Главная страница
Навигация по странице:

  • ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технической кибернетики и автоматики 1 Цель и задачи, решаемые в работе

  • Статические характеристики

  • Динамические характеристики

  • Сводная таблица результатов по исследованию статических и динамических свойств объекта управления Канал Статика Динамика Средние

  • 0,564 r→t ст 0,011 0,615 0,011 0,011 0,011 0,609 100 0,011 0,612

  • Синтез системы управления температурой

  • Полная математическая модель системы управления Для одноконтурной системы управления

  • Для каскадной системы управления Моделирование одноконтурной системы управления 10 Исследование системы на инвариантность

  • Исследование системы на инвариантность

  • Исследование системы на ковариантность

  • Моделирование каскадно-связанной системы управления Исследование системы на инвариантность

  • Исследование системы на инвариантность 15 Исследование системы на ковариантность

  • Анализ результатов моделирования Одноконтурная система управления Каскадная система управления

  • Инвариантность При возмущении ∆𝑡вх= ±3 С0 0,436 0С (8,72%) 0 мин 0,265 0С (5,3%) 0 мин При возмущении

  • При возмущении ∆v вх =±0,24 л/мин 0,893 0С (17,86%) 0 мин 0,532 0С (10,64%) 0 мин Ковариантность При задающем

  • Разработка системы управления теплообменником с применением каскадной системы регулирования


    Скачать 0.73 Mb.
    НазваниеРазработка системы управления теплообменником с применением каскадной системы регулирования
    Дата14.11.2021
    Размер0.73 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаprezentaciya kopteva (1).pdf
    ТипДокументы
    #271796

    РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
    ТЕПЛООБМЕННИКОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ
    КАСКАДНОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
    ТЕМПЕРАТУРЫ
    Выполнил: ст. гр. 4/36 Коптева Мария
    Руководитель: к.т.н., доц. Невиницын В. Ю.
    Иваново, 2020
    ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
    Кафедра технической кибернетики и автоматики
    1

    Цель и задачи, решаемые в работе
    2
    Цель: анализ теплообменника как объекта управления и автоматизации; синтез системы управления аппаратом.
    Задачи:

    Описать технологический процесс как объект управления;

    Разработать математическую модель объекта управления;

    Исследовать статические и динамические характеристики объекта управления, определить каналы регулирования и каналы возмущения

    Разработать структурные схемы системы управления: одноконтурной САР и каскадно-связанной САР;

    Провести алгоритмический и параметрический синтез систем управления;

    Разработать программные средства моделирования в среде MathCad;

    Провести моделирование системы управления с целью исследования системы управления на наличие таких свойств как устойчивость, инвариантность, ковариантность

    Объект управления
    Рис.1 Принципиальная схема теплообменника с рубашкой (п-ж).
    Обозначения:
    1. Расход первого потока на входе в аппарат υ [л/мин];
    2. Объём аппарата V [л];
    3. Температура входного потока t вх
    [
    ℃];
    4. Поверхность теплообмена F
    т

    2
    ];
    5. Расход насыщенного греющего пара G
    п
    [кг/мин];
    6. Температура стенки t ст
    [
    ℃];
    7. Плотность жидкости
    𝜌 [кг/л];
    Система уравнений, описывающая динамические условия работы емкостного теплообменника
    2
    *
    2
    ( )
    ( )
    (
    )
    (
    )
    вх
    T
    вх вх
    ст
    p
    ст
    ст ст
    n
    T
    ст
    d V
    v
    v
    d
    F
    d Vt
    v t
    vt
    t
    t
    d
    c
    dt
    m с
    G r
    F t
    t
    d









     




    Начальные условия:
    0 0
    0 0
    0 0
    t |
    t
    |
    V |
    ст
    ст
    t
    t
    V









    3

    Статические характеристики
    4
    Перейдем к отдельным каналам:
    Рис.2. Статические характеристики по каналам v→ t ст и v→ t
    Рис.3. Статические характеристики по каналам t
    вх
    → t ст и t вх
    → t ст
    Рис.4. Статические характеристики по каналам
    G
    п
    → t ст и G
    п
    → t
    Рис.5. Статические характеристики по каналам r→ t ст и r→ t

