71820

Разработка САУ процессом копчения продуктов

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В данном курсовом проекте описывается анализ и синтез САУ процессом копчения продуктов с регулятором в контуре управления. Составляются математическое описание объекта управления исполнительных и измерительных устройств.

Русский

2014-11-12

156.5 KB

14 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Поволжский государственный технологический университет

Кафедра ПиП ЭВС

Разработка САУ процессом копчения продуктов

пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Теория автоматического управления»

                                                                       Выполнил: ст. группы УИТС–41

                                      Орлов В.М.

             Проверил: к.т.н., доцент

                Савиных А.Б.

Йошкар–Ола

2012

Аннотация

В данном курсовом проекте описывается анализ и синтез САУ процессом копчения продуктов с регулятором в контуре управления.

Составляются математическое описание объекта управления, исполнительных и измерительных устройств. Производится анализ показателей качества на основании полученных ЛАЧХ и ЛФЧХ и графиков переходных процессов. Анализируется инвариантность синтезированной системы.


Задание на курсовую работу

Разработать систему автоматического управления процессом копчения продуктов, используя ТЭН и датчик температуры.


Содержание

Перечень сокращений…….………………………………………………………5

Введение……….…………………………………………………………………..6

1. Техническое задание…………………………………………………………...7

1.1. Введение………………………………………………………………7

1.2. Основание для разработки…………………………………………...7

1.3. Технические  требования……………………………………………..7

2. Техническое предложение……………………………………………………10

2.1. Обзор литературы…………………...………………………………10

2.2. Обоснование выбора элементов системы…………………………11

3. Техническое проектирование…………………….…………………………..12

3.1. Математическое описание системы………………………………..12

        3.2.Синтез регулятора состояния методом АКАР….…………………..14

Заключение……………………………………………………………………….17

Список литературы………………………………………………………………18

Приложения……………………………………………………………………...19


Перечень сокращений

  1.  ЛАЧХ – логарифмическая амплитудная частотная характеристика.
  2.  ЛФЧХ - логарифмическая фазовая частотная характеристика.
  3.  САУ – система автоматического управления.
  4.  А – матрица состояния.
  5.  det – определитель матрицы.
  6.  E – единичная матрица.
  7.  s -  оператор Лапласа.
  8.   T – постоянная времени.
  9.  t – время.
  10.   W(s) – передаточная функция.


Введение

САУ процессом копчения продуктов представляет собой  закон изменения температуры с течением времени до достижения температуры, при которой обеспечивается процесс горячего копчения.

В разрабатываемую систему входят ТЭН и датчик температуры.

Основными целями курсовой работы являются:

  •  закрепление теоретических знаний по дисциплинам «Современная теория управления» и «Теория автоматического управления»;
  •  приобретение навыков анализа решений существующих задач автоматизации;
  •  приобретение навыков по решению вопросов проектирования систем автоматического управления.

 

1 Техническое задание

  1.  Введение

Данное техническое задание распространяется на разработку и испытание системы автоматического управления процессом копчения продуктов.  Основной целью функционирования данной системы является регулирование температуры, которая должна подняться до определенного значения для осуществления процесса горячего копчения.

  1.  Основание для разработки

Основанием для разработки является задание на курсовой проект по дисциплине «Теория автоматического управления».

Тема: «Разработка САУ процессом копчения продуктов».

1.3 Технические требования

1.3.1. Технические параметры:

  •  длительность переходного процесса                              не более 2мин.
  •  количество перерегулирований                                      не более 1
  •  величина перерегулирования                                         не более 20%
  •  ошибка в установившемся состоянии                                       5%
  •  запас устойчивости по фазе                                            не менее 10..200
  •  запас устойчивости по модулю                           не менее 5…10дБ                                           

Окончательные требования к потребляемой мощности, чувствительности и инвариантности системы уточняют в процессе разработки.

1.3.2. Принцип работы

Продукты (например, рыба) вручную укладываются в коптильную камеру. Далее на ТЭН подается напряжение, и он начинает нагревать температуру в камере до 120 о С и поддерживать эту температуру в течение необходимого времени. При этой температуре и происходит процесс горячего копчения.  

1.3.3. Требования к надежности

Требования к надёжности согласно ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники».

Средняя наработка на отказ, не менее               20000 ч

Средняя наработка на сбой, не менее      5000 ч

Среднее время на восстановление работоспособности, менее    2 ч

Средний срок службы с учетом проведения восстановительных

работ, не менее               10 лет

Коэффициент технического использования, не менее            0.95

1.3.4. Условия эксплуатации

Условия эксплуатации согласно ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники» и ГОСТ 25467-82 «Изделия электронной техники».

Климатическое исполнение и категория изделия – УХЛ4.2.

Температура окружающего воздуха    от -45 до +40 ºC 

Относительная влажность(при 35ºC)             от 40 до 90%

Атмосферное давление      от 84 до 107 кПа

Группа исполнения изделия по стойкости к механическим факторам – М1.

