Идентификация модели форпресса МП-700 как объекта управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Раздел 1. Идентификация и моделирование технологических объектов

1.1 Общий анализ технологического процесса, реализуемого агрегатом, целей и условий его ведения

1.1.1 Составление схемы и описание технологического процесса, реализуемого технологическим агрегатом, как целенаправленного преобразования материальных и энергетических потоков

Существует две схемы получения масла механическим способом: первичное прессование с использованием форпрессов и вторичное -- с применением прессов экспеллерного типа.

MAC первичного прессования (форпрессовый цех) приведена на рис. 1. Мятка, полученная в вальцовом станке, поступает в чанную жаровню 1, где начинается ее влаготепловая обработка. В результате этого происходят изменения форм связи масла с белковым комплексом ядра. При этом увеличивается содержание поверхностного масла, которое легко отжимается в прессах.

При выходе из жаровни обработанная мятка, которая теперь называется мезга, поступает в шнековый пресс 2 для съема масла -- в так называемый форпресс. Здесь под действием давления масло частично отпрессовывается и стекает в поддон. Частично обезжиренная мезга, или так называемая форпрессовая ракушка, после выхода из пресса подвергается дальнейшей переработке.

Полученное форпрессовое масло направляют на предварительную очистку. При этом масло из прессов вместе с осыпью поступает на гущеловушку 3, где за счет гравитационных сил происходит процесс отстаивания масла, в результате чего отделившаяся осыпь, содержащая большое количество масла, снова отправляется на переработку в жаровню.

Предварительно очищенное масло поступает в фильтр-пресс« для горячей фильтрации. Шлам из фильтр-прессов содержит значительное количество масла, поэтому в фильтр-прессе его отжимают при помощи инертного газа. Обезжиренный таким образом шлам направляется снова в жаровню для переработки. Полученное фильтрованное масло выводится из цеха.

С целью улучшения качества и механизации технологических процессов при очистке прессового масла гущеловушки и фильтр-прессы заменяют на горизонтальные шнековые центрифуги и сепараторы.

Механические примеси из масла удаляются в поле центробежных сил, образующихся за счет вращения соответствующих рабочих органов этих машин.

Схема дальнейшей переработки полученной форпрессовой ракушки, содержащей 15... 18% масла, не зависит от вида культуры; она обусловливается только способом извлечения оставшегося масла -- прессованием или экстракцией.



Рис. 1- Технологическая схема

Для получения масла механическим способом с применением давления можно использовать гидравлические и шнековые прессы. Гидравлические прессы раньше имели широкое распространение, но из-за конструкционных недостатков в настоящее время полностью вытеснены шнековыми прессами.

Шнековые прессы можно классифицировать по технологическому назначению на две группы:

-для предварительного съема масла (форпрессы);

-для окончательного съема масла (экспеллеры).

Форпрессы применяют в технологических схемах форпрессование -- экстракция и двукратного прессования для предварительного съема масла. Основными признаками форпрессов являются: большие диаметры зеерного цилиндра и шнекового вала, достигающие в приемной камере 320...250 мм; увеличенная частота вращения шнекового вала (18...28 мин-1, а в некоторых конструкциях 30... 100 мин-1).

Для окончательного (второго) отжима масла в схеме двукратного прессования предназначено шнековый пресс-экспеллер. Экспеллер характеризуется меньшим диаметром зеерного цилиндра и шнекового вала (130... 155 мм), сниженной частотой вращения шнекового вала (4,5... 5,5 мин"1).

Физическая сущность процесса прессования мезги в шнековых прессах состоит в следующем. Приготовленная для прессования мезга представляет собой сыпучий пористый материал с пластичными свойствами. Под действием давления от сжатой мезги отделяется жидкая часть -- масло, а твердые частицы спрессовываются в брикет -- жмых. При сжатии мезги происходит уменьшение промежутков между частицами, что приводит к выделению масла. При значительном уплотнении самих частиц отжимается основное количество масла.

Основное количество масла (до 96 % ) от извлекаемого в прессе; отжимается в первой половине пресса, в зоне первой и второй ступеней давления. При прессовании мезги происходит дополнительное вскрытие клеток (10... 15%).

Сочетание пластических и упругих свойств мезги, которые приобретает она при жарении, является одним из основных факторов, определяющих величину развиваемого в прессе давления, что обусловливает и глубину отжима масла. Кроме того, глубин отжима зависит от характера нарастания давления и времени прибывания мезги под давлением.

