Исследование безразмерных расходных характеристик регулирующего органа, ленточного регулятора расхода воды, методом планирования эксперимента
Разработка механизма функционирования ленточного регулятора расхода и уровня воды для рисовых чеков. Исследование устройств и систем автоматики методом планирования эксперимента. Гидравлические исследования ленточного регулятора расхода и уровня воды.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.05.2017 |
| Размер файла | 460,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗРАЗМЕРНЫХ РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛИРУЮЩЕГО ОРГАНА, ЛЕНТОЧНОГО РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА ВОДЫ, МЕТОДОМ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
Коженко Наталья Владимировна
Регулирование уровня воды в рисовом чеке, с учетом того, что оно должно быть двухсторонним, является наиболее актуальной задачей. Ведь такое регулирование должно обеспечивать не только плановую водоподачу, но и плановое водоотведение. Рисовый чек должен быть достаточно осушен, как к периоду уборки урожая, так и к периоду посева. При этом плановая водоподача включает возможность поддержания различных уровней воды в чеке в различные периоды, такие как: первичное затопление чека; борьба с сорняками; первичной вегетации; фазы кущения; вегетации молочной и восковой спелости.
На каждом из рассмотренных периодов состояния чека необходим управляемый уровень воды, что качественно может быть реализовано лишь при применении систем автоматического регулирования (САР). В работе [1, 2] рассмотрены технологические аспекты САР водораспределением на рисовых чеках, с акцентом на гидравлические регуляторы уровня воды.
В работе [3] на основе анализа существующих и предложенных регуляторов уровня и расхода воды, для рисовых чеков, обоснованно применение ленточных регуляторов, по совокупности положительных признаков.
Ленточный регулирующий орган представленный на рисунке 1, содержит водовыпускную трубу 1 прямоугольного сечения с седлом 4. Внутри водовыпускной трубы 1 размещен запорный орган, выполненный в виде гибкой ленты 2, закрепленной одним концом к верхней стенке водовыпускной трубы 1, а другим - к основанию седла 4. Гибкая лента 2 образует с корпусом водовыпускной трубы 1 управляющую полость, вода из которой сбрасывается через сливное отверстие 3.
1 - водовыпускная труба; 2 - гибкая лента; 3 - сливное отверстие; 4 - седло
Рисунок 1 - Принципиальная схема ленточного регулятора расхода воды
Ленточный регулирующий орган работает следующим образом. Вода с верхнего бьефа через зазоры между кромками гибкой ленты 2 и боковыми стенками водовыпускной трубы 1 поступает в управляющую полость и сбрасывается из неё через сливное отверстие 3. При этом гибкая лента 2 частично перекрывает проходное сечение седла 4, обеспечивая сброс воды через него в нижний бьеф. Изменение открытия проходного сечения седла 4 осуществляется путем регулирования сброса воды из управляющей полости.
В работе была поставлена задача: определить относительный расход воды , пропускаемый ленточным регулирующим органом. Исследование именно относительного расхода воды, пропускаемого ленточным регулирующим органом, вызвано необходимостью расширения области применения полученных результатов и перевода их в разряд универсальных. Задача решалась нахождением функции отклика на основе экспериментального исследования, методом планирования эксперимента [4].
В исследовании независимыми переменными приняты следующие факторы:
1) - относительный уровень воды в верхнем бьефе;
2) - относительный диаметр сливного отверстия из управляющей полости ленточного регулирующего органа.
Функцию отклика было решено аппроксимировать полиномом второй степени, учитывая априорную информацию. Эксперимент проведен по программе центрального композиционного планирования второго порядка. Принятые в исследовании уровни и интервалы варьирования факторов указаны в таблице 1.
Таблица 1 - Уровни и интервалы варьирования факторов
|
Факторы |
Кодовое обозначение |
Интервалы варьирования |
Уровни факторов |
|||
|
Основной 0 |
Верхний +1 |
Нижний -1 |
||||
|
Н/Н max |
Х1 |
0, 200 |
0, 800 |
1, 000 |
0, 600 |
|
|
d/d max |
Х2 |
0, 125 |
0, 875 |
1, 000 |
0, 750 |
Матрица планирования и результаты опытов приведены в таблице 2, при этом в центре плана выполнена серия из трех опытов, указанных под номерами 9, 10 и 11.
В таблице 3 приведена полученная в ходе проведения опытов матрица X плана эксперимента с фактическими результатами эксперимента .