Диапазон вибрационных нагрузок    от 1 до 35 Гц

Амплитуда ускорения      5 м/с2

2 Техническое предложение

2.1 Обзор литературы

Рынок рыбных продуктов в России – один из наиболее динамично развивающихся и перспективных и характеризуется неизменно растущим покупательским спросом. Это вполне объяснимо, потому что кроме несомненных вкусовых достоинств рыбопродукты обладают огромной биологической ценностью: рыба содержит множество полезных микроэлементов, белки легко усваиваются организмом человека, рыбий жир включает в себя большое количество незаменимых полиненасыщенных кислот.

Богатство водных ресурсов нашей страны позволяет значительно расширить ассортимент рыбопродуктов. Чтобы производить продукт отменного качества и при этом добиться ощутимого снижения себестоимости, необходимо активно внедрять современные средства автоматизации.

Одним из основных видов переработки рыбы является копчение: горячее и холодное. Качество конечного продукта зависит от предварительной подготовки рыбы, плотности дыма и соблюдения необходимого температурного режима. Для автоматизации процесса копчения в камерах изготовления рыбных деликатесов широко используется универсальный двухканальный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151.

К задачам, которые необходимо решить при разработке системы, относятся:

  1.  синтез наблюдателя и регулятора САР
    1.  обеспечение заданных критериев качества управляемости
    2.  обеспечение минимальных значений чувствительности
    3.  обеспечение инвариантности системы

2.2.Обоснование выбора элементов системы

В состав системы входят: трубчатый электронагреватель, датчик температуры.

Выбор ТЭН

Для постепенного нагрева воздушной среды в коптильной камере выберем ТЭН мощностью 1 кВт и напряжением 380 В.

Выбор датчика температуры

Основной критерий для выбора датчика – возможность работы при высоких температурах. Первичный измерительный преобразователь ТТ-2000 РТ100 может работать даже при 200о С, поэтому удовлетворяет нашему требованию.


3. Техническое проектирование

3.1 Математическое описание системы

Структурная схема системы:

Передаточные функции звеньев:

  1.  ТЭН

  1.  Датчик температуры (первичный измерительный преобразователь)

- апериодическое звено

- коэффициент чувствительности

  

Т=3 – период срабатывания датчика

Преобразуем:

Заменим ,

Получаем дифференциальное уравнение:

Запишем уравнение теплового баланса для коптильной камеры с учетом внешних воздействий:

Запишем уравнение теплового баланса для воздуха в коптильной камере:

Система испытывает внешнее воздействие. Температура воздуха внешней среды изменяется каждые 15 минут:

Подставляя коэффициенты:

- удельная теплоемкость стали,

- удельная теплоемкость воздуха,

- масса камеры,

- масса воздуха внутри камеры,

- масса воздуха вне камеры

И заменяя переменные:

Получаем систему дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши и добавим в уравнение зависимости датчика и исполнительного устройства закон управления, который необходимо найти:

3.2 Метод АКАР

Выберем нелинейную макропеременную, причем нелинейность обусловим переменным температуры:

Продифференцируем макропеременную:

Основное функциональное уравнение имеет вид:

Подставив в это уравнение производную макропеременной и макропеременную, найдем закон управления:

Подставим найденный закон управления в исходную систему и линеаризуем ее:

Составим матрицу А:

Найдем определитель матрицы , приравняем его к нулю и найдем корни характеристического уравнения. Выберем переменные так, чтобы корни этого уравнения были отрицательны:

3.3 Анализ основных характеристик синтезированной системы

Синтезированная система с регулятором и наблюдателем имеет следующие технические характеристики:

Время переходного процесса                                    90 с  

Величина перерегулирования                                   0  

Ошибка в установившемся состоянии                                 0  

Запас устойчивости по фазе                                   ∞  

Запас устойчивости по модулю                                  ∞  

В результате синтезированная САУ с регулятором отвечает всем техническим требованиям, заданным в техническом задании.

3.3 Проверка системы на инвариантность

Для проверки синтезированной системы на инвариантность подадим на объект управления возмущение. Структурная схема с графиком переходного процесса, смоделированного в программе VisSim, приведена в приложении. По графику можно увидеть, что величина ошибки, вызванной внешними воздействиями стремится, к нулю и время затухания ошибки меньше времени переходного процесса. Это означает, что система инвариантна.

Заключение

В ходе курсового проектирования были рассмотрены различные варианты построения разработанной системы. После проведения анализа было выбрано решение, которое наиболее точно соответствует требованиям технического задания.

Подводя анализ технического предложения, можно заметить, что система автоматического управления процессом копчения продуктов инвариантна к внешним возмущениям, удовлетворяет требуемым параметрам, также отвечает показателям качества.


Список литературы

  1.  Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Теория автоматического управления техническими системами: Учеб. пособие. – М: Изд-во МГТУ, 1993. – 492 с..
  2.  ГОСТ 7.9-77. Реферат и аннотация. – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 6 с.
  3.  В.Н.Афанасьев, В.Б.Колмановский, В.Р.Носов. Математическая теория конструирования систем управления. Издание второе, дополненное. – М.: "Высшая школа", 1998, - 574 с.
  4.   Савиных А.Б. Теория автоматического управления: Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 210100 «Управление и информатика в технических системах». – Йошкар-Ола: Изд-во МарГТУ, 2005. - 72 с.