Оптимальная пластичность мезги для предварительного ил; окончательного прессования достигается определенными режимами влаготепловой обработки. Отклонение от установленных режимов влечет за собой изменение оптимального сочетания влажности и температуры мезги, что приводит к нарушению процесса прессовании. Мезга влажностью выше оптимальной имеет повышенную пластичность, при ее прессовании жмых не формируется, выходит в виде бесформенной пластинчатой массы. Сток масла смешается в сторону поступления материала. Через зеерные щели выходит значительное количество мезги. Резко снижается нагрузка на электродвигатель пресса.

В случае пересушивания мезга имеет пониженную пластичность, а прессуемый материал выходит из пресса в виде сухой жесткой высокомасличной крупки или муки. Сток масла по зеерному цилиндру смещается в сторону выхода жмыха. Нагрузка на приводной электродвигатель вначале возрастает, а затем резко снижается, что является следствием падения давления на прессуемую мезгу.

Действие на мезгу высоких давлений в процессе прессования способствует к уплотнению молекул аминокислот, изменению свойств белковых веществ, имеющему аналогичный характер с денатурацией, и к снижению их растворимости. Высокие давления в процессе окончательного прессования приводят к перемещению частиц мезги, вызывая при этом дополнительное нагревание прессуемого материала, что, в свою очередь, обусловливает более глубокую денатурацию белков с 70 до 35%.

Брикетирование жмыха происходит следующим образом. Под действием давления частицы мезги сближаются за счет уменьшения промежутков между ними, затем, соприкасаясь, давят одна на другую, что приводит к деформации отдельных частиц в местах разрыва масляных пленок. В определенный период мезга перестает быть сыпучей, а ведет себя как целое пластичное тело. При дальнейшем повышении давления образуется гелевый пористый брикет жмыха. При снятии давления за счет упругих деформаций в жмыхе образуются крупные трещины и мелкие поры.

1.1.2 Описание конструкции технологического агрегата и особенностей его эксплуатации

Маслопресс модели “МП - 700? позволяет выполнять холодное и горячее прессование маслосодержащих культур, а также их жмыхов по схеме одно-, двух- или трехкратного прессования. Отличительной особенностью данной модели является легкость очистки и сборки, которые занимают около 5 минут, прочность, а также возможность повторного прессования.

Назначение пресса

Пресс МП -700 предназначен для получения растительных масел из семян подсолнечника, сои, рапса, клещевины, горчицы, зародышей кукурузы и других маслосодержащих культур методом прессования без предварительной обработки сырья.

Сырье должно иметь влажность не выше 6 - 7% прогрето до температуры 50°С очищено от органического сора, минеральных примесей, металлических и твердых предметов.

Технические данные

1. Производительность (по семенам подсолнечника) т/сутки 18

2. Частота вращения валов, об/мин. 60; 78;

3. Степень сжатия 5,6

4. Диапазон температур нагрева мятки, °С 90 -150

5.Выход масла при масличности семян подсолнечник 50 %), % 36-38

6. Остаточная масличность жмыха (для подсолнечника), 12-14%

7. Осыпь с пресса, %, не более 6

8. Зазоры зеерных камер, мм 0,45; 0,25

9. Емкость бака шля сбора масла, л 200

10. Напряжение сети переменного тока, В 380±10%

11. Частота тока, Гц 50±1

12. Число фаз 3

13. Максимальная и потребляемая мощность, кВт 15

14. Габаритные размеры, мм, не более

* длина 3400

* ширина 1200

* высота 1600

15. Масса пресса, не более, кг 2500

16.Обслуживающий персонал, чел. 1

* - при использовании непрогретой или влажной семечки производительность и выход масла снижается

Устройство пресса

Рис. 2. Устройство форпресса. Пресс состоит из следующих основных узлов: 1-Электродвигатель, 2-редуктор, 3-муфта, 4- звездочка цепной передачи, 5-питатель пресса, 6- шнековной виток, 7- Шнековый вал, 8- переходное кольцо, 9- Зеерная камера, 10 - Механизм для изменения толщины выходящего из пресса жмыха, 11 - Маслосборное устройство, 12 - сферические двухрядные подшипники.

