Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Анализ и синтез системы терморегулирования (18 вариант) - файл ПЗ_сама работа.doc


Анализ и синтез системы терморегулирования (18 вариант)
скачать (338.8 kb.)

Доступные файлы (2):

ПЗ_сама работа.doc2146kb.13.05.2008 18:11скачать
ПЗ_Титлист анотация.doc27kb.19.11.2008 13:13скачать

содержание

ПЗ_сама работа.doc

  1   2   3
Оглавление


Введение……………………………………………………………………………..

4

1 Описание системы терморегулирования………………………………………...

5

2 Расчет элементов электрической схемы регулятора……………………………

7

2.1 Расчёт параметров цепи, компенсирующих температуру холодного спая термопары…………………………………………………………………………...


7

2.2 Расчёт параметров цепи настройки системы на нуль………………………...

7

2.3 Расчёт параметров операционного усилителя У1…………………………….

8

2.4 Расчет параметров цепи, задающей напряжение……………………………..

8

2.5 Расчёт параметров сравнивающего усилителя У2……………………………

9

2.6 Расчет параметров сумматора У3……………………………………………...

9

3 Математическая модель системы терморегулирования………………………..

10

3.1 Функциональная схема…………………………………………………………

10

3.2 Описание функциональных элементов передаточными функциями………..

10

3.2.1 Электрическая печь…………………………………………………………...

10

3.2.2 Тиристорный регулятор мощности…………………………………………..

12

3.2.3 Термопара……………………………………………………………………...

12

3.2.4 Измерительный электронный усилитель У1………………………………..

13

3.2.5 Пропорциональный – интегральный регулятор…………………………….

14

3.2.5.1 Интегральный канал регулятора…………………………………………...

14

3.2.5.2 Пропорциональный канал регулятора……………………………………..

15

3.2.5.3 Передаточная функция пропорционального – интегрального регулятора…………………………………………………………………………...


16

3.3 Структурная схема и передаточная функция системы……………………….

16

4 Расчет настроек пропорционально-интегрального регулятора………………..

18

4.1 Построение логарифмических частотных характеристик……………………

18

4.2 Определение настроек регулятора……………………………………………..

20

4.3 Передаточная функция системы терморегулирования с настроенным регулятором………………………………………………………………………….

24

5 Исследование устойчивости системы терморегулирования…………………...

26

5.1 Оценка устойчивости при помощи алгебраического критерия устойчивости Гурвица………………………………………………………………

26

5.2 Построение области устойчивости системы методом D-разбиения………...

26

6 Анализ качества системы………………………………………………………...

29

6.1 Анализ качества системы по логарифмическим частотным характеристикам…………………………………………………………………….


29

6.2 Анализ качества переходного процесса……………………………………….

29

6.3 Оценка вынужденной ошибки системы……………………………………….

34

7 Повышение быстродействия системы терморегулирования…………………..

35

7.1 Синтез последовательного корректирующего звена…………………………

35

7.2 Реализация корректирующего звена…………………………………………...

36

7.3 Проверка и оценка результатов коррекции……………………………………

38

Заключение…………………………………………………………………………..

42

Библиографический список………………………………………………………...

43

Введение
Существует чрезвычайно разнообразное количество автоматических систем, которые управляют самыми различными процессами во всех областях промышленности. Основной задачей при проектировании таких систем является выбор структуры системы и параметров ее элементов таким образом, чтобы система была устойчивой и обеспечивала бы требуемое качество работы.

Объектом исследования в данной курсовой работе является система терморегулирования, которая служит для поддержания заданной температуры в печи постоянной. Целью данной работы является анализ и синтез системы. При анализе необходимо исследовать систему на устойчивость с помощью алгебраического критерия устойчивости Гурвица и метода D-разбиения и на качество переходного процесса. В результате, система не только должна быть устойчивой, но и обладать требуемыми характеристиками переходного процесса. В системе должен быть плавный апериодический процесс. Так как параметры объекта управления (печи) заданы, то добиться этого можно только изменением структуры и параметров регулятора. Для повышения быстродействия системы в 1,5 раза применяется структурный синтез последовательного корректирующего звена.