Центральный композиционный план второго порядка для двух факторов и результаты эксперимента позволяют оценить коэффициенты полинома вида:
|
(1) |
Введем обозначения: .
С учетом принятых обозначений уравнение (1) примет вид:
|
(2) |
Коэффициенты уравнения (2) находим по выражению:
|
(3) |
где
B - вектор-столбец, состоящий из коэффициентов уравнения (2);
- матрица условий эксперимента;
- матрица, транспонированная к матрице ;
- матрица, обратная матрице-произведению ;
Y - вектор-столбец результатов наблюдений.
Для вычисления коэффициентов составим X-матрицу условий эксперимента и Y-матрицу наблюдений, перейдя в среду Mathcad:
|
; |
. |
(4) |
Транспонируем X-матрицу:
|
. |
(5) |
Умножим слева X-матрицу и Y-матрицу на матрицу :
|
; |
. |
(6) |
Находим матрицу , обратную матрице :
|
. |
(7) |
Таблица 2 - Центральный композиционный план второго порядка для двух факторов с тремя опытами в центре плана
|
Номер опыта |
Факторы (кодированные значения) |
Факторы (натуральные значения) |
Отклик |
|||
|
1 Ядро 2 плана 3 4 |
+1 -1 +1 -1 |
+1 +1 -1 -1 |
1, 000 0, 600 1, 000 0, 600 |
1, 000 1, 000 0, 750 0, 750 |
88, 048 53, 929 21, 307 14, 820 |
|
|
5 Звездные 6 точки 7 8 |
0 0 |
0 0 |
1, 000 0, 600 0, 800 0, 800 |
0, 875 0, 875 1, 000 0, 750 |
100, 000 77, 590 72, 945 19, 447 |
|
|
9 Центр 10 плана 11 |
0 0 0 |
0 0 0 |
0, 800 0, 800 0, 800 |
0, 875 0, 875 0, 875 |
91, 547 90, 493 90, 601 |
Таблица 3 - Матрица X для центрального композиционного плана второго порядка
|
Номер опыта |
Матрица X |
Результат |
|||||||
|
1 Ядро 2 плана 3 4 |
+1 +1 +1 +1 |
+1 -1 +1 -1 |
+1 +1 -1 -1 |
+1 -1 -1 +1 |
+1 +1 +1 +1 |
+1 +1 +1 +1 |
88, 048 53, 929 21, 307 14, 820 |
88, 429 53, 607 21, 497 14, 307 |
|
|
5 Звездные 6 точки 7 8 |
+1 +1 +1 +1 |
0 0 |
0 0 |
0 0 0 0 |
0 0 |
0 0 |
100, 000 77, 590 72, 945 19, 447 |
99, 429 78, 423 72, 885 19, 769 |
|
|
Центр 9 плана 10 11 |
+1 +1 +1 |
0 0 0 |
0 0 0 |
0 0 0 |
0 0 0 |
0 0 0 |
91, 547 90, 493 90, 601 |
90, 793 90, 793 90, 793 |
Определяем коэффициенты :
|
. |
(8) |
Дисперсию воспроизводимости эксперимента определяем по результатам опытов в центре плана:
|
(9) |
где
- число параллельных опытов в центре плана;
- значение функции отклика в u-м опыте;
- среднее арифметическое значение функции отклика в опытах;
- номер параллельного опыта в центре плана.
Для вычисления составим вспомогательную таблицу 4.
Дисперсии коэффициентов регрессии находим по выражению
|
(10) |
где
- диагональные элементы матрицы ;
|
Статистическую значимость коэффициентов уравнения регрессии проверяем по t-критерию Стьюдента, для чего определяем наблюденные значения этого критерия: |
При 5%-ном уровне значимости и числе степеней свободы 2 табличное значение критерия =4, 303. Оно меньше наблюденных значений критериев t для всех коэффициентов уравнения регрессии, следовательно, все они являются статистически значимыми.
Для определения вычисляем сумму квадратов отклонений расчетных значений функции отклика от экспериментальных во всех точках плана, для чего перейдем в среду Mathcad.
Таблица 4 - Вспомогательная таблица для расчета
|
Номер опыта |
||||||
|
1 2 3 |
91, 5474 90, 4934 90, 6013 |
= ==90, 8807 |
0, 6667 -0, 3873 -0, 2794 |
0, 4445 0, 1500 0, 0781 |
==0, 3363 |
|
|
272, 6421 |
0, 6726 |
Вычислим матрицу расчетных значений:
|
. |
(11) |
Вычислим матрицу отклонений расчетных значений функции отклика от экспериментальных:
|
. |
(12) |
Определим суммы квадратов отклонений расчетных значений функции отклика от экспериментальных:
|
. |
(13) |
Из полученной суммы вычитаем сумму , использованную для определения дисперсии по результатам опытов в центре плана:
|
(14) |
Полученный результат делим на число степеней свободы , где N - число опытов в матрице планирования, а k - число статистически значимых коэффициентов регрессии.