1.1.3 Формулирование (в общем виде) условий, при которых возможно и целесообразно реализовывать рассматриваемый технологический процесс

Целью любого технологического процесса, в частности и процесса извлечения масел, является получение заданных продуктов с заданными показателями качества. И, конечно, данный технологический процесс целесообразно реализовывать в том случае, если в результате его проведения предприятие получает определённую экономическую прибыль. А для этого необходимо, чтобы выполнялись некоторые условия. Для процесса сушки кофе они следующие:

- количество масла, производимого за 1 час, не должно быть меньше, чем 175 кг;

- потери сырья и продукта не должны превышать 3% от первоначальной массы;

- удельные, т.е. на единицу продукции, затраты энергии на процесс не должны превышать нормативных значений;

- режимы работы технологического оборудования не должны выходить за гранично-допустимые;

- вредное воздействие технологического процесса извлечения масел на человека и природу не должно превышать нормативных значений;

- нарушение режимов ведения технологического процесса и работы оборудования, которое приводит к аварийным ситуациям, перерастание которых в аварию приводит к значительным экономическим потерям или даже к катастрофическим последствиям, должны быть редкими явлениями и должны быть предусмотрены меры по предупреждению таких ситуаций.

1.1.4 Параметризация схемы технологического процесса и общая характеристика параметров и их взаимосвязей

Рис.3. Параметризованная схема технологического процесса

1.2. Конкретизация регламентов и условий ведения процесса, его формализованное представление

1.2.1 Выявление нормативов ведения технологического процесса работы технологического агрегата

Основу нормативов составляют три основных регламента: технологический, эксплуатационный, технико-экономический и экологический.

Технологический регламент - определяет условия, при которых в результате процесса извлечения масел получается продукт с заданными свойствами. Он представляет собой набор номинальных значений и допусков на отклонения от номиналов технологических параметров.

Эксплуатационный регламент - определяет условия нормальной безаварийной работы технологического оборудования. Он представляет собой набор номинальных значений и допусков на отклонения от эксплуатационных параметров данного технологического объекта.

Технико-экономический и экологический регламент - определяет условия эффективности ведения процесса и его экологичности. Он представляет собой набор номинальных или гранично-допустимых значений технико-экономических и экологических параметров.

Для нашего процесса:

- технологический регламент -Р давление в форпрессе; I-ток двигателя;

-эксплуатационный регламент- ; I нагр- ток нагрузки электропривода.

-технико-экономический и экологический регламент- Qпр- количество высококачественной продукции; П- производительность.

1.2.2 Анализ последствий выхода технологических и эксплуатационных параметров за регламентные допуски

При отклонении параметров процесса извлечения масел от регламентных значений, обусловленных изменением параметров, характеризирующие условия ведения процесса даже при достаточно эффективном управлении ним, могут превышать допустимые значения. Однако при выходе за допуски технологических регламентов технологический процесс не останавливается, а выход за допуски ликвидируется с течением времени. Следствием выхода технологических параметров за допуски является снижение качества выпускаемой продукции и увеличение брака.

Допуски на отклонения текущих значений регламентированных параметров делятся на длительные и кратковременные. Допустимые отклонения определяют зону незначительных отклонений, посередине которой значение параметра можно считать близким к нормативному, поэтому эти отклонения не ликвидируют. Кратковременные допустимые отклонения параметров превышают зону не значимых отклонений и приводят к снижению эффективности процесса, поэтому они допустимы только на протяжении ограниченного времени, который задаётся и входит в регламент. Выход параметров за зону кратковременно допустимых отклонений свидетельствует об отклонении в технологическом процессе или в эксплуатации оборудования, которые могут привести к аварии.

В нашем случаи номинальный ток нагрузки привода составляет 24 А, а допустимые кратковременные отклонения - 8А.

Таблица 1

Таблица регламентов

Наименование параметров	Обозначе-ние	Единица измерения	Номинальное значение параметра	Допустимые отклонения от номинала
				Длительные (t>?)	Кратковременные (0<t<<?)
				величина	величина	Время, с
Ток нагрузки привода	I	А	24	±0.2	±0.5	25

1.2.3 Выявление параметров, характеризующих условия ведения технологического процесса и эксплуатации технологического агрегата

Приведенная на рис. 2 технологическая схема является графическим отображением движения и преобразования материальных и энергетических потоков. Каждый поток и процесс преобразования его механических, физических, химических и биологических свойств характеризуется набором параметров, которые отображают их свойства и условия преобразования потоков. Эти параметры нанесены на схему рис. 1. Их нанесение на схему технологического процесса и есть её параметризацией.

Рассмотрим параметры, нанесенные на данную схему

электрические параметры:

- Uс - напряжение сети;

- fс - частота сети.