    Динамические характеристики
    Рис.5. Динамическая характеристика по каналу v→ tпри ∆v=±1,2 л/мин
    Рис.6. Динамическая характеристика по каналуv→ t ст при ∆v=±1,2 л/мин
    Рис.7. Динамическая характеристика по каналу t
    вх
    → tпри ∆t вх
    =±1,5 ̊C
    Рис.8. Динамическая характеристика по каналу t вх
    → t ст при ∆t вх
    =±1,5 ̊C
    5

    Рис.9. Динамическая характеристика по каналу
    G
    п
    → t при ∆ G
    п
    =±0,05 кг/мин
    Динамические характеристики
    Рис.10. Динамическая характеристика по каналу
    G
    п
    → t ст при ∆G
    п
    =±0,05 кг/мин
    Рис.11. Динамическая характеристика по каналуr→ t при ∆ r =±216.884 кДж/кг
    Рис.12. Динамическая характеристика по каналу r→ t ст при ∆ r =±216.884 кДж/кг
    6

    Сводная таблица результатов по исследованию статических
    и динамических свойств объекта управления
    Канал
    Статика
    Динамика
    Средние
    результаты
    Т, мин
    1
    2 3
    4 5
    6 7
    8 9
    10
    v→t
    -1,891 -0,617
    -1,647
    -2,003
    -1,825
    -0,591 125
    -1,858
    -0,604
    t
    вх
    →t
    1 0,408 0,995 0,996 0,996 0,406 110 0,998
    0,407
    G
    п
    →t
    36,09 0,502 43,24 43,42 43,33 0,589 120 39,71
    0,546
    r→t
    9,945*
    10
    -3 0,593 9,9-10
    -3 9,9*10
    -3 9,9*10
    -3 0,59 100 9,92*10
    -
    3
    0,592
    v→t
    ст
    -1,891 -0,581
    -1,627
    -2,027
    -1,827
    -0,563 115
    -1,859
    -0,572
    t
    вх
    →t
    ст
    1 0,385 1,015 0,983 0,989 0,381 120 0,995
    0,383
    G
    п
    →t
    ст
    40,585 0,521 47,7 46,78 47,24 0,607 70 43,913
    0,564
    r→t
    ст
    0,011
    0,615
    0,011
    0,011
    0,011
    0,609
    100
    0,011
    0,612
    разм пер
    K
    безр пер
    K

    разм
    K

    разм
    K
    ср разм
    K
    ср безр
    K
    разм об
    K
    безр об
    K
    Таблица 1 7

    Синтез системы управления температурой
    Рис. 13 Упрощенная схема автоматизации одноконтурной
    САР регулирования температуры
    Рис. 14 Упрощенная схема автоматизации каскадно- связанной САР регулирования температуры
    Рис. 16. Структурная схема каскадно-связанной САР.
    Рис. 15. Структурная схема одноконтурной САР
    8

    9




    2
    *
    2 1
    1 1
    2 2
    2
    ( )
    (
    )
    (
    )
    (
    )
    вх
    T
    вх вх
    ст
    p
    ст
    ст ст
    n
    T
    ст
    зад
    п
    зад
    d V
    v
    v
    d
    F
    d Vt
    v t
    vt
    t
    t
    d
    c
    dt
    m с
    G r
    F t
    t
    d
    dG
    Кр
    dt
    Кр
    t
    t
    d
    d
    Tu
    Кр
    dv
    dV
    Кр
    V
    V
    d
    d
    Tu



















     



     



    Начальные условия:
    0 0
    0 0
    0 0
    0 0
    0 0
    V |
    t |
    t |
    |
    |
    ст
    ст
    п
    п
    V
    t
    t
    G
    G
    v
    v















    Полная математическая модель системы
    управления
    Для одноконтурной системы управления






    2
    *
    2 1
    1 1
    2 2
    2 3
    3 3
    ( )
    ;
    ( )
    (
    );
    (
    );
    ;
    ;
    ;
    вх
    T
    вх вх
    ст
    p
    ст
    ст ст
    n
    T
    ст
    зад
    п
    ст
    ст
    ст
    зад
    зад
    ст
    зад
    d V
    v
    v
    d
    F
    d Vt
    v t
    vt
    t
    t
    d
    c
    dt
    m с
    G r
    F t
    t
    d
    dG
    dt
    Кр
    Кр
    t
    t
    d
    d
    Tu
    dt
    Кр
    dt
    Кр
    t
    t
    d
    d
    Tu
    Кр
    dv
    dV
    Кр
    V
    V
    d
    d
    Tu















     




     



     



     



