродифференциальные уравнения сводятся к алгебраическим.

В данных методических указаниях рассмотрены методы обработки экспериментальных данных, позволяющих определять передаточные функции и частотные характеристики объектов. При этом, имея передаточные функции проекта

и используя понятие операторной передаточной функции

, можно перейти к обычным дифференциальным уравнениям либо к уравнениям состояния.

Например, передаточной функции

соответствует дифференциальное уравнение