Система автоматического регулирования температуры воды на выходе теплообменника в тепломагистрали

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ  НЕФТИ И ГАЗА

 
 
 
 
 

Кафедра Кибернетических систем 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовая  работа

по дисциплине: «Теория автоматического управления»

     на  тему: «Система автоматического регулирования температуры

     воды  на выходе теплообменника в тепломагистрали» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

студент группы УИТС-07-1,

Хабибуллин  А.Р.

Проверила:

Васькевич А.В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тюмень, 2010 г. 

Содержание

Техническое задание……………………………………………………………...3

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

1. Анализ  системы управления…………………………………………………..7

2. Синтез линейных САУ………………………………………………………..9

3. Динамический анализ скорректированной системы………………………..14

Заключение………………………………………………………………………21

_{Список  использованной литературы…………………………………………..22} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Техническое задание

     Описание  системы.  

Объект  регулирования (ОР):    газоходный тракт (далее   газоход) конвертера.  Регулируемая величина  y:  давление газа в газоходе, измеряемое датчиком  давления PT [Па]. Регулирующее воздействие  u:  перемещение заслонки (регулирующий орган  РО)  с  помощью электрогидравлического серводвигателя EHS  (исполнительное устройство  ИУ).  Требуется рассчитать устройство регулирования    (с    возможностью индикации   и   регистрации) давления   PIC  (рис. 1, поз. а).     

       
 
 
 
 
 
 
 
 

     Рис. 1 Функциональная схема системы автоматического регулирования давления

     Функциональная  схема системы автоматического  регулирования давления показана на рис.1, поз. б. Информация о давлении подается на датчик давления 2 с последующим преобразованием изменения давления  в унифицированный токовый сигнал I,  который поступает на вход корректирующего фильтра 5 и далее на  вход регулятора  7  с типовым алгоритмом  регулирования (ПИ-  или ПИД- регулятор).  Регулятор формирует сигнал управления u и через серводвигатель  8 и заслонку 9 воздействует на расход газа. Датчик с преобразователем 2,  серводвигатель 8, фильтр 5 и регулятор 7 питаются от источника 4,  а сам источник и регулятор питаются от трансформатора 3.  Для индикации и регистрации давления используется автоматический потенциометр 6.

                                                                                                       Таблица 1.

 

     Таблица 2 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Управление  состоит в том, чтобы, оказывая на какой-либо объект воздействие, изменять протекающие в нем процессы для достижения определенной цели. Управление является автоматическим, если оно осуществляется без вмешательства человека с помощью специальных технических устройств. Разработка общих принципов создания этих устройств и является основной задачей теории автоматического управления. Теория должна давать единую базу для решения задач управления объектами различной физической, химической или биологической природы.

    Целью курсового проектирования  является приобретение практических  навыков расчета и компьютерного моделирования типовых локальных систем автоматического управления (САУ).  Основная задача курсовой работы - научиться на конкретных примерах и задачах применению приёмов и методов, применяемых при анализе и синтезе систем автоматического управления.

     В  качестве  примера  использована система автоматического регулирования давления газа в газоходе газопламенной печи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Анализ системы управления

     а) Составим структурную схему системы по функциональной схеме и по данным из таблицы 1.

 

Рис. 2 Структурная схема  системы

     

б) Оценим устойчивость системы (при заданных параметрах элементов) по алгебраическому критерию Гурвица (коэффициент усиления и постоянную времени регулятора примем за единицу, экспоненту в передаточной функции газохода также примем за единицу).

_{Для оценки по критерию замкнём исследуемую  систему:}

_{Составим  матрицу:}

_{Разомкнутая система неустойчива, т.к. определитель меньше нуля.}

     в) Выберем необходимое значение коэффициента усиления разомкнутой системы по заданной точности системы, которая определяется коэффициентами ошибок С₀ , С₁.

     Так как максимальная допустимая ошибка не задана в условии, то и находить коэффициенты ошибок не имеет смысла.

     г) Исследуем устойчивость замкнутой системы методом логарифмических частотных характеристик разомкнутой системы

_{Передаточная  функция разомкнутой системы примет вид:}

_{Устойчивость  замкнутой системы  определим по передаточной функции разомкнутой.}

_{ЛЧХ системы представлены на Рис.3 (построена с помощью пакета MATLAB) , по которому видно, что система устойчива, а запасы по амплитуде и по фазе соответственно равны 77,4 дБ и 35,1^о.}

_{Рис.3 ЛЧХ системы} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Синтез  линейных САУ

     Для заданной динамической системы управления с помощью частотного метода ЛАЧХ определим непрерывное корректирующее устройство, добавление которого в систему позволит получить необходимые показатели качества процесса управления.

Требуется выбрать корректирующее устройство, обеспечивающее получение следующих  характеристик качества замкнутой  системы:

   1. длительность переходного процесса t_p не должна превышать 0,46 с;

   2. относительное перерегулирование в переходном процессе не должно превышать 25%.

     а) Передаточная функция нескорректированной системы имеет вид:

   

     Коэффициент усиления выберем равным 6 - меньше, чем заданное значение, т.к. прямые показатели качества системы малы, и чтобы попасть в эти значения при синтезе, необходим небольшой коэффициент усиления.

     б) Составим последовательную схему коррекции:

   

   

 

Рис. 4 Схема последовательной коррекции

где   – передаточная функция корректирующего устройства,

 - передаточная функция скорректированной системы. 

     в) Построим асимптотическую ЛАЧХ , для чего найдём величину начального усиления:

_{и частоты сопряжения:}

_{Порядок астатизма системы равен двум, поэтому первичный наклон ЛАЧХ будет равен -40dB/dek.}

     _{г) Построим желаемую ЛАЧХ .}

     На  низкочастотном участке, где вид определяется в основном требованиями к точности регулирования, а, следовательно, величиной коэффициента усиления системы, порядком ее астатизма, значением коэффициента ошибки и т.д. Статическая ошибка недопустима ( = 0), то скорректированная система должна быть астатической, поэтому в области НЧ желаемая ЛАЧХ будет иметь наклон -40dB/dek.

     На  среднечастотном  участке желаемая ЛАЧХ в наибольшей степени зависит от требования к динамическим показателям качества регулирования. На этом участке находится частота среза и определяется запас устойчивости по фазе.

     По  заданной величине перерегулирования  = 25 %, определим величину времени регулирования по первой номограмме Солодовникова.