Міністерство освіти РФ
Володимирський державний університет
Кафедра УІТЕС
Розрахунково-пояснювальна записка до курсової роботи з дисципліни В«Моделювання систем керуванняВ»
Автоматична система регулювання температури
Виконав:
ст. гр. УІ-106
Дмітерчук С.Б.
Прийняв: Малафєєв С.І.
Володимир 2009
Зміст:
1. ПРИНЦИП ДІЇ, ЕЛЕМЕНТИ, ФУНКЦІОНАЛЬНА І Структурна схема системи:
1.1 Опис функціональної схеми пристроїв
1.2 Опис структурної схеми
1.3 Опис об'єкту управління. Його статичні і динамічні характеристики
1.4 Принцип дії вимірювального пристрою
1.5 Характеристики регулюючого пристрою
1.6 Принцип дії та характеристики виконавчого пристрою
2. ДОСЛІДЖЕННЯ І МОДЕЛЮВАННЯ ЛІНІЙНОЇ АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ:
2.1 нелінійних автоматичної системи, їх статичні характеристики
2.2 Лінеаризація системи в робочій точці
2.3 Передавальні функції лінеаризовані системи
2.4 Характеристичне рівняння системи
2.5 Аналіз стійкості лінійної моделі системи
2.6 Визначення показника коливає. Побудова області стійкості системи в площині параметрів регулюючого пристрої (Кр, Тр)
2.7 Кореневий годограф системи
2.8 Імпульсні і перехідні характеристики розімкнутої системи щодо задаючого і збурюючої впливів
2.9 Аналітичний розрахунок перехідних процесів в замкнутій системі
2.10 Моделювання лінеаризовані системи з допомогою Matlab
2.11 Виконати оптимізацію лінеаризовані системи за допомогою моделювання
2.12 Визначити характеристики оптимізованої системи
2.13 Дослідити процеси в системі (для вихідного сигналу і помилки) при дії різних сигналів
2.14 Оцінка точності системи. Основні складові помилки
3. ДОСЛІДЖЕННЯ І моделювання нелінійних АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ:
3.1 Перехідні процеси в системі при різних відхиленнях від параметрів робочої точки задаючого і збурюючої впливів
3.2 Дослідження процесів для вихідний змінної і помилки системи при дії на вході сигналів завдання, що містять гармонійну складову
3.3 Статичні характеристики нелінійної системи
4. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ імітаційного МДЕЛІРОВАНІЯ АВТОМАТИЧНОЇ СИСТЕМИ:
4.1 Складання програми для імітаційного моделювання, використовуючи структурну схему нелінійної автоматичної системи
4.2 Використовуючи складену програму, визначити перехідні процеси в системі для вихідної змінної і помилки при зміні задаючого і збурюючої впливів для різних робочих точок
4.3 Статичні характеристики системи
4.5 Порівняння результатів моделювання за допомогою складеної програми і за допомогою типових програмних засобів
5. ДОДАТКОВЕ ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ:
5.1 Вплив напруги живильної мережі на процеси регулювання температури
5.2 Зміна властивостей системи при використанні замість ПІ регулятора П-, ПД-і ПІД-регулятора
5.3 Робота системи при використанні релейного двопозиційного регулятора
ВИСНОВКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. ПРИНЦИП ДІЇ, ЕЛЕМЕНТИ, ФУНКЦІОНАЛЬНА І СТРУКТУРНА СХЕМИ СИСТЕМИ
1.1 Опис функціональної схеми пристрою
Рис. 1. Функціональна схема автоматичної системи регулювання температури
Загальний принцип дії системи автоматичного регулювання температури полягає в тому, щоб підтримувати на необхідному рівні температуру об'єкта (у нашому випадку - печі). Відбувається це таким чином - з датчика температури (ДТ), який знаходиться в печі (П), поточне значення температури надходить на регулюючий пристрій (РУ), яка на підставі отриманої інформації виробляє керуючий вплив. Це вплив формується за алгоритмом управління, закладеному в регулятор.
Далі сигнал з РУ надходить на виконавчий пристрій, а саме - на тиристорний регулятор напруги (ТРН), керований ФСУ. Завдання фазосдвигающей пристрої - Відповідно до сигналом регулятора формувати такі кути включення тиристорів, щоб напруга, що подається на нагрівач, підтримувало температуру на потрібному рівні. Установка необхідної температури здійснюється за допомогою задатчика (З).
1.2 Опис структурної схеми
Рис. 2. Структурна схема автоматичної системи регулювання температури
Вхідним сигналом системи є напруга Uз, воно порівнюється з напругою Uд ≈ О?, яке діє на виході датчика. Якщо Uз в‰ Uд, то з'являється помилка Оµ = Uз - Uд.
Припустимо, що Uз> Uд, тоді Оµ> 0. Далі ця помилка надходить на вхід РУ, де вона посилюється. РУ має передатну функцію (ПФ)
Uр збільшується, а кути включення тиристорів зменшуються, т. к.
Отже Uн збільшується.
Рн також збільшується:
отже, температура в печі зростає.
Якщо Оµ <0, то температура в печі зменшується за рахунок теплообміну. ​​
Як правило, в реальних системах складно точно розмежувати об'єкт управління і виконавчі механізми, тому що структурна схема є спрощеною моделлю пристроїв і може або об'єднувати кілька реальних об'єктів в один блок, або навпаки розбивати об'єкти на кілька блоків.
В запропонованою схемою можна прийняти, що:
1) Об'єктом управління є піч з нагрівачем.
2) Виконавчим пристроєм, який виробляє регулюючий вплив Uн є тиристорний регулятор напруги.
3) Вимірювальне пристрій - датчик, який також є елементом головної ОС, виробляє сигнал, що знаходиться у певній функціональній залежності від регульованою змінною.
1.3 Опис об'єкту управління. Його статичні і динамічні характеристики
Об'єкт управління являє собою піч з нагрівальним елементом, управління яким здійснює тиристорний випрямляч. Тепловий опір ізоляції печі здійснюється за допомогою боки посилення з коефіцієнтом Оі і суматорів. С - теплоємність печі. Нижче представлені характеристики печі, отримані за допомогою САПР Matlab.
1.4 Принцип дії вимірювального пристрою
Передавальна функція датчика.
В якості датчика температури може використовуватися термістор.
термістори - напівпровідниковий резистор, електричний опір якого істотно убуває або зростає з ростом температури. Для термістора характерні великий температурний коефіцієнт опору (ТКС) (у десятки разів перевищував цей коефіцієнт у металів), простота пристрою, здатність працювати в різних кліматичних умовах при значних механічних навантаженнях, стабільність характеристик у часі.
Терморезистор виготовляють у вигляді стержнів, трубок, дисків, шайб, намистин і тонких пластинок переважно методами порошкової металургії; їх розміри можуть варіюватися в межах від 1-10 мкм до 1-2 см. Основними параметрами терморезистора є: номінальний опір, температурний коефіцієнт опору, інтервал робочих температур, максимально допустима потужність розсіювання.
Помилку датчика можна підрахувати наступним способом:
;, =>, отже похибка датчика складає 5%.
Отримаємо характеристика датчика, використаного в досліджуваній системі:
1.5 Характеристики регулюючого пристрою
У даній схемі в якості регулюючого пристрою виступає ПІ-регулятор з передатною функцією:
або в інший формі, де
Характеристики регулюючого пристрою:
1.6 Принцип дії і характеристики виконавчого пристрою
У досліджуваній схемою виконавчим пристроєм є тиристорний випрямляч, який подає напругу на нагрівач у відповідності з управляючим впливом, вироблюваним регулятором.
