Быстрый поиск

Курсовая работа: Дослідження розбавлювача димових газів по каналу регулювання "витрата повітря – температура димових газів"

Дослідження розбавлювача димових газів по каналу регулювання "витрата повітря - температура димових газів"

Зміст

1. Ідентифікація об’єкта керування

1.1 Планування і проведення експерименту

1.2 Апроксимація часової характеристики математичними виразами

2. Розрахунок оптимальних настроювань регулятора

2.1 Визначення област стійкості системи

2.2 Розрахунок перехідного процесу

3. Розрахунок звужуючого пристрою

4. Розрахунок виконавчого механізму

5. Вибір і розрахунок метрологічних показників

6. Розрахунок контуру регулювання на надійність

1. Ідентифікація об’єкта керування

1.1 Планування і проведення експерименту

При дослідженн динаміки об'єкта необхідно вивчити технологічний процес, проаналізувати роботу об'єкта в режимі нормальної експлуатації, вибрати методи дослідження і вид вхідного впливу; провести вибір і монтаж контрольно-вимірювальної апаратури.

Проведення експерименту по зняттю часової характеристики проходить у такий спосіб:

перед нанесенням збурювання стабілізуються всі істотні вхідні збурювання: витрату палива, вторинного повітря та ін;

наносять кілька короткочасних збурень заданої форми, щоб зміна вихідної величини не перевищувала припустимих значень;

вносять східчасте збурювання переміщенням регулюючого органа і записують значення вихідно величини до одержання ділянки з урівноваженою швидкістю її зміни;

експеримент проводять запланована кількість разів.

У даній робот були проведені дослідження розбавлювача димових газів по каналу регулювання "витрата повітря - температура димових газів". Витрату повітря змінювали на 10%, з 200 м3/год до 180 м3/год.

Систему камери розбавляння можна вважати об'єктом, для якого передатна функція в загальному випадку має вигляд:

, (1)

де - коефіцієнт підсилення об'єкта в безрозмірному виді; T1, Т2 - постійні часу.

Результати проведення експерименту по зняттю часової характеристики представлена в таблиці 1. і на рис.1. Час запізнювання складає 0,12 хвилини.

Таблиця 1 - Експериментальна часова характеристика

Т, 0С	t, хв
405,00	0,00
406,80	1,08
408,60	2,05
410,40	2,45
412, 20	2,83
414,00	3, 20
415,80	3,51
417,60	3,82
419,40	4,23
421, 20	4,64
423,00	5,15
424,80	5,73
426,60	6,44
428,40	7,46
429,30	8,38
430, 20	9,27
431,10	10,23
431,48	10,97
431,66	11,93
431,86	12,88
431,99	13,50
432,00	14,00

Т, 0С

t, хв.

Рисунок 1 - Експериментальна перехідна характеристика

1.2 Апроксимація часової характеристики математичними виразами

Апроксимація - заміна графіка математичними вираженнями. Динамічні властивості об'єкта регулювання характеризуються диференціальними вираженнями, перехідними передатними функціями, частотними характеристиками, між якими існує однозначна залежність. При розрахунку автоматичних систем регулювання, математичну модель зручно представити у виді передатної характеристики. Одержати її можна в результаті апроксимації тимчасової характеристики. Розроблено велику кількість методів аналізу перехідної характеристики з метою одержання передатної функц лінійного об'єкта регулювання. Суть методів складається у визначенн коефіцієнтів передатної функції, заздалегідь обраного виду, підставка яких зводиться до одержання розрахункової характеристики щонайкраще співпадаючої з експериментальної.

Існує кілька методів апроксимації: графічно-логарифмічний, метод площ, метод рішення диференціальних рівнянь, апроксимацією різними ланками й ін.

Розрахунок здійснюється за допомогою ЕОМ. Вихідними даними для розрахунку експериментальна перехідна характеристика об'єкта, задана у виді рівновіддалених за часом ординат, і величина вхідного сигналу.

Для апроксимац перехідної характеристики даного об'єкта використовуємо метод апроксимац аперіодичною ланкою другого порядку і ланкою запізнювання.

Сума всіх постійних часу і часу запізнювання передатної функції виду

(2)

є площа між нормованою перехідною характеристикою і лінією сталого значення.

S = T1 + T2 + + Tm + t (3)

Величина S обчислюється методом трапецій і повідомляється користувачеві. Користувач сам вибирає кількість і значення постійних часу. Можна ввести кілька варіантів значень цих параметрів. Програма методом Эйлера обчислює нормування перехідних характеристик для кожного варіанта. Точність апроксимації характеризується критерієм I, що обчислюється по формулі:

(4)

Значення експериментальної і розрахункової характеристик виводяться в текстовий файл, на підставі якого на екран виводяться їхній графік.

Аналізуючи вид графіків, і значення критерію I, користувач оцінює результати апроксимац приймає рішення про продовження роботи або про печатці значень параметрів для обраного варіанта.

