Разработка САУ температурой воды на выходе котла ТТ 100

При пропорциональном законе регулирующее воздействие прямо пропорционально отклонению параметра от заданного значения(8)где Кр – коэффициент передачи регулятора, являющийся параметром его настройки.Для работы П-регулятора характерно наличие статической ошибки регулирования ∆YСТ.Интегральный закон регулирования описывается выражением [11]:(9)где ТИ – постоянная времени интегрирования (параметр настройки регулятора); часто величину в формуле (9) заменяют на КР по аналогии с формулой (8).При этом законе регулятор будет изменять регулирующее воздействие до тех пор, пока не перестанет изменяться величина интеграла, т.е. пока регулируемый параметр не вернется к заданному значению. Таким образом, после завершения работы И-регулятора статической ошибки не остается (ΔYСТ= 0). Пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования является комбинацией П- и И-законов.(10)ПИ-регулятор имеет два параметра настройки: КР и ТИ. (параметр ТИ называют временем изодрома или временем удвоения). Пропорционально-интегральный регулятор обеспечивает более высокое качество регулирования, чем П- и И-регуляторы. Статической ошибки не оставляет (ΔYСТ = 0).Наиболее сложным законом регулирования является пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД), который описывается выражением(11)где ТД – постоянная времени дифференцирования или время предварения.ПИД-регулятор имеет три параметра настройки: КР, ТИ, ТД. Он применяется на наиболее «трудных» объектах и там, где требуется обеспечить высокое качество регулирования.2.5 Выбор закона регулированияИнженерный метод (метод Копеловича А.П.) выбора закона регулирования основан на том, что реальные промышленные объекты представляются в виде следующих звеньев:– апериодического;– чистого запаздывания. При этом звенья должны быть соединены последовательно. Последовательность действий при выборе закона регулирования следующая. 1. Рассчитывается отношение τЗ / Т0. Затем необходимо следовать условиям:– τЗ / Т0 ≤ 0,2 – позиционный регулятор;–τЗ / Т0 > 0,2 – регулятор непрерывного действия.Подставляя значения, получим:τЗ / Т0=0,36, следовательно, выбирается регулятор непрерывного действия.2. По причине того, что выбран регулятор непрерывного действия, то необходимо определить реализуемый закон. Выберем наиболее распространённый закон с σ = 20%. Следовательно, при расчётах будем опираться на зависимость RД = f( τЗ / Т0 ), представленную на рисунке 2.2,б. При выборе необходимо определить такой закон регулирования, чтобы опираться на RД, которое было рассчитано ранее.а – для апериодического переходного процесса; б – для процесса с σ = 20%; в – для процесса с ; 1 – И-регулятор; 2 – П-регулятор; 3 – ПИ-регулятор; 4 – ПИД-регулятор.Рисунок 2.2 – Графики для выбора закона регулированияВыбор производим по рисунку 2.2, б. В результате, получим ПИ-регулятор.3. По приведенным на рисунке 2.3 зависимостям τР / τЗ =f(τЗ / Т0 ) определите обеспечиваемое выбранным регулятором время регулирования τР. Рисунок 2.3 – Зависимость времени регулирования от τз /Т0 Исходя из расчётов:τР / τЗ =4,26.По графику, рисунок 2.3,б, τР / τЗ=21, следовательно, ПИ-регулятор, удовлетворяющий заданному времени регулирования, принимается окончательно.2.6 Расчет оптимальных значений параметров настройкирегулятораФормулы для расчета оптимальных значений параметров настройки регулятора приведены в [6]. Выбираем необходимые формулы, зная, что у нас ПИ-регулятор и тип переходного процесса с σ = 20%.При ПИ-регуляторе с условием σ = 20%, получим:;3 ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯИсходные данные, необходимые для выполнения исследования, были получены на этапах идентификации объекта и синтеза САУ. Для удобства использования внесите эти данные в таблицу 3.1.Таблица 3.1-Исходные данные для исследования САУЗадающеевоздействиеПараметры модели объекта регулированияЗначения параметров настройки регуляторовZ (U)КобТ0зКРТИТД1351140,055279–На рисунке 3.1 представлена схема исследуемого объекта моделирования в Matlab. Рисунок 3.1 – Структурная схема разработанной САУ в MatlabНа рисунке 3.1 представлены следующие блоки:– Step – сигнал задания;– Gain и TransferFcn1 – П и И составляющие ПИ-регулятора;– TransferFcn и TransportDelay – реализация передаточной функции объекта управления (формула 4). – Scope – блок отображения переходного процесса. На рисунке 3.2 представлен переходный процесс на выходе системы.tнtппРисунок 3.2 – Переходный процессНиже представлены качественные показатели переходного процесса:– время нарастания tн= 9,5 с.