Текущие значения нормативных параметров всегда отличаются от номинальных вследствие изменения условий, в которых ведётся процесс. Эти условия также характеризуются определёнными параметрами и могут быть сгруппированы по некоторым признакам.

Сырьевые параметры характеризуют свойства продукта, идущего на переработку. Для данного процесса к ним относятся

Тс- температура семян.

Энергетические параметры характеризуют энергию, которая подводится к технологическому оборудованию извне и расходуется на изменение свойств продуктов. К ним относятся:

Uс (напряжение сети),

fс (частота сети),

Кэн- коэф. мощности энергии.

Механические параметры технологического оборудования характе-ризуют состояние его рабочих органов. К ним отнесём

і(степень износа рабочих органов) ,

N(налипание жмыха).

1.2.4 Формализация параметрической схемы технологического процесса

Параметризованная схема технологического процесса имеет содержательный характер. Формализация описания взаимосвязей между параметрами технологического процесса достигается за счёт перехода к формализованной параметрической схеме технологического процесса. При этом те параметры, которые отражают цели функционирования объекта моделирования и дополнительные требования к нему, т.е. те параметры, которые регламентированы, будут являться выходными, а параметры, отражающие условия функционирования объекта - входными.

Рис.4. Параметрическая схема технологического процесса

1.3. Формализованное представление технологического агрегата в виде координатной схемы объекта управления

1.3.1 Конкретизация целей и задач управления объектом, выявление регулируемых и оптимизируемых координат

Целью ведения технологического процесса производства масла в форпресс мп- 700 является обеспечение оптимальных параметров тока в .

Параметры: I нагр- ток нагрузки электропривода.

Выбор управляющих переменных (координат) объекта управления.

В качестве управляющих переменных (координат), т.е. переменных, изменяя которые целенаправленно, мы сможем влиять на изменение регулируемых переменных, изменяя расходы материальных энергетических потоков, выбираем:

Uдг - частотное управление электроприводом

1.3.3 Выделение и классификация возмущающих координат объекта управления

После выделения управляющих воздействий все остальные входные переменные отнесем к разряду возмущений. При этом все возмущения формально объединим в группы неконтролируемых возмущений (по числу управляющих воздействий), они имеют общие (контролируемые) последствия - заставляют изменяться управляемые переменные, и будем считать их действующими аддитивно управляемым переменным.

Выделять контролируемые возмущения в нашем случае не целесообразно т.к. они усложняют математическую модель, а также изменяются медленно их изменение не существенно, а также не сильно влияет на технологический процесс.

1.3.4 Составление формализованной координатной схемы объекта регулирования

Структурная (координатная) схема объекта управления является очередным и последним этапом формализации представления ТП как ОУ. При переходе к такой схеме, осуществляется переход к использованию другого понятийного аппарата, общего с ТАУ. Понятие «параметр» заменяется на понятие «переменная (координата)».

Рис.5 Структурная (координатная) схема ОР

Раздел 2. Идентификация моделей каналов преобразования координатных воздействий объекта управления.

2.1 Априорный анализ статических и динамических свойств объекта управления

2.1.1 Априорный анализ и выбор структуры моделей динамических свойств каналов управления и контролируемых возмущений на основе знания физических закономерностей технологического процесса

Свойства канала объекта регулирования подразделяются на статические и астатические. Каналы с самовыравниванием называются статическими, а каналы без самовыравнивания астатическими. Если модель канала объекта описывается дифференциальным уравнением с постоянными параметрами, то такие модели канала объекта управления называются стационарными, модели со сменными параметрами - нестационарными.

Априорный анализ и выбор структуры модели динамических свойств каналов управления:

Канал регулирования тока главного привода

Канал состоит из шибера для регулировки загрузки семян. Как и предыдущий канал - этот канал также является статическим со стационарными свойствами

форпресс управление эксплуатация

2.1.2 Априорный анализ и принятие решения о допустимости линеаризации статических свойств каналов управления и возмущений объекта регулирования

Предположим, что в каналах регулирования температуры масла и ток нагрузки главного привода изменяются в достаточно узких диапазонах, значит можно было бы воспользоваться линейной моделью статики, для которой между входной и выходной координатами устанавливается прямо пропорциональная зависимость. При этом следует помнить, что на канал регулирования температуры оказывает перекрестное действие канала регулирования тока нагрузки главного привода, т. е. последние вносят семейство статических характеристик. Таким образом, линейные модели статических характеристик справедливы для фиксированных значений входных воздействий каналов регулирования.