Исходные данные приведены в таблице 1 и таблице 2.
Таблица 1


Номинальная температура печи Тп, град

Номинальное напряжение питания Uн(t), В

Время разогрева печи до номинальной температуры tp, час

Рабочая температура Tраб, град

Изменение температуры на 10В изменения напряжения питания U, град

Тип термопары

658

220

5,12

540

32,4

ТХК 9312


Таблица 2


Тип термопары

Диапазон измеряемых температур,

Градуировочная характеристика

Показатель тепловой инерционности , с

ТХК 9312

-40…+600

XK(L)

50


^ 1 Описание системы терморегулирования
Система терморегулирования предназначена для поддержания заданной температуры в печи постоянной. Принципиальная схема система терморегулирования приведена на рисунке 1. Система состоит из объекта управления печи П, термопары Тп, тиристорного регулятора мощности ТРМ, делителей напряжения, измерительного усилителя У1, сравнивающего усилителя У2 и пропорционально-интегрального регулятора (ПИ-регулятора), который включает в себя пропорциональный и интегральный каналы регулирования и сумматора У3.

Задачей данной системы является поддержание температуры печи постоянной. Допустим, что под воздействием различных внешних факторов изменилась управляемая величина, т.е. температура печи . Она измеряется термопарой, преобразуясь в термоЭДС и поступает на У1. После чего, сигнал в виде напряжения поступает на У2 и сравнивается с напряжением заданным . Результат сравнения - напряжение ошибки , которое усиливается и поддаётся на ПИ-регулятор. В зависимости от величины ошибки, ПИ-регулятор формирует управляющее воздействие и направляет его на ТРМ. А ТРМ, в свою очередь, увеличивает напряжение , поддаваемое на нагревательный элемент в соответствии с . Таким образом, происходит поддержание заданной температуры печи постоянной. Система терморегулирования является линейной замкнутой, сигналы – непрерывные.



^ 2 Расчет элементов электрической схемы регулятора
2.1 Расчёт параметров цепи, компенсирующих температуру холодного спая термопары
Сопротивления , компенсируют температуру холодного спая термопары. Выходом термопары является термоЭДС. Её зависимость от температуры определяется градуировочной характеристикой , приведенной в таблице 2. На термопаре создается начальное напряжение, равное термоЭДС, которое возникает при температуре помещения : . По градуировочной таблице для термопары ТХК 9312 определяем термоЭДС при [2]

мВ,

В.

Используя закон Ома, рассчитываем сопротивления и

,

.

Возьмем ток мА и напряжение питания В, получаем

Ом,

Ом.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм, Ом [3].
^ 2.2 Расчёт параметров цепи настройки системы на нуль
Цепь настраивает систему на нуль. С помощью регулировки переменного резистора значение температуры устанавливается на нуль в пределах от номинальной температуры печи . Падение напряжения на резисторе

.

Из исходных данных таблицы 1 . По градуировочной таблице мВ [2]. Тогда, принимая ток мА, по закону Ома

Ом

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем Ом [3].


По закону Ома

,

или, принимая ,

.

Выражаем

Ом

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм [3].
^ 2.3 Расчёт параметров операционного усилителя У1
Операционный усилитель У1 усиливает сигнал, идущий от термопары, до измерительного напряжения при номинальной температуре печи В.

.

Так как мВ [2],

.

С другой стороны

.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм [3].

кОм.

Для того, чтобы обеспечить нужное значение , необходимо разбить резистор на постоянный и переменный

кОм,

кОм.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм, кОм [3].
^ 2.4 Расчет параметров цепи, задающей напряжение
Напряжение задает цепь . Для того, чтобы регулировать в пределах от 0 до 10 В, необходимо разбить резистор на постоянный и переменный . Тогда

.

Принимая ток мА, по закону Ома определяем

кОм,

кОм,

кОм.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм; кОм; кОм [3].
^ 2.5 Расчёт параметров сравнивающего усилителя У2
Операционный усилитель У2 сравнивает с . Коэффициент усиления

,

.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм [3]. Следовательно,

кОм.

Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм [3].
^ 2.6 Расчет параметров сумматора У3
Сумматор У3 служит для суммирования сигналов, которые поступают с интегрального и пропорционального каналов.

.

Коэффициент усиления , поэтому из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем кОм [3].

