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

30 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

22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де внутрішній радiус трубки температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а радiус дротини температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.
22853. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОЄМНІСТі МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ОХОЛОДЖЕННЯ 626.5 KB
  Теплоємність термодинамічної системи це кількість теплоти яку необхідно надати цій системі щоб збільшити її температуру на К. Розрізняють теплоємність питому молярну . Теплоємність термодинамічної системи С. Крім того за умовами визначення теплоємності розрізняють теплоємність що визначається за сталого обєму та за сталого тиску .
22854. ВИЗНАЧЕННЯ ВІДНОШЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТЕЙ ПОВІТРЯ ЗА СТАЛОГО ТИСКУ І СТАЛОГО ОБ’ЄМУ 96 KB
  Знання  є важливим оскільки безпосереднє вимірювання CV становить значні експериментальні труднощі при V=const маса газу а отже його теплоємніcть завжди малі порівняно з відповідними величинами для калориметра і теплоємність CV звичайно обчислюють за формулою CV = CP  оскільки вимірювати CP значно зручніше. Відповідно до класичної теорії теплоємності ідеальних газів для одноатомного газу теплоємність CV = 3R 2 для газу що складається із двоатомних молекул міжядерну відстань у яких при не дуже високих температурах можна...
22855. Спостереження броунівського руху і визначення числа Авогадро 89 KB
  1 взятому з роботи Жана Перрена 18701942 точками відмічені послідовні положення однієї і тієї ж частинки через кожні 30 секунд. Напрямок і величина рівнодійної сили ударів молекул змінюється з великою частотою внаслідок чого відбувається зміна напряму руху броунівської частинки. Відносно великі частинки під дією поштовхів набувають невеликих прискорень тому їх швидкість практично не змінюється і частинка лишається нерухомою. Незважаючи на випадковий характер величини і напрямку сили що діє на броунівську частинку хаотичний...
22856. Маркировка: понятие, назначение, виды, носители информации. Содержание маркировки. Требования к маркировке в НД 18.62 KB
  Текст является наиболее распространенным элементом, наиболее доступным для потребителей и других субъектов рыночных отношений. В тексте товарной маркировки могут быть использованы все формы товарной информации.
22857. Химическая, биологическая, микробиологическая безопасность продовольственных товаров. Нормирующие и подтверждающие соответствие документы 17.24 KB
  Безопасность товара - состояние товара в обычных условиях его использования, хранения, транспортировки и утилизации, при котором риск вреда жизни, здоровью и имуществу потребителя ограничен допустимым уровнем