2.2 Идентификация линеаризованных моделей статики каналов управления объекта регулирования в окрестности его рабочих режимов

2.2.1 Краткий сравнительный анализ и выбор целесообразных входных воздействий для экспериментального исследования статических и динамических свойств объекта с целью получения необходимой информации о свойствах каналов объекта для случая, когда входные переменные каналов доступны для целенаправленного изменения

Эксперименты для получения математических моделей статики могут быть пассивными и активными (как и при получении моделей динамики). Активные эксперименты по характеру плана их проведения могут быть обычными и оптимальными. Мы будем проводить обычный (классический) активный эксперимент, сущность которого заключается в выборе диапазонов изменений факторов, шага приращения факторов, последовательности их изменения и числа повторений этих изменений.

2.2.2 Планирование активного эксперимента на объекте для реализации выбранного метода и отображение результатов натурного и мысленного эксперимента в виде оценок статических характеристик

Изменением управляющего воздействия U,выведем объект в зону рабочего режима (добьемся таких значений управляемых переменных, которые находились бы в окрестности их номинальных значений):I= 24 A ,и дождемся наступления установившихся режимов.

Осуществим ступенчатые воздействия на объект путем приращенияU, на 10 единиц (при этом I будет находиться в допустимом диапазоне)

Зарегистрируем изменения выходных переменных до наступления новых установившихся режимов.

Ниже приведем экспериментальные переходные характеристики объекта управления.

U, % х.р.о.

Рис.6. Переходная характеристика входного воздействия

Рис.7.Переходная характеристика объекта полученная в результате мысленного эксперимента

2.2.3 Анализ полученной в ходе эксперимента информации, обоснование и выбор структуры моделей каналов (структурная идентификация моделей)

Практика разработки САУ сама выявила наиболее конструктивный путь - использование малопараметрических моделей невысокого порядка с запаздыванием. Он согласуется и с подходами к отражению неопределенностей в моделях т.к. введение запаздывания учитывает структурную неопределенность моделей. Наличие запаздывания в моделях предопределяет, в результате синтеза, получение грубых САУ.

Так, в данной курсовой работе целесообразно описывать свойства каналов управления при помощи моделей первого и второго порядков с запаздыванием. При этом структура таких моделей будет следующей:

Для модели каналов со статическими свойствами (с самовыравниванием) :

1-й порядок:

2-й порядок:

2.2.4 Выбор методик и проведение параметрической идентификации моделей первого и второго порядков

Есть много методик для определения временных параметров модели. Для параметрической идентификации моделей каналов объекта управления первого и второго порядков будем использовать методику «2-х общих точек» (Мининой).

Расчет параметров для каналов ОУ со статическими свойствами:

Методика «2-х общих точек» (Мининой), модели 1-го порядка:

t0.33=5,5c

t0.7=8 c

Методика «2-х общих точек» (Мининой), модели 2-го порядка:

t0.19=4,2c

t0.7=8 c

2.3 Идентификация линеаризованных моделей динамики каналов контролируемых координатных возмущений

2.3.1 Выбор и описание метода экспериментальных исследований с целью получения необходимой информации о каналах объекта для случая, когда входные переменные каналов недоступны для целенаправленного изменения

Наиболее распространенный случай вынужденного применения статических методов - идентификация моделей каналов ОУ, для которых входные переменные недоступны для целенаправленного изменения. Информация для реализации методов собирается в ходе пассивного эксперимента, когда на достаточно длительных интервалах времени синхронно фиксируются во времени существенные изменения входных и выходных переменных каналов ОУ.

РАЗДЕЛ 3. Реализация моделей на ЦВМ и подтверждение их адекватности

3.1 Реализация на ЦВМ моделей каналов преобразования воздействий и подтверждение их адекватности

3.1.1 Разработка структурных схем и программ моделирования динамики каналов преобразования воздействий, получение переходных характеристик моделей и их сравнение с экспериментальными переходными характеристиками либо их оценками

Моделирование моделей каналов объекта управления будем производить совместно с моделированием экспериментальных переходных характеристик, с целью их сравнения, будем проводить по следующей схеме:

Рис.8. Схема моделирования моделей каналов объекта управления



Рис.9. Переходные характеристики: Экспериментальная; Модели 1-го порядка методика «2-х общих точек»(Мининой); Модели 2-го порядка методика «2-х общих точек»(Мининой).