Табличное значение -критерия при 5%-ном уровне значимости и числах степеней свободы для числителя 3 и для знаменателя 2 равно 19, 16 . Следовательно, модель адекватна.
В результате уравнение (2) принимает вид:
|
(15) |
Переходя от перемененных к , получим искомое уравнение:
|
(16) |
Кодированные значения факторов связаны с натуральными следующими зависимостями:
|
(17) |
где
, - основные уровни факторов в натуральных выражениях;
- интервалы варьирования факторов.
Переходя от кодированных значений факторов к натуральным , получим функцию отклика :
|
. |
(18) |
После преобразования:
|
. |
(19) |
Это уравнение адекватно, поэтому его можно использовать как интерполяционную формулу для вычисления величины в области планирования эксперимента.
Поверхность функции отклика по полученному уравнению представлена на рисунке 2, а на рисунке 3 представлен график линий уровня функции отклика
ленточный регулятор гидравлический вода
Рисунок 2- График поверхности функции отклика
Рисунок 3- График линий уровня функции отклика
Представленные на рисунке 2 и 3 графики показывают, что практически область эксперимента, по факторному пространству, находится в квазиоптимальной зоне. Осуществим анализ полученных графических зависимостей.
Как видно на рисунках 2 и 3, с увеличением отношения , во всем диапазоне изменения, от 0, 6 до 1, 0, при нахождении параметра от 0, 6 до 0, 8 значения функции отклика имеют слабую тенденцию к уменьшению. Однако и здесь прослеживается тренд повышения влияния отношения с его увеличением, на увеличение степени влияния на уменьшение функции отклика.
С увеличением отношения, в диапазоне изменения, от 0, 8 до 0, 9 значения функции отклика имеют ярко выраженную тенденцию наиболее существенного отклика на уменьшение функции, с увеличением отношения во всем диапазоне изменения параметров.
В области отношения близком к 0, 9 находится гребень седловины, когда функция отклика наиболее чувствительна к изменению отношения во всем диапазоне изменения параметров. Ниже области отношения близком к 0, 9 с увеличением отношения значения функции отклика уменьшаются, а выше области отношения близком к 0, 9 с увеличением отношения значения функции отклика увеличиваются. Однако по мере удаления от седловины данный эффект имеет ярко выраженную тенденцию к затуханию.
Список литературы
1. Дегтярев, В.Г. Теоретический анализ и экспериментальные исследования адаптивного датчика регулятора расхода воды / В.Г. Дегтярев, Г.В. Дегтярев // Труды Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар, 2012.- Вып.3(36).- С. 299-302.
2. Дегтярев, В.Г. Технологические аспекты систем автоматического регулирования (САР) уровня, для трубчатых водовыпусков рисовых чеков / В.Г. Дегтярев, Г.В. Дегтярев // Труды Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар, 2012.- Вып.3(36).- С. 315-318.
3. Дегтярев, В.Г. Ленточный регулятор расхода с адаптивными характеристиками для рисовых чеков / В.Г. Дегтярев, Г.В. Дегтярев // Труды Кубанского государственного аграрного университета.- Краснодар, 2012.- Вып.3(36).- С. 336-340.
4. Егоров, А.Е. Исследование устройств и систем автоматики методом планирования эксперимента./ А.Е. Егоров, Г.А. Азаров, А.В. Коваль. Под. ред. В.Г. Воронова, - Харьков. - Изд. при Харьковском Государственном Университете. - Изд. объединение "Вища школа", 1986 - 240с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Применение ИС программирования КОНГРАФ в работе над проектом регулятора температуры воды калорифера в зависимости от температуры наружного воздуха. Структурная схема алгоритма регулятора температуры горячей воды калорифера, разработка блоков проекта.
лабораторная работа [819,9 K], добавлен 25.05.2010- Техническая реализация системы автоматизированного управления уровнем воды в барабане парового котла
Характеристика котла для производства перегретого пара. Функции регулятора уровня воды в барабане парового котла. Разработка технической структуры системы автоматизированного управления и функциональной схемы регулятора. Организация безударных переходов.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 21.12.2011 Обоснование выбора участка автоматизации, выделение регулируемых и регулирующих параметров. Анализ назначения и функций ленточного весового дозатора непрерывного действия. Разработка принципиальной электрической схемы регулятора ленточного конвейера.