Приложения


+

Uвх=20 В

U(x)

ТЭН

ПИП

K1

ТОУ

 k

TS+1

T


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32352. Понятие системы (структуры) права. Особенности структуры права различных государств. Современные представления о системе российского права и тенденции ее развития 45.5 KB
  Понятие системы структуры права. Особенности структуры права различных государств. Современные представления о системе российского права и тенденции ее развития. Под системой права понимается определенная внутренняя его структура строение организация которая складывается объективно как отражение реально существующих и развивающихся общественных отношений.
32353. Методы правового регулирования (авторитарный и автономный) способы правового воздействия. Современные тенденции развития способов и методов правового регулирования в российском праве 37 KB
  Методы правового регулирования авторитарный и автономный способы правового воздействия. Современные тенденции развития способов и методов правового регулирования в российском праве. Юридическая наука различает понятия правового воздействия и правового регулирования. Тем не менее следует отличать строго определенные средства правового воздействия на общественные отношения специально предназначенные для их непосредственного регулирования.
32354. Понятие правосознания. Структура правосознания 30 KB
  Правосознание это совокупность представлений и чувств выражающих отношение людей социальных общностей классов наций народа к действующему и желаемому праву. Будучи субъективной реакцией человека на правовую действительность правосознание с одной стороны представляет форму вид общественного сознания наряду с нравственным политическим религиозным эстетическим и др. Право и правосознание связаны неразрывно. Алексеев правосознание неизбежный спутник права.
32355. Педагогическая деятельность, ее структура и специфика. Требования к личности учителя 16.92 KB
  Требования к личности учителя. Содержание определяется соцфакторами место и функция учителя в обществе требования общества к учителю и соцпсихологическими факторами ожиданиями окружающих общественными ожиданиями и установками. Коммуникативный – установление и поддержание отношений с учащимися родителями администрацией учителями. Учитель должен знать и учитывать особенности ученика которые мешают или помогают ему и соответственно реагировать на них медлительность ученика связанная с его темпераментом требует терпения и такта...
32356. Психологические основы обучения. Учение как процесс и ка деятельность. Основные модели обучения 17.22 KB
  Основные модели обучения. Учение как организованный процесс является стороной обучения и является продуктом учебной деятельности. Компоненты обучения: Целевой цели и задачи Содержание учебная программа Деятельностный деятельность педагога и учащихся Результативный оценка самооценка Функции обучения: Образовательная усвоение ЗУНов Воспитательная ценностное отношение к миру Развивающая установление взаимосвязи между явлениями и факторами Обучение – целенаправленная познавательная деятельность учащихся направленная на усвоение ими...
32357. Общее понятие о темпераменте. Свойства и типы темперамента, их проявление в деятельности и поведении 16.91 KB
  Темперамент – врожденные индивидуальные особенности человека обусловливающие динамические характеристики интенсивности и скорости реагирования степени эмоциональной возбудимости и уравновешенности особенности приспособления к окружающей среде. Они определяют динамику различной деятельности человека – игровой учебной трудовой рекреационной: Реактивность – степень непроизвольности реакций человека на внешние или внутренние воздействия одинаковой силы. Пластичность – легкость гибкость и быстрота приспособления человека к меняющимся внешним...
32358. Самосознание личности. Структура самосознания. Развитие самосознания в онтогенезе 18.56 KB
  Таким образом самосознание включает в себя: Самопознание интеллектуальные аспекты познания себя Самоотношение эмоциональное отношение к самому себе В целом можно выделить три пласта сознания человека: Отношение к себе Ожидание отношения других людей к себе атрибутная проекция Отношение к другим людям: эгоцентрический уровень отношений если мне помогают то это хорошие люди группоцентрический уровень если принадлежит к моей группе то он хороший просоциальный уровень поступай с другими так как хотел чтобы поступали стобой ...
32359. Общие понятия о характере. Структура характера. Типология характера 13.96 KB
  Структура характера. Типология характера. В структуре личности характера занимает центральное место объединяя все другие свойства и особенности поведения: Влияет на познавательные процессы На эмоциональную жизнь На мотивацию и волю Определяет индивидуальность и своеобразие личности Характер человека – сплав врожденных свойств высшей нервной деятельности с приобретенными в течении жизни индивидуальными чертами. Структура характера: Черты выражающие направленность личности устойчивые потребности установки интересы склонности идеалы цели...
32360. Групповая и совместная деятельность. Факторы эффективности групповой и совместной деятельности 15.38 KB
  Факторы эффективности групповой и совместной деятельности. Совместимость – способность членов группы к совместной деятельности. Виды совместимости: Психофизиологическая – определенное сходство характеристик людей и на этой основе согласованность их эмоциональных и поведенческих реакций синхронизация темпа совместной деятельности. Критерии оценки: Результаты деятельности.