По полученным характеристикам можно сделать вывод, что реализованная на ЦВМ модель непрерывного весового дозирования являются адекватной, т.к. совпадают с характеристикой полученной экспериментально.

3.2 Реализация на ЦВМ полной модели объекта управления и подтверждение ее адекватности

Рис.10. Схема полной модели объекта управления U, %х.р.о

.

Рис.11. Переходная характеристика входного воздействия

Рис.12. Переходные характеристики объекта управления: Экспериментальная; Модель объекта управления.

Проведя предварительный сравнительный анализ экспериментальных переходных характеристик каналов объекта управления и моделей каналов, визуально, можно установить их схожесть и сделать вывод об адекватности моделей объекту управления. Окончательно сделать выводы об адекватности моделей можно после применения их на практике.

4. Формулирование задач управления технологическим агрегатом.

4.1 Декомпозиция общей задачи управления агрегатом и формулирование частных задач

Общая задача управления заключается в обеспечении желаемых характеристик объекта функционирования, в нашем случае главный двигатель. Из общей задачи управления можно выделить частные задачи:

а) поддержание выходного переменного объекта управления I, на его заданном значении, а именно I=24 A - это задача регулирования;

б) приспособление в процессе управления системой к её изменяющимся свойствам - это задача адаптации;

в) обеспечение наилучших в определённом смысле режимов работы системы - это задача оптимизации;

г) изменение общего состояния оборудования при пусках, остановах, в частности, при возникновении аварийных ситуаций - логическое управление.

Целью ведения технологического процесса является обеспечение оптимальных параметров экструдирования.

Целесообразность решения задачи адаптации обусловлена изменяющимися параметрами объекта регулирования.

Задача оптимизации позволяет оптимально управлять непрерывным экструдированием. Поддержание параметров на уровне заданных значений имеет смысл лишь тогда, когда от бункера поступает зерно нашнек. В момент отсутствия зерна в бункере, параметры с целью экономии энергоресурсов, необходимо поддерживать в пределах таких значений, чтобы решить задачу компромисса между энергосбережением с одной стороны и возможностью обеспечить оптимальные параметры в момент планируемого времени загрузки зерна от бункера, и при этом затратить как можно меньше энергии.

4.2 Формализация требований к решению задачи регулирования и выбор принципа построения системы автоматического регулирования

Исходя из требований технологии процесса и эксплуатации технологических машин, могут быть заданы определенные требования к отклонениям (ошибкам) регулируемых переменных:

К предельно-допустимым динамическим отклонениям ;

К отклонениям, которыми можно пренебречь, т.е. ЗНО (зона незначемых отклонений);

К времени существования допустимых динамических отклонений за пределами ЗНО tпп доп .

Отразив эти предельные условия графически, можно задать регламентную зону переходного процесса.

Для рассматриваемого нами ТП вышеописанные требования можем представить в таблице регламентов, полученной в предыдущих разделах:

Таблица регламентов

Наименование параметров	Обозначе-ние	Единица измерения	Номинальное значение параметра	Допустимые отклонения от номинала
				Длительные (t>?)	Кратковременные (0<t<<?)
				величина	величина	Время, с
Ток нагрузки привода	I	А	24	±0.2	±0.5	30



Рис. 13 Регламентная зона переходного процесса.

5. Конкретизация структуры САР и алгоритмов регулирования.

5.1 Разработка на основе выбранного в п. 4.2.3. общего принципа построения САР, ее простейшей конкретной структуры

В п. 4.2.3 из нескольких альтернатив общего принципа построения САР нами был выбран принцип замкнутого управления. Исходя из полученной в результате исследований в предыдущих разделах полной модели объекта управления, и добавив для каждого канала управления регулятор, получим систему автоматического регулирования.

Рис.14 Структура САР

5.2 Выбор нескольких альтернативных вариантов типовых алгоритмов регулирования, запись их уравнений и передаточных функций

Существует 5 вариантов типовых алгоритмов регулирования:

1. Пропорциональный алгоритм регулирования (П-регулятор);

2. Интегральный алгоритм регулирования (И-регулятор);

3. Пропорционально-интегральный алгоритм регулирования (ПИ-регулято);

4. Пропорционально-дифференцирующий алгоритм регулирования (ПД-регулятор);

5. Пропорционально-интегральный-дифференцирующий алгоритм регулирования (ПИД-регулятор).

Наиболее целесообразным является рассмотрение и сравнительный анализ ПИ и ПИД - алгоритмов регулирования, так как из предыдущих исследований, синтеза САР известно, что наиболее эффективными являются именно эти алгоритмы регулирования.

