13371

Дослідження автоматичної системи регулювання температури

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторна робота №8 на тему: Дослідження автоматичної системи регулювання температури 1.Мета роботи 1. Дослідити систему автоматичного регулювання АСР температури та визначити динамічні характеристики обєкта керування. 2. Теоретичні відомості 2....

Украинкский

2013-05-11

371.5 KB

25 чел.

Лабораторна робота №8

на тему:

Дослідження автоматичної системи регулювання температури

1.Мета роботи

 

1. Дослідити систему автоматичного регулювання (АСР) температури та визначити динамічні характеристики об'єкта керування.

2. Теоретичні відомості

2.1. Загальні відомості

При розрахунку настроювань регуляторів широко використовуються досить прості динамічні моделі промислових об'єктів керування. Зокрема, використання моделей інерційних ланок першого або другого порядку з запізненням для розрахунку настроювань регуляторів забезпечує в більшості випадків якісну роботу реальної системи керування.

В більшості АСР математична модель об’єкта керування задається: у вигляді передаточної функції інерційної ланки першого порядку:

,                                       /.1/

де Kо – коефіцієнт передачі об’єкта;

Т – стала часу,

τ – запізнення, що повинне бути визначене поблизу номінального режиму роботи об'єкта.

2.2. Визначення параметрів перехідних характеристик

Для визначення динамічних властивостей об'єкта на практиці найчастіше використовують методику зняття перехідної характеристики.

При визначенні динамічних характеристик об'єкта за його перехідною характеристикою (кривою розгону) на вхід подається пробний сигнал ступінчастої або прямокутної форми. Тобто перехідна характеристика об'єкту являє собою графік зміни вихідної /регульованої/ величини Хвих в часі, якщо на вхід подається дія одиничної функції Хвх=1(t).

Процес одержання передаточної функції об'єкта, виходячи з даних про перехідний процес, називається ідентифікацією об'єкта.

При знятті перехідної характеристики необхідно,  щоб у початковий момент часу , система керування знаходилася у спокої, тобто регульована величина X (наприклад, температура в печі) і керуючий вплив регулятора Y (вихід регулятора на виконавчий механізм) не змінювалися, а зовнішні збурення були відсутні. Наприклад, температура в печі залишається постійною і виконавчий механізм не змінює свого положення. Потім на вхід виконавчого механізму подається ступінчастий вплив, наприклад, включається нагрівач. У результаті стан об'єкта починає змінюватися.

2.3. Визначення динамічних характеристик об'єкта керування із самовирівнюванням за його перехідною характеристикою

Самовирівнюванням процесу регулювання називається властивість регульованого об'єкта після порушення рівноваги повертатися до усталеного стану самостійно, без участі людини або регулятора. Самовирівнювання сприяє більш швидкій стабілізації регульованої величини і, отже, полегшує роботу регулятора.

Процес зміни параметра X(t) і його перехідна характеристика h(t) зображена на рис. 1.

Знявши криву розгону і оцінивши характер об'єкта керування (із самовирівнюванням або без), можна визначити параметри відповідної передаточної функції.

Передаточну функцію виду (вираз 1) рекомендується застосовувати для об'єктів керування з явно вираженою переважаючою постійною часу.

ПРИКЛАД. При подачі на вхід деякого об'єкта ступінчастого сигналу була отримана перехідна характеристика (див. приклад на рис. 1). Потрібно визначити параметри перехідної характеристики.

Визначення динамічних характеристик об'єктів по кривій розгону виконується методом дотичної до точки перегину перехідної характеристики (кривої розгону).

У даному випадку точка перегину відповідає переходові кривої від режиму прискорення до режиму уповільнення темпу наростання вихідного сигналу.

Рис. .1. Перехідна характеристика (крива розгону) об'єкта із самовирівнюванням

За видом перехідної характеристики можна визначити динамічні властивості об'єкта:

К0, Хуст, τd, T, R.