контрольная работа [335,5 K], добавлен 12.04.2015Принципиальная схема автоматического регулирующего устройства, построенного на типовых гидравлических элементах. Выбор сервомотора и струйного усилителя. Расчет высоты расположения уравнительного сосуда и обратной связи в регуляторе уровня жидкости.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 10.01.2012Температура и влажность воздуха в теплице. Температура и влажность почвы. Датчики и исполнительные устройства. Датчик влажности воздуха и расхода воды на распыление. Расчёт параметров настройки регулятора и погрешностей. Трансформированная погрешность.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 09.01.2009Схема замещения ленточного конвейера и расчет его параметров. Расчет параметров его электромеханической части. Синтез САУ ленточного конвейера. Математическое описание объекта управления. Структурный синтез оптимальной САУ электроприводом методом АКР.
курсовая работа [605,3 K], добавлен 22.01.2015Применение аммиачной обработки питательной воды. Разработка структурной и функциональной схемы системы автоматизации регулирования кислотно-щелочного баланса питательной воды в трубопроводе теплоэнергоцентрали. Расчет параметров настройки регулятора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 14.04.2014Цель доменного производства. Топливо для доменной плавки и выбор расчета расхода воды. Увлажнение шихты, охлаждение доменных печей и арматуры воздухонагревателей. Назначение, количество и качество подаваемой воды. Баланс воды в оборотном цикле.
реферат [1,5 M], добавлен 22.11.2012Предназначение тормозных систем буровых лебедок. Кинематические схемы ленточного тормоза. Расчет колодочно–ленточного тормоза и усилий, действующих при торможении. Обеспечение надежного удерживания в статическом состоянии колонны максимального веса.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.10.2015Определение расчётного расхода воды отдельными категориями потребителей. Расходы воды на коммунальные нужды города, предприятий и хозяйственно-питьевые нужды населения. Трассировка магистральных водопроводных сетей и составление их расчётных схем.
контрольная работа [137,5 K], добавлен 20.12.2010Разработка математической модели системы автоматического регулирования уровня жидкости в резервуаре. Определение типа и рациональных значений параметров настройки регулятора. Содержательное описание регулятора, датчика уровня и исполнительного устройства.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 10.11.2015Автоматизация режима пропаривания в ямной камере. Регулирование температуры при тепловлажностной обработке железобетонных изделий. Аппаратура для измерения давлений и разрежений. Устройство контроля расхода топливной смеси. Расчет ленточного конвейера.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 07.02.2016Автоматизация технологического процесса на ДНС. Выбор технических средств автоматизации нижнего уровня. Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня. Управление задвижками и клапанами.
курсовая работа [473,6 K], добавлен 24.03.2015Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 19.01.2017Природно-климатическая характеристика района расположения города Гомеля. Определение расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения. Гидравлический расчет кольцевой сети на пропуск максимального расхода. Составление графиков водопотребления.
курсовая работа [366,9 K], добавлен 24.02.2014Подъемно-транспортные машины. Принцип действия механизма ленточного конвейера для перемещения влажного песка. Определение параметров несущего полотна и роликовых опор. Выбор натяжного и загрузочного устройств. Расчёт привода и проектирование вала.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 04.03.2012Общие принципы измерения расхода методом переменного перепада давления, расчет и выбор сужающего устройства и дифференциального манометра; требования, предъявляемые к ним. Зависимость изменения диапазона объемного расхода среды от перепада давления.
курсовая работа [871,6 K], добавлен 04.02.2011Исследование условий и режимов работы конвейера. Выбор вида тягового органа, направляющих и поддерживающих устройств конвейера. Определение угла наклона конвейера и длины горизонтальной проекции трассы. Тяговый расчет методом обхода трассы по контуру.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.02.2014Контур стенда "FESTO". Программирование контроллера на языке Step7. Работы по созданию и обслуживанию систем автоматизации на основе программируемых логических контроллеров. Снятие характеристик и получение модели объекта. Выбор настроек регулятора.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 19.01.2012Анализ технологического объекта как объекта автоматизации. Выбор датчиков для измерения температуры, давления, расхода, уровня. Привязка параметров процесса к модулям аналогового и дискретного вводов. Расчет основных параметров настройки регулятора.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 04.09.2013