Запишем уравнения и передаточные функции ПИ и ПИД - законов регулирования:

1. ПИ-регулятор:

2. ПИД-регулятор:

5.3 Разработка структурной схемы и программы цифрового имитационного моделирования САР при детерминированных и стохастических входных воздействиях

Рис.15. Структурная схема моделирования САР

5.4 Параметрический синтез САР с различными вариантами типовых алгоритмов регулирования и их сравнительный анализ для детерминированных входных воздействий

Под инженерными методиками параметрического синтеза САР понимают методики расчета настроечных параметров регуляторов по заданным свойствам объекта регулирования и по сформулированным требованиям к качеству переходных процессов, точнее к переходным характеристикам. Инженерные методики несут в себе компромисс между простотой и удобством их использования с одной стороны и качеством настройки регулятора с другой.

Расчет параметров регулятора по инженерным методикам предполагает, что при расчете будут использоваться параметры объекта первого порядка с запаздыванием, возмущение при этом считается приведенным к каналу регулирования и является ступенчатым. Для этого мы приведем значения параметров объекта из расчётно-графического задания по дисциплине «ИМОА, полученные при идентификации модели нашего объекта, как объекта первого порядка с запаздыванием.

Параметры обьекта по каналу U - F

;

;

Воспользуемся методикой расчёта настроечных параметров регулятора Копеловича А.П. Выбираем колебательный переходный процесс с Rп = 20%, настроечные параметры:

ПИ-регулятора:

Коэффициент передачи:

Время изодрома:

ПИД-регулятора:

Коэффициент передачи:



Рис. 16. Схема параметрического оптимального синтеза САР с ПИ-регулятором.

6. Структурный синтез САР повышенной динамической точности

6.1 Анализ особенностей объекта регулирования, снижающих динамическую точность и выбор способов ее повышения за счет введения в структуру САР дополнительных связей

На динамическую точность системы может влиять множество факторов, например:

контролируемые возмущения;

неконтролируемые возмущения;

большое запаздывание в объекте;

сильное взаимовоздействие между каналами посредством перекрёстных связей.

Для устранения вышеприведенных неблагоприятных факторов создаются системы повышенной динамической точности, соответственно:

САР, инвариантная к контролируемым возмущениям;

САР с косвенным измерением возмущений;

САР с компенсацией запаздывания в контуре регулирования;

САР, обеспечивающая автономность относительно собственных движений;

Каскадные САР.

Разработка на основе выбранных способов повышения динамической точности САР, её структурной схемы и формулирование (в аналитической форме) условий, обеспечивающих необходимые свойства САР.

Для повышения динамической точности системы я буду использовать САР с компенсацией запаздывания в контуре регулирования.



Рис. 17. САР с компенсацией влияния запаздывания в контуре регулирования.

Вывод передаточных функций корректирующей связей, анализ их структуры из условий физической реализуемости, приведение к физически реализуемому виду, представление в форме соединения типовых динамических звеньев и получение переходных характеристик.

Запаздывание не будет влиять на собственное движение САР в том случае, если его передаточная функция не входит в собственный оператор системы Qс(p).

Запишем передаточные функции «обычной» и рассматриваемой (с корректирующей связью) САР:

;

=

= =

;

Выпишем их собственные операторы, представив (р) в виде произведения двух передаточных функций: передаточной функция объекта, из которой и исключено запаздывание (р) и передаточной функции запаздывания , т.е. = .

Итак, Qco(p) = ;

Qск(p) = 1 + Wp(p)Wк(p) + Wp(p).

Для обеспечения независимости собственного движения САР от запаздывания объекта, необходимо, чтобы это запаздывание не входило всобственный оператор системы. Для этого требуется, чтобы собственный оператор системы с корректирующей связью имел бы точно такой же вид, как и собственный оператор идеализированной системы без корректирующей связи и без запаздывания.

То есть:

;

откуда .

Очевидно, что в корректирующей связи могут быть использованы передаточные функции только модели объекта. Чтобы подчеркнуть это, перепишем:

;

где модель запаздывания объекта;

передаточная функция модели объекта без запаздывания.

Рис. 18. Пример переходных характеристик САР простейшей структуры с прогнозирующей связью

Рассмотрим реализацию Wк(p): она является физически реализуемой.