1) динамічним коефіцієнтом підсилення називається величина, що показує, у скільки разів дана ланка підсилює вхідний сигнал (в усталеному режимі), і дорівнює відношенню величини технологічного параметра Хуст в усталеному режимі до вхідної величини Y:

                                            /2 /

Коефіцієнт підсилення об'єкта K0 для об'єктів із самовирівнюванням є величиною, зворотною коефіцієнтові самовирівнювання  ().

2)  усталене значення вихідної величини Хуст – це значення X при t. Наприклад, максимальне значення температури в печі, що може бути досягнуте при встановленій потужності нагрівача.

3) у системах автоматичного регулювання після одержання збурюючого впливу регульований параметр змінюється не миттєво, а через якийсь час. Цей час називається запізненням τd процесу в об'єкті. Розрізняють ємнісне і транспортне (передаточне) запізнення.

Ємнісне запізнення залежить від ємності об'єкта регулювання. Наприклад, паровий котел за рівнем води в барабані має ємнісне запізнення.

Транспортним (динамічним) запізненням τd називається проміжок часу від моменту зміни вхідної величини Y до початку зміни вихідної величини X. Наприклад, це може бути час після включення нагрівача, за який температура в печі досягне значення ≈ 0,1 Хуст.

Чим більший час повного запізнення τd, тим складніше регулювати такий процес. Найбільше запізнення мають об'єкти, в яких регулюється температура, а найменшим – об'єкти, в яких регулюється витрата рідини.

4) стала часу об'єкта Т може бути визначена відповідно до рис. 7.1. Стала часу об'єкта досить точно може бути визначена як час, за який температура досягне значення 0,63*Хуст мінус τd1, тобто:

T = T0,63d1 .                                           /3 /

5)  максимальна швидкість зміни параметра R – нахил перехідної характеристики – , може бути визначена за формулою:

.                                             /4 /

3. Програма роботи

1. Підготовка лабораторної установки та програмного забезпечення до проведення досліду.

2. Вивчення будови лабораторної установки.

3. Розробка функціональної схеми автоматизації лабораторної установки.

4. Зняття перехідної характеристики системи керування в розімкнутому стані (зняття кривих розгону).

5. Розрахунково-дослідна частина – обробка результатів експериментів і підготовка звіту.

До виконання роботи необхідно приступити після вивчення теоретичного матеріалу.

4.  Схема дослідження системи регулювання

Досліджувана АСР складається з об'єкта регулювання, давача температури (термоопору), перетворювача сигналів (БПО-32), регулятора «МІК-21», виконавчого пристрою (твердотільного реле) і регулюючого пристрою (паяльника у ролі нагрівального елемента) (рис. 2).

Рис. 2. Структурна схема замкнутої АСР

Об'єкт керування – резервуар.

Регульована величина у – температура.

Керуючий вплив u – тривалість імпульсів напруги, які подаються на нагрівальний елемент паяльника.

Збурюючі впливи f зміни температури навколишнього середовища і напруги живлення твердотільного реле.

Загальний вигляд схеми дослідження показано на рис. 3.

Рис. 3. Зовнішній вигляд лабораторної установки

Значення регульованої величини показується і реєструється на ПЕОМ.

Визначення:

Задаючий вплив (задане значення регульованого параметра, завдання х) – вплив на систему, що визначає необхідний закон зміни регульованої величини.

Керуючий вплив (u) – вплив керуючого пристрою на об'єкт керування.

Збурюючий вплив (f) – вплив, що прагне порушити необхідний функціональний зв'язок між задаючим впливом і регульованою величиною.

Помилка керування  = х - у) – різниця між заданим (х) і дійсним (у) значеннями регульованої величини.

Регулятор (Р) – комплекс пристроїв, що приєднуються до регульованого об'єкта й забезпечуючих автоматичну підтримку заданого значення його регульованої величини чи автоматична зміна її по визначеному закону.

