Скачать:  moy-otchet.zip [137,9 Kb] (cкачиваний: 20)

Кафедра автоматизации и информационных технологий

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине: «Автоматизация технологических процессов и производств»

на тему: «Расчет одноконтурной САР и исследование влияния изменения закона регулирования на качество переходного процесса»

Выполнил:

Проверил:

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В практике построения систем автоматизации объектов нефтяной и газовой и нефтеперерабатывающей промышленности широкое применение нашли одноконтурные системы автоматического регулирования (САР). В качестве примеров можно назвать регулирование давления в сепараторе (рис. 1.1), регулирование уровня жидкости в различных технологических аппаратах (абсорберах, ректификационных колоннах и т.д.), регулирование температуры на выходе теплообменника, стабилизация расходов нефти, газа, нефтепродуктов в технологических линиях.

Типичная задача настройки промышленной САР может быть сформулирована следующим образом: исходя из найденной аналитически или в результате обработки данных эксперимента передаточной функции объекта регулирования и выбранного на этапе проектирования САР закона регулятора (П, ПИ, ПИД), необходимо определить параметры настройки регулятора, которые обеспечивали бы устойчивость и заданное качество САР. В данной лабораторной работе задается передаточная функция объекта, в состав которого при проведении соответствующего эксперимента вошли датчик Д, исполнительное устройство ИУ и собственно объект регулирования ОР (рис. 1.2). Таким образом, под термином "регулятор” будем понимать "регулирующее устройство” (РУ).

Структурная схема САР при таком характере представления объекта и действии возмущения по каналу регулирующего воздействия будет иметь вид, показанный на рис. 1.3, где

Wо(p) – передаточная функция объекта;

Wp(p) – передаточная функция регулятора;

y– текущее значение регулируемого параметра;

у_з – его заданное значение;

х_р – регулирующее воздействие (выходная величина регулятора);

х_в – возмущающее воздействие;

х – воздействие на входе объекта регулирования

Далее приводятся два метода расчета параметров настройки регуляторов в одноконтурной САР.

Передаточные функции регуляторов представлены в виде:

Wp(p)=П1 – для П-регулятора;

Wp(p)=П1+П2/р – для ПИ-регулятора;

Wp(p)=П1+П2/р+П3р – для ПИД-регулятора;

где

П1=k – коэффициент усиления

П2=1/Т_и, Т_и – время изодрома

П3=Т_п , Т_п – время предварения

Рис.1.1 САР давления в сепараторе

			Рис 1.3 Структурная схема одноконтурной САР

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.Расчёт параметров настройки регуляторов с помощью расширенных АФХ

Дана передаточная функция объекта

Найти оптимальные настройки ПИ-регулятора при К=1,7; Т=1,2; t=0,5;

а)y=0,75 (m=0,221).

б)y=0,9 (m=0,366).

в)y=0 (m=0).

Решение. Перейдем от передаточной функции объекта к расширенной амплитудно-фазовой характеристике:

Инверсная расширенная АФХ объекта в алгебраической форме записи будет иметь вид:

Подставив расширенные инверсные вещественную R_o^*(m,w) и мнимую J_o^*(m,w) частотные характеристики объекта в (1.20) получим:

или при К=1,7; Т=1,2; t=0,5;

В плоскости настроечных параметров строим линию равной степени затухания для m = 0.221, m = 0.366 и m= 0 (рис. 2).

m=0,366 m=0,221 m=0

Рис. 2 Линии равного затухания

В соответствии с эмпирическим методом определения параметров настройки регулятора, оптимальных в смысле минимума квадратичной интегральной оценки, выбираем точку на линии равного затухания несколько правее точки экстремума. Этой точке соответствуют координаты для разных значений m. Интерес представляет также точка, которая соответствует настройкам И-регулятора, это точка пересечения графика с осью , а также точка которая соответствует настройкам П-регулятора, это точка пересечения графика с осью П₁ (таблица 1).

.

Таблица 1

2.Моделирование САР на ЭВМ

Возмущающее воздействие в замкнутой системе регулирования, приводящее к отклонению регулирующего параметра, может воздействовать на объект по различным каналам.

На характер изменения регулируемого параметра влияют как величина и форма возмущающего воздействия, так и динамические свойства регулируемого объекта по каналу от источника возмущения до места установки измерительного устройства.

Существует два варианта построения графиков переходного процесса в одноконтурной САР:

- при единичном скачкообразном изменении возмущающего воздействия, действующего по каналу регулирования;

- при единичном скачкообразном изменении заданного значения.

Пусть уравнение объекта регулирования имеет вид:

В качестве регулятора выбран ПИ-регулятор:

При моделировании САР на ЭВМ уравнение объекта и регулятора записывается в разностной форме.

Построение переходного процесса по возмущению

- уравнение объекта в разностной форме

-уравнение регулятора в разностной форме

-вход объекта

- интегральная оценка качества САР

При реализации на ЭВМ в программе Mathcadзаданный алгоритм для возмущающего воздействия имеет следующий вид:

Ниже приведены графики для различных настроечных параметров П, И, ПИ – регуляторов, при возмущающем воздействии:

Возмущающее воздействие

И-регулятор (m=0,221)

И-регулятор (m=0,366)

П-регулятор (m=0,221)

П-регулятор (m=0,366)

ПИ-регулятор(m=0,221)

ПИ-регулятор(m=0,366)

Вне границы устойчивости

Без регулятора

На границе устойчивости

Задающее воздействие

Построение переходного процесса при изменении задания

Уравнение объекта в разностной форме:

Вход регулятора:

Уравнение регулятора:

При моделировании задающего воздействия алгоритм, выполненный в программе MathCad, будет выглядеть следующим образом:

Ниже приведены графики переходных процессов при задающем воздействии.

И-регулятор (m=0.221)

И-регулятор (m=0.366)

П-регулятор (m=0.221)

П-регулятор (m=0.366)

ПИ-регулятор (m=0.221)

ПИ-регулятор (m=0.366)

По возмущающему воздействию

По задающему воздействию

Выводы

Для определения регулятора, который является наилучшим при данных (К=1,7; Т=1,5; t=0,5;) настроечных параметрах воспользуемся таблицей прямых показателей качества переходных процессов.

Время переходного процесса должно быть минимальным и иметь одно - два колебания, но допускается до трех-четырех колебаний. Данному условию удовлетворяют все регуляторы (П, И, ПИ) при степени затухания 0,9.

Наименьшее время переходного процесса у П - регулятора, но он имеет статическую ошибку. Поэтому рассмотрим: И и ПИ регуляторы.

ПИ – регулятор имеет по сравнению с И - регулятором:

·меньшее время переходного процесса (75 < 95);

·меньшее максимальное отклонение (5,43<6,1);

·меньшее время достижения максимального отклонения (9<15);

Отсюда делаем вывод, что наиболее оптимальным из трёх типов регуляторов (П, И и ПИ) в системе автоматического регулирования является ПИ-регулятор как по быстродействию, так и по точности достижения управляемой величиной задающего воздействия и подавления действия возмущающего воздействия.