Рис. 19. Схема реализацию Wк(p)

6.2 Упрощение корректирующих связей с учетом особенностей их технической реализации и параметрический синтез САР при детерминированных входных воздействиях

Выбор начальных приближений параметров упрощённых корректирующих связей из условия близости переходных характеристик корректирующих связей до и после их упрощения (возможно применение любых методик - как оптимизационных, так и обычных).

В тех случаях, когда реализация звеньев чистого запаздывания затруднена, возможна упрощенная реализация Wк(p).

В качестве упрощенныхWк(p) можно использовать:

;

Выбор начальных приближений параметров упрощенных корректирующих связей из условий близости переходных характеристик корректирующих связей до и после их упрощения (возможно применение любых методов как оптимизационных, так и обычных)

В виде начальных приближений для оптимизируемых параметров КС можно задавать .

Разработка структурной схемы и программы цифрового имитационного моделирования и параметрический оптимальный синтез САР повышенной динамической точности для детерминированных (ступенчатых) входных воздействий.



Рис. 20. Схема моделирования САР повышенной динамической точности

Рис. 21. Оптимизация параметров КС

 t, c

Рис. 22. Переходная характеристика САР повышенной динамической точности

6.3 Анализ грубости САР повышенной динамической точности к вариации параметров объекта регулирования

Выбор параметров объекта управления, по которым целесообразно оценить грубость САР, значения их вариаций и планирование активного эксперимента по оценке грубости.

Система является грубой, если при малых вариациях параметров ОУ показатели качества САР также изменяются мало.

На практике грубая система автоматического регулирования - это работоспособная система.

Зная физические свойства ОУ, можно сделать вывод о том, что в реальных условиях вариация его параметров будет не большой, поэтому оценку грубости САР будем проводить с вариацией параметров ±20%.

Активный эксперимент по оценке грубости будет осуществлён с помощью ЭВМ, а конкретно с помощью специальных программных средств, предназначенных для имитационного моделирования САР с вариацией параметров объекта управления.



Рис. 23. Результаты проверки на грубость САР повышенной динамической точности

Исходя из результатов проверки системы на грубость, можно сделать вывод о робастности рассматриваемой системы автоматического регулирования повышенной динамической точности.

Таблица 3

Параметры ОУ и критерия оптимальности	Условия
	«благоприятные»	«неблагоприятные»
ko	0.2	0.2	0.2	0.16	0.16	0.16
о	3.4	3.4	4.25	4.25	5.1	5.1
T	2.49	3.12	2.49	3.12	3.74	3.74
J	15.53	15.84	16.22	93.30	93.31	94.33

6.4 Сравнительный анализ САР простейшей структуры и повышенной динамической точности

Сравнительный анализ переходных процессов в параметрически оптимальных САР по величинам критериев и показателей, на которые установлены предельно-допустимые значения

t, c

Рис. 24. Результаты моделирования САР простейшей структуры и повышенной динамической точности:

1- САР повышенной динамической точности;

2- САР простейшей структуры;

Таблица 4

Результаты сравнения занесены в таблицу

Параметры \ Каналы	САР повышенной динамической точности	САР простейшей структуры
	u1- Tв	u1 - Tв
Ду	0.1	0.4
Трег	40	100
I	17	30

6.5 Выводы по разделу

В результате выполнения данной раздела курсовой работы была разработана САР повышенной динамической точности - САР инвариантную к контролируемым возмущениям.

В результате синтеза САР повышенной динамической точности мы получили систему показатели качества которой с более высокой динамической точностью в сравнении с САР простейшей структуры, а главное более грубую. Это означает повышение работоспособности и надежности системы.

Как уже было выше сказано, более грубой оказалась САР повышенной динамической точности в силу введения в САР корректирующих связей.

Введение корректирующих связей в контура регулирования способствует значительному повышению динамической точность и система становится более работоспособной и устойчивой к различным изменениям параметров ОУ. Таким образом целесообразней использовать полученную систему повышенной динамической точности.

Список литературы:

1. Конспект курса лекций по дисциплине “Теория автоматического управления” (часть I)- Хобин В.А. ОГАПТ. Одесса - 2008 г.

2. Конспект курса лекций по дисциплине “Теория автоматического управления” (часть II)- Хобин В.А. ОГАПТ. Одесса - 2008 г.

3. Методические указания к выполнению и оформлению курсовой работы по дисциплине «Теория автоматического управления» для студентов специальностей 7.092501 дневной и заочной форм обучения / Сост. В.А. Хобин, - Одесса: ОГАПТ, 2000 г.

Размещено на Allbest.ru

...