    Начальные условия:
    0 0
    0 0
    0 0
    0 0
    0 0
    0 0
    V |
    t |
    t
    |
    |
    t
    |
    |
    ст
    ст
    зад
    зад
    п
    п
    ст
    ст
    V
    t
    t
    G
    G
    t
    v
    v


















    Для каскадной системы управления

    Моделирование одноконтурной системы
    управления
    10
    Исследование системы на инвариантность
    Рис. 17. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения ∆t вх
    =+3 0
    C
    Рис.18. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения ∆t вх
    =-3 0
    C
    Инвариантность − это независимость какой-либо системы от приложенных к ней внешних воздействий в системах автоматического регулирования.
    Рис. 19. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения
    ∆𝑟
    𝑛
    = +438,2 кДж/кг
    Рис. 20. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения
    ∆𝑟
    𝑛
    = −438,2 кДж/кг

    11
    Исследование системы на инвариантность
    Рис. 21. Переходные процессы при действии ступенчатого возмущения величиной
    ∆𝑣 = +2,4 л/мин
    Рис. 22. Переходные процессы при действии ступенчатого возмущения величиной
    ∆𝑣 = −2,4 л/мин

    12
    Исследование системы на ковариантность
    Ковариантность с заданным возмущением означает способность системы отслеживать изменение задания в отсутствие других возмущений.
    Рис. 23. Графики переходных процессов при изменении задания

    =+5,518 0
    С
    зад
    t
    Рис. 23. Графики переходных процессов при изменении задания

    =-5,518 0
    С
    зад
    t

    13
    Моделирование каскадно-связанной системы
    управления
    Исследование системы на инвариантность
    Рис. 25. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения ∆t вх
    =+3 0
    C
    Рис.26. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения ∆t вх
    =-3 0
    C
    Рис. 27. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения
    ∆𝑟
    𝑛
    = +438,2 кДж/кг
    Рис. 28. Графики переходных процессов при действии ступенчатого возмущения
    ∆𝑟
    𝑛
    = −438,2 кДж/кг

    14
    Рис. 29. Переходные процессы при действии ступенчатого возмущения величиной
    ∆𝑣 = +2,4 л/мин
    Рис. 30. Переходные процессы при действии ступенчатого возмущения величиной
    ∆𝑣 = −2,4 л/мин
    Исследование системы на инвариантность

    15
    Исследование системы на ковариантность
    Рис. 23. Графики переходных процессов при изменении задания

    =+5,518 0
    С
    зад
    t
    Рис. 23. Графики переходных процессов при изменении задания

    =-5,518 0
    С
    зад
    t

    16
    Анализ результатов моделирования
    Одноконтурная система управления
    Каскадная система управления
    Динамическая ошибка
    Время регулирования
    Динамическая ошибка
    Время регулирования
    Инвариантность
    При возмущении
    ∆𝑡
    вх
    = ±3 С
    0 0,436 0
    С (8,72%)
    0 мин
    0,265 0
    С (5,3%)
    0 мин
    При возмущении
    ∆𝑟
    𝑛
    = ±438 кДж/кг
    0,97 0
    С (19,4%)
    0 мин
    0,034 0
    С (0,68%)
    0 мин
    При возмущении
    ∆v
    вх
    =±0,24 л/мин
    0,893 0
    С (17,86%)
    0 мин
    0,532 0
    С (10,64%)
    0 мин
    Ковариантность
    При задающем
    воздействии
    ∆𝑡
    з
    = ±5,518℃ (15% от
    t)
    1,593 0
    С (31,88%)
    112 мин
    0 0
    С (0%)
    430 мин
    Таблица 2

    В ходе проведения математического моделирования анализ результатов показал:
    −обе системы управления являются устойчивыми;
    −системы инвариантны к возмущениям, динамические ошибки по температуре очень малы и время регулирования равняется нулю;
    − при изменении задания на 15 % от исходного значения, обе системы выходят на новые значения, значит они ковариантны с заданием.
    На основании всего вышесказанного можно сделать вывод, что одноконтурная и каскадно-связанная системы регулирования температуры являются работоспособными.
    Кроме того, если сравнивать работу одноконтурной системы регулирования и каскадной, то очевидно, что у каскадной САР наблюдается меньшая инерционность, небольшая динамическая ошибка, поэтому в данном случае целесообразно использовать каскадно-связанную САР.
    17
    Вывод


    написать администратору сайта