Синтез системы автоматической стабилизации температуры сушильного стола гофроагрегата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ

Институт безотрывных форм обучения

Кафедра ИИТСУ

Курсовая работа

по дисциплине: «Оптимальное и адаптивное управление»

Синтез системы автоматической стабилизации температуры сушильного стола гофроагрегата

Санкт-Петербург 2018

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

студента: Ильина Вячеслава Александровича гр. 7-529

Вариант №1

Дисциплина: «Оптимальное и адаптивное управление»

Тема работы: «Синтез системы автоматической стабилизации температуры сушильного стола гофроагрегата».

Срок сдачи работы: «__»______________2018г.

Исходные данные: Система автоматической стабилизации температуры макулатурной массы на выходе термодисперсионной установки.

Передаточная функция ПИД регулятора:

Передаточная функция объекта управления:

Руководитель работы: _______________ Ремизова Ирина Викторовна

Выполнил: _______________ Ильин Вячеслав Александрович

Содержание

Ведение

1. Моделирование переходных процессов

2. Оценка качественных показателей САУ

Вывод

Библиографический список

Введение

Одним из важнейших параметров работы гофроагрегатов является температура в сушильной части, в зависимости от скорости ГА, вида клея, слоев картона, поддерживаются различные температурные режимы сушки полотна на сушильном столе которые в конечном итоге влияют на такие характеристики гофрокартона как сопротивление продавливанию, сопротивление разрыву, сопротивление сжатию, сопротивление расслаиванию и показателям влажности.

В последние годы гофрированный картон (ГК) является предметом повышенного спроса, поэтому идет быстрый прирост мощностей по его производству. Изготовление гофрокартона производится на гофрировальных агрегатах. Гофроагрегат (рис.1) представляет собой ряд скомпонованных в одну линию отдельных машин и узлов, на которых осуществляется не только процесс производства гофрированного картона, но и отдельные операции по его переработке. В конечном итоге с агрегата сходят листовые заготовки картонных ящиков.

Рис. 3.2. Схема гофрировального агрегата: 1 - раскаты картона; 2 - раскат бумаги; 3 - подогреватели; 4 - увлажнители; 5 - клеенаносящее устройство; 6 - узел гофрирования; 7 - конвейер; 8 - мост-накопитель; 9 - прижимной конвейер; 10 - сушильные плиты; 11 - узел продольной резки; 12 - узел продольной рилевки; 13 - узел поперечной резки; 14 - приемный транспортер; 15 - стопоукладчик

Окончательная склейка и формирование ГК происходит в сушильной части (на сушильном столе) ГА. Сушильная часть состоит из нижних нагревательных плит, обогреваемых паром, металлической сетки и прижимного устройства в виде валиков. Прижим валиков к сушильному столу позволяет регулировать интенсивность сушки ГК по длине и ширине полотна. На производительность ГА и качественное гофрирование бумаги существенно влияют такие факторы, как влажность и натяжение бумаги перед гофрированием, давление между гофровалами и их температура.

В практической части работы необходимо построить модель системы управления, рассчитать значения коэффициентов регулирования, выбрать оптимальные значения коэффициентов по заданному виду переходного процесса.

Исходными данными для проведения курсовой работы является система автоматической стабилизации температуры сушильного стола гофроагрегата.

САУ управления температурой гофроагрегата имеет упрошенную структуру рисунок 2, моделирование производится в отклонениях от рабочей точки. Требуется найти настройки для ПИД регулятора. Аббревиатура ПИД происходит от английского понятия PID, и расшифровывается как Proportional, Integral, Derivative. На русском языке это сокращение включает в себя три компонента или составляющие: пропорциональную, интегрирующую, дифференцирующую. Принцип работы ПИД-регулятора наилучшим образом подходит для контуров управления, схема которых оборудована звеньями обратной связи. В первую очередь, это различные автоматические системы где формируются сигналы управления, обеспечивающие высокое качество и точность переходных процессов.

Состав управляющего сигнала ПИД-регулятора входят три основных компонента, складывающиеся между собой. Каждый из них находится в пропорции с определенной величиной: Первый - с сигналом рассогласования. Второй - с интегралом сигнала рассогласования. Третий - с производной сигнала рассогласования. Если какой-либо компонент выпадет из этого процесса, то данный регулятор уже не будет представлять собой ПИД. В этом случае его схема будет просто пропорциональной, пропорционально-дифференцирующей, пропорционально-интегрирующей. Поскольку эти приборы чаще всего используются для поддержания заданного уровня температуры, в том числе для чайников, целесообразно ПИД-регулятор рассматривать на практических примерах именно в этом ракурсе.

В самом процессе будет участвовать объект, на котором должна поддерживаться заданная температура. Все регулировки осуществляются извне. Другой составляющей будет само устройство с микроконтроллером, которое непосредственно решает имеющуюся задачу. Через измеритель на контроллер поступают данные об уровне температуры на данный момент. Мощность нагревателя отдельно контролируется специальным устройством. Для того чтобы установить требуемое значение параметров температуры, микроконтроллер нужно подключить к компьютеру. Таким образом, исходными данными служат следующие температурные показатели: текущее значение и уровень, до которого должен нагреться или остыть рассматриваемый объект. На выходе должна получиться величина мощности, передаваемой к нагревательному элементу. Именно она обеспечивает необходимый температурный режим, позволяющий выполнить поставленную задачу. Для ее решения будут задействованы все три компонента, рассмотренные выше [2].