Керування – формування керуючих впливів, що забезпечують необхідний режим роботи ОК.

Регулювання – частковий вид керування, коли завданням є забезпечення сталості якої-небудь вихідної величини ОК.

Додатковий зв'язок у структурній схемі АСР, спрямований від виходу до входу розглянутої ділянки кола регулюючого впливу, називається зворотним зв'язком (ЗЗ). Зворотний зв'язок може бути негативним чи позитивним.

Принцип функціонування одноконтурної АСР: регулятор здійснює постійне порівняння поточного значення регульованої величини у із заданим значенням х, визначаючи помилку е = ху.  Якщо поточне значення дорівнює заданому, то регулятор не змінює керуючий вплив (АСР працює в усталеному режимі), у протилежному випадку – керуючий вплив u на об'єкт змінюється відповідно до величини помилки. Чим більша помилка регулювання (і довше вона спостерігається), тим більша зміна керуючого впливу.

5. Порядок виконання роботи

  1.  Візуально оглянути лабораторну установку. Ознайомитися з призначенням кожного її елемента.
  2.   За згодою викладача подати живлення на лабораторний стенд, ввімкнувши вимикач SA1.
  3.  На ПЕОМ запустити на виконання сконфігурований ОРС-сервер натиснувши в меню відповідну кнопку (Пуск\Програми\Microl\ModBus OPC Server\Конфігурація сервера). Через меню Файл даної програми виконати команду Зробити активним і у вікні, що відкриється, вибрати файл ОРС.ocf.

Крім того, необхідно запустити Редактор представлення даних СКАДА системи ТРЕЙС МОУД. В цій програмі відкрити файл проекту ОРС1.сtm. Повинні з’явитися вікна з мнемосхемою та графіками з параметрами технологічного процесу (рис. 4).

 

Рис. 4. Відеокадри дисплейних мнемосхем проекту АСУ ТП в ТРЕЙС МОУД

Запустивши програму кнопкою , переконатися, що зв’язок з регулятором встановився коректно. Про це свідчитиме відсутність повідомлень про помилки та правильність відображення значень технологічних параметрів.

  1.  Перевести регулятор МІК-21 в ручний режим роботи, для чого натиснути на його передній панелі клавішу [Р/А] (індикатор РУ почне миготіти) та підтвердити дію натисканням клавіші [](індикатор РУ почне світитись, що свідчить про ручний режим роботи).
  2.  Переконатися, що система працює в усталеному режимі після чого стрибкоподібно змінити керуючий вплив регулятора. Зміну керуючого впливу можна проводити як з передньої панелі регулятора, так і у вікні СКАДА системи. На регуляторі потрібно клавішами [] [] встановити значення на 40-50 одиниць більшим (меншим) за попереднє.
  3.  В одному з графічних вікон ТРЕЙС МОУД потрібно спостерігати перехідний процес зміни температури в об’єкті керування до виходу його в усталений режим.
  4.  Користуючись отриманим графіком, записати в таблицю 1 значення температури та часу з певним кроком.

Таблиця .1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

t, с

0

Т, C

  1.   За отриманими у п. 6 даними побудувати графік динамічної характеристики системи керування.

           9.     Зробити ідентифікацію об‘єкта керування: побудувати

      перехідну характеристику розімкнутої системи за кривою

      визначити параметри об’єкта керування - К0, Хуст, τd, T, R;

       визначити передаточну функцію об’єкта керування;

        10. Зробити висновки.

        11.Оформити звіт про виконання лабораторної роботи.

                       6. Вимоги до звіту

 Звіт повинен включати в себе:

  •  Титульний лист
  •  Мету роботи
  •  Програму роботи
  •  Таблицю з експериментальними даними (1)
  •    Графік перехідної характеристики розімкнутої АСР температури з допоміжними побудовами для визначення параметрів системи та графік зміни керуючого впливу
  •  Висновок про результати роботи

7. Контрольні запитання

1. Приведіть формулу передаточної функції інерційної ланки першого із запізненням і поясніть її складові.