– время переходного процесса tпп=29 с.– установившееся значение Yуст=1– перерегулирование σ=(Ymax-Yуст)/ Yуст= (1,08 – 1)/1=8%Все качественные показатели находятся в соответствующих пределах согласно заданию. На рисунке 3.3 представлена диаграмма Найквиста. Для оценки устойчивости воспользуемся критерием Найквиста-Михайлова: если система устойчива, то годограф W(jω) не должен охватывать критическую точку с координатами {-1; j0}.На рисунке 3.3 круг, обозначенный точкой-тире соответствует критическому. Синим выделен круг нашей системы. Согласно критерию Найквиста-Михайлова – система считается устойчивой. Рисунок 3.3 – Диаграмма НайквистаЧастотные характеристики разработанной АСР представлены на рисунке 3.4. .Рисунок 3.4 – Частотные характеристики разработанной САУСогласно представленным на рисунке 3.4 АЧХ (вверху) и ФЧХ (внизу), система является устойчивой, т.к. показатели запаса по фазе и запаса по амплитуде превышают 30 Дб и 60, соответственно. ЗаключениеВ настоящее время невозможно представить развитие производства без использования средств автоматизации. Замена физического труда человека позволяет существенно сэкономить на оплате труда, а также снижает вероятность остановки технологического процесса. Преимущества внедрения САР заключаются в следующем:– повышается производительность труда;– уменьшается использование различных ресурсов (топливо, электрическая энергия и т.д.);– увеличение конкурентоспособности продукции;– уменьшение рабочего персонала. Первая глава данной курсовой работы была посвящена исследованию общих положений теории автоматического управления относительно работы котла ТТ-100. Рассмотрены его основные части, представлены принципы управления. Приведены технические характеристики котла, приведена функциональная схема автоматизации. Во второй главе была создана функциональная схема системы автоматического регулирования температуры и её математическая модель в программе Matlab Simulink. Проведен анализ САР влажности по переходным и частотным характеристикам. Выявлено, что с рассчитанными значениями ПИ-регулятора система считается устойчивой. Внедрение системы автоматического регулирования температуры позволит стабилизировать качество получаемого на выходе продукта и обеспечит улучшение показателей протекания технологического процесса. Список использованной литературыБесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов.– 4-е изд., перераб. и доп. М.: СПб Изд-во, «Профессия», 2014.-747 с.  Демин С.В. Организация автоматизированного теплового пункта АБК ООО «Водоканал» г. Мыски в натуральном и денежном выражении» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ido.tsu.ru/energy/files/kemerovo/DeminSV.pdfФирман О.И., Колокольникова А.И. Особенности автоматизации тепловых пунктов.Суриков В.Н., Буйлов Г.П Автоматизация технологических процессов и производств: учебнометодическое пособие по курсовому проектированию/ ВШТЭ СПбГУПТД.-СПб., 2017.- 116 с.: ил.41, табл.4.Хохрова А.В., Подборский Л.Н. Проектирование автоматизированного индивидуального теплового пункта [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://elib.sfu-kras.ru/bitstream/2311/18555/1/s56_017.pdfКим, Д.П. Теория автоматического управления: учеб. пособие для студентов вузов/ Д. П. Ким. / - М.: Физматлит, 2013 - Т. 1: Линейные системы. - 2013. - 287 с.  Дембовский В.В. Моделирование и оптимизация технологических систем и процессов. Математическое моделирование литейных процессов с применением ЭВМ. –Л.: СЗПИ, 2013.Власов К.П. Теория автоматического управления. Основные положения. Примеры расчетов : учеб. пособие / К. П. Власов. - Харьков : Гуманитар. Центр, 2013. - 539 с.Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. – М.: Металлургия, 2012.Проектирование систем контроля и автоматического регулирования металлургических процессов / под ред. Г.М.Глинкова. – М.:Металлургия, 2012.Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 2. Нелинейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 304 с. - ISBN5-9221-0379-2.