Настройку параметров ПИД регулятора производится в программной среде «Matlab» посредством встроенного интерфейса графического моделирования «Simulink».

Передаточная функция ПИД регулятора имеет вид:

Передаточная функция объекта управления имеет вид:

гофрировальный агрегат гофроагрегат

Рис. 2 - САУ температура сушильного стола гофроагрегата

Рис. - 3 САУ температура сушильного стола гофроагрегата с объединёнными блоками

Моделирование переходных процессов

В результате моделирования переходного процесса получили график переходного процесса рис. 4.

Рис. - 4 результат настройки ПИД регулятора

В результате выполнения настройки был получена следующая передаточная функция регулятора:

Где:

P= 3.03999832521341 (пропорциональное усиление)

I= 0.0338126066923994 (интегральное усиление)

D= 36.4279621463057 (дифференциальное усиление)

N= 0.496511383483971 (коэффициент дифференциальной фильтрации)

Ts=0.1 c. (шаг времени)

В «Matlab» есть встроенные инструменты оптимизации настроек регулятора по заданной форме переходного процесса [3]. Для решения задачи оптимизации добавим в модель «Simulink» блок «Check Step Response Characteristics» см. рис. 4[4].

Рис. 4 - результаты оптимизации

В результате выполнения оптимизации был получена следующая передаточная функция регулятора:

Где:

P= 0,514031459173294 (пропорциональное усиление)

I= 0,00474413285619533 (интегральное усиление)

D= 1,00743855913617 (дифференциальное усиление)

N=0.1 (коэффициент дифференциальной фильтрации)

Ts=0.1 c. (шаг времени)

2. Оценка качественных показателей САУ

Произведём расчёт показателей качества работы САУ для выбора оптимальных настроек регулятора.

Точность системы управления в установившемся режиме. Этот показатель оценивается величиной ошибки e?, равной

У обоих систем точность в установившемся режиме соответствует e? = 0

Быстродействие замкнутой системы [5].

Быстродействие замкнутой системы оценивается по времени переходного процесса, определяемом от момента начала воздействия до равенства заданного и измеренного значений сигнала в установившемся режиме. Теоретически это время равно бесконечности. Поэтому для оценки быстродействия по каналу управления принято определять время от момента начала воздействия g(t) до момента после которого имеет место неравенство: , где При таком способе определения времени переходного процесса оно не будет зависеть от величины внешнего сигнала g(t), а будет определяться только свойствами самой системы. На рис. время переходного процесса обозначено как tп.п. Допустимое значение

У системы 1 время переходного процесса ? 170 секунд.

У системы 2 время переходного процесса ? 300 секунд.

Перерегулирование.

Перерегулирование определяется как:

Данные для расчета находятся по графику переходного процесса. Допустимое значение

Для системы 1 перерегулирование составило ? 8 %

Для системы 2 перерегулирование составило ? 2,5 %

Затухание за период.

Затухание за период определяется как:

Данные для расчета находятся по графику переходного процесса. Допустимое значение

Для системы 1 затухание за период составило ? 92 %

Для системы 2 затухание за период составило ? 98 %

Т.к. показатели качества обоих САУ находятся в допустимых значениях критерием выбора САУ будет её надёжность, относительно большая D = 36.42 дифференциальная составляющая смоделированной САУ до оптимизации может привести к неустойчивости системы во время её экплуатации в связи с чем целесообразнее использование настроек ПИД регулятора смоделированных после оптимизации САУ.

Где:

P= 0,514031459173294 (пропорциональное усиление)

I= 0,00474413285619533 (интегральное усиление)

D= 1,00743855913617 (дифференциальное усиление)

N=0.1 (коэффициент дифференциальной фильтрации)

Ts=0.1 c. (шаг времени)

Вывод

В результате проведённой работы произведены расчёты параметров САУ контура контроля и управления температурой сушильного стола гофроагрегата, результаты математического моделирования переходных процесса позволили выявить оптимальные настройки для ПИД регулятора

Где:

P= 0,514031459173294 (пропорциональное усиление)

I= 0,00474413285619533 (интегральное усиление)

D= 1,00743855913617 (дифференциальное усиление)

N=0.1 (коэффициент дифференциальной фильтрации)

Ts=0.1 c. (шаг времени)

Данные параметры ПИД регулятора удовлетворяют таким требованиям как точность, быстродействие, перерегулирование, затухание за период.

Расчитанная САУ удовлетворяет предъявленным к ней требованиям.

Библиографический список

Данные из интернета:

1. https://www.gofrotara.ru/articles/details/ustrojstvo-gofroagregatov.htm Устройство гофроагрегатов.

2. Моделирование систем автоматического управления на основе программы Simulink: методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование систем управления»/ сост. И.Н. Смирнов; М-во образования и науки РФ, СПбГТУРП. - СПб.: СПбГТУРП, 2012. - 61 с.

3. А. Гультяев. Визуальное моделирование в среде MATLAB (учебный курс). Издательский дом «Питер». Санкт- Петербург 2000г.

4. В.П. Дьяконов. VisSim+Mathcad+MATLAB Визуальное математическое моделирование. СОЛОН-Пресс. Москва 2004г.

5. Данные из интернета:

6. https://www.youtube.com/watch?v=q1lsv09Otkw&t=428s Процесс настройки регулятора в MatLab.

Размещено на Allbest.ru