У результат проведення апроксимації на ЕОМ отримана передатна функція об'єкта:

Коефіцієнти передатної функції: К = 0,625; Т1 = 4,521; Т22 = 6,869;

t = 0,5. Точність апроксимації s =0.00035

Результати розрахунків приведені в таблиці 2. і на рисунку 2.

Таблиця 2 - Результати апроксимації перехідної характеристики.

Т, С	t, хв	Т, С	t, хв
405,00	0,00	424,79	5,73
405,7	1,08	426,60	6,44
407,5	2,05	427,95	7,46
410,40	2,48	429,30	8,38
412,18	2,83	430,11	9,27
413,99	3, 20	430,92	10,23
415,80	3,51	431,41	10,97
417,58	3,82	431,65	11,93
419,39	4,23	431,84	12,83
421, 20	4,64	431,95	13,50
423,00	5,15	432, 19	14,00

Рисунок 2 - Результати апроксимації перехідної характеристики.

2. Розрахунок оптимальних настроювань регулятора

2.1 Визначення області стійкості системи

Найбільш оптимальним законом регулювання є ПІ - закон регулювання.

Настроєчн параметри ПІ - регулятора C0 і C1 є функціями частоти ω, коефіцієнта підсилення К, постійних часу Т1 Т2 і часу запізнювання τ.

C0 = ƒ0 (ω, K, T1, T2, τ) (5)

C1 = ƒ1 (ω, K, T1, T2, τ) (6)

Для одержання рівнянь, по яких можна визначити чисельні значення C0 і C1, необхідно виконати кілька перетворень.

Передатна функція обраного ПІ - регулятора:

(7)

У замкнутій системі регулювання при відсутності зовнішніх збурювань передатні функц об'єкта і регулятора зв'язані співвідношенням:

Wo (p) ×Wp (p) = 1 (8)

Оптимальн параметри настроювання регулятора визначають по зворотній розширеній амплітудно-фазовій характеристиці (РАФХ), використовуючи систему рівнянь

С0 = ω× (m2 + 1) ×Im* (ω,m) 0 (9), C1 = m×Im* (ω,m) 0 - Re* (ω,m) 0 (10)

де ω - частота коливань;

m - ступінь коливання системи;

Im* (ω,m) 0 - мнима частина зворотно розширеної амплітудно - фазової характеристики об'єкта;

Re* (ω,m) 0 - її речовинна частина.

Щоб визначити Im* (ω,m) 0 і Re* (ω,m) 0 у зворотній передатній функції об'єкта W* (p) = 1/W0 (p), оператор р заміняють на (i-m) ×ω, виключають мниму частину в знаменнику і після перетворень одержуємо рівняння для об'єкта другого порядку

(11)

(12)

Отримані вираження Im* (ω,m) 0 і Re* (ω,m) 0 підставляють у рівняння для визначення С1 і С0 змінюють значення частоти коливань від нуля доти, поки С0 не стане менше нуля, потім будують графік лінії рівного ступеня загасання С0=ƒ (С1).

Оптимальн параметри настроювання регулятора вибирають правіше максимуму кривої лін рівного ступеня загасання.

Розрахунок оптимальних параметрів настроювань регулятора проводився з використанням комп'ютерної програми OPTIMNEW.

За результатами розрахунків С0 і С1 побудована лінія рівного ступеня загасання, представлена на рисунку 3. Значення коефіцієнтів ko = 0.625; T1 = 4,521; Т22 = 6,869; t_зап. = 0,5; m = 0,22. Отримані оптимальні параметри С1= 7,782 і С0=1,653 Кп = 7,782 Ти = 0,605.

Усередині област стійкості, обмеженою кривою і віссю абсцис, кожній крапці на площин відповідають визначені значення настроєчних параметрів С0 і С1, при яких буде забезпечена стійкість перехідних процесів у системі автоматичного регулювання.

При всіх значеннях настроєчних параметрів, що лежать поза обмеженою областю, ступінь загасання буде менше заданою.

Значення настроєчних параметрів, що лежать на перетинанні отриманої кривої з віссю абсцис (С0 = 0) відповідають ПІ - регуляторові з твердим зворотним зв'язком і процес загасання характеризується залишковою нерівномірністю. Багаторічний досвід настроювання регуляторів показав, що значення оптимальних параметрів С0 С1 варто вибирати трохи правіше максимальної крапки на кривому рівному ступені загасання.

Таким чином, передатна функція регулятора має вигляд:

2.2 Розрахунок перехідного процесу

Після визначення значень настроєчних параметрів автоматичного регулятора, необхідно одержати безпосередньо графік перехідного процесу. В основному інтерес представля характер процесу, що відбувається при впливі, що візьметься, у формі стрибка.

Це більш важко переноситься системою автоматичного регулювання, чим плавно змінюється вплив.

С1

С0