2. Дайте визначення перехідної характеристики об’єкту.

3. Які умови треба виконати при знятті перехідної характеристики?

4. Що називають самовирівненням об’єкту керування?

5. Яким методом здійснюється визначення динамічних характеристик по кривій розгону?

6. Намалюйте  вигляд перехідної характеристики об’єкту із самовирівненням і назвіть, які  динамічні властивості можна по ній визначити?

7.  Приведіть визначення К0, Хуст, τd, T, R.

8. Опишіть процедуру експериментального одержання перехідної кривої для заданого номінального режиму.

9. Намалюйте структурну схему АСР температури і поясніть її складові.

10. Як функціонує одно контурна АСР?


 

f

2

 

f

1

 

e

 

Регулятор

 

«МІК

-

21»

 

Виконавчий

 

пристрій

 

 

Об

єкт

 

Давач

 

температури

 

x

 

u

Нормувач

 

сигналів

 

Регулюючий

 

пристрій

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32124. les traits specifiques du francais parle 26.5 KB
  Par le terme modalité on désigne les rapports qui existent entre le fait énoncé et la réalité ainsi que lattitude du sujet parlant envers ce fait. Pour traduire la modalité, le français dispose de moyens multiples qui relèvent de la grammaire, du lexique et de la phonétique
32125. Les notions principales de la sience sont apparues dans l’Antiquité 11.67 KB
  Les notions principles de l sience sont pprues dns l’ntiquité. Plusieurs procédés de style décrit pr les nciens ont grdé leurs noms grecs : tropes métphore métonymie etc. les etudes des svnts du Moyen ge ont pprofondi les idees des nciens mis un grnd essort est du ux linguistes des 1617 siecles qui ont posé le problème de l norme cthegorie neuve pour les etudes linguistiques. l linguistique connu un nouvel essor vec les trvux d’Humbolt et de Sussure l’opposition entre l lngue et l prole fit ressurgir le problème du style.
32126. la problematique de cette science est riche ce qui s’explique par le parcours assez long qu’elle a suivi avant de retrouver son autonomie 11.47 KB
  On peut essyer de controler les definitions de l’objet d’etude de l stylistique proposes pr des uteurs de mnuels : on ur chque fois une definition prticuliere. Les stylisticiens estimeent que cette science étudie les styles de l lngue les procédés expressifs propres ux unités linguistiques les styles des oeuvres littérires publicistes scintifiques et utres ; les prticulrités expressifs des styles fonctionnels. Guirud l’objet d’etudes de l stylistique est exprime comme c L tâche de l stque est de reconnître de décrire de définir et de...
32128. Le concept de style est compliqué, polyvalent et controversé 11.22 KB
  Le concept de style est compliqué polyvlent et controversé. Le style est ussi ssocie ux genres litterires dont il represente des modes d’expression necessires ; Les nciens distinguient 3 styles : le simple le tempéré et le sublime. Puis les linguistes ont élrgi le nomenclture de styles en ttribunt non seuleument ux genres littérires style lyrique épistolire épique historique etc mis ussi ux groupes sociux styles précieux populire cmpgnrd etc. ux 16 et 17 siècles on conçoit le style comme l’expression de l nture de l’homme styles...
32131. La connatation c’est tout ce que le mot suggère en plus de la dénotation 11.59 KB
  Guirud : Ce sont des ssocitions extrnotionnelles qui sns ltérer le concept le colorent . Il existe dns chque science un ensemble de termes propres elle seule болезни астрономические термины d’utres mots ne s’emploient guere en dehors des belleslettres perir bsoudre 2 Con. Locles et ntionles évoquent les dilectes frnçis ou des emprunts job mrijun 3 Temporelles qui ssocient les mots à une époque concrète pssé ou contmporine des néologismes et rchismes télérélité glmour ou fontgne zouve. 4 Sociles évoquent un groupe...