3 Математическая модель системы терморегулирования
^ 3.1 Функциональная схема
При построении математической модели исследуемой системы используется структурный метод. В соответствии с этим методом исходная принципиальная схема заменяется упрощённой функциональной схемой, представленной на рисунке 2.
Рисунок 2 - Функциональная схема системы терморегулирования
где ПК – пропорциональный канал,

ИК – интегральный канал,

ТРМ – тиристорный регулятор мощности,

П – электрическая печь,

ИУ – измерительный усилитель,

Тп – термопара,

– напряжение заданное,

– напряжение ошибки,

– напряжение на пропорциональном канале,

– напряжение на интегральном канале,

– управляющее воздействие на ТРМ,

– управляющее воздействие на печь,

– сигнал термопары,

– напряжение измерительного устройства.
^ 3.2 Описание функциональных элементов передаточными функциями
3.2.1 Электрическая печь
Для нагревательного объекта, в качестве которого выступает электрическая печь, исходным является уравнение теплового баланса

,

где - теплоемкость объекта,

- теплоотдача объекта,

- температура,

- подводимая к объекту тепловая энергия [1].

Поделив обе части на , получим

,

или, переходя к операторной форме записи, запишем следующее уравнение

,

где - постоянная времени объекта,

- коэффициент передачи.

Следовательно, передаточная функция электрической печи

,

и поэтому нагревательный объект можно представить инерционным типовым звеном.

Рассчитаем параметры и .

.

Из исходных данных таблице 1 известно, что изменение напряжения питания электрической печи В ведет к изменению температуры печи на . Следовательно, значение коэффициента передачи печи

.

Так как печь описывается типовым инерционным звеном, то уровня 95% от установившегося значения переходный процесс достигает за время , т.е.

,

,

где - время разогрева печи до номинальной температуры.

Из исходных данных таблице 1 ч. Подставив числовые значение получим

с.

Подставив найденные параметры и , передаточная функция электрической печи

.
^ 3.2.2 Тиристорный регулятор мощности
Так как тиристорный регулятор мощности является быстродействующей электрической схемой, то не стоит учитывать его динамические свойства, т.е.

. (1)

Из исходных данных таблице 1 В, входной сигнал В. Следовательно,

.

Запишем уравнение (1) в операторной форме

.

Тогда, передаточная функция тиристорного регулятора мощности

,

.

Т.е. тиристорный регулятор мощности можно представить усилительным типовым звеном.
3.2.3 Термопара
Термопара служит для измерения температуры и преобразует изменение температуры в термоЭДС. Конструктивно термопара выполняется в виде достаточно массивного стержня, при помещении которого в зону измерения требуется определенное время для его прогрева до температуры окружающей среды. Следовательно, результат измерения будет получен не мгновенно, а с некоторой задержкой [1].

Нагрев тела термопары опишем уравнением теплового баланса

, (2)

где - теплоемкость тела термопары,

- теплоотдача тела термопары,

- измеряемая температура,

- температура тела термопары.

Преобразование температуры в термоЭДС опишем приближенной зависимостью

,

где - термоЭДС.

Из полученного уравнения выразим

.

Тогда уравнение 2 примет вид

,

или, переходя к операторной форме записи,

,

где - постоянная времени термопары,

- коэффициент преобразования термопары.

Следовательно, передаточная функция для термопары

,

т.е. термопару можно представить инерционным типовым звеном.

- показатель тепловой инерционности. Из исходных данных таблицы 2 для термопары ТХК 9312 с. Для нахождения воспользуемся градуировочной характеристикой термопары ХК(L) [2].

Рабочая температура (исходные данные таблица 1), тогда

,

,

мВ [2],

мВ [2],

.

Тогда, передаточная функция для термопары

.
^ 3.2.4 Измерительный электронный усилитель У1
Измерительный электронный усилитель У1 служит для усиления сигнала получаемого от термопары и является быстродействующим устройством, поэтому его инерционные свойства практически не сказываются на динамике системы. Рабочий участок характеристики преобразования У1 является линейным, тогда уравнение для У1 будет иметь следующий вид

.

Возьмем В, из исходных данных таблицы 1 , тогда, мВ [2].

.

Передаточная функция электронного усилителя У1 примет вид

,

.

Т.е. измерительный электронный усилитель У1 можно представить усилительным типовым звеном.
  1   2   3



Скачать файл (338.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации