Участок осахарования в производстве спирта

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ

Факультет информационных технологий и

автоматизированных систем

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По теме:  Участок осахарования в производстве спирта

Вариант 26. Разработать АСР температуры в осахаривателе

 

 

 

Выполнял : Нгуен Хоа Хиеп

Группа : 12-ИТАС-02

Проверил: Благовещенский Иван Германович

 

 

 

 

 

МОСКВА 2014

 

Цель и основное содержание курсовой работы

Цель выполнения курсовой рабогы - закрепление знаний, полученных студентами при изучении дисциплины «Теория автоматического управления», применение этих знаний при построении и расчете автоматических систем регулирования (АСР) для технологических объектов нишевой промышленности, освоение одного из основных методов ТАУ - метода математического моделирования с использованием современных компьютерных программ расчета и исследования АСР.

Основное содержание курсовой работы - разработка различных типов АСР для данной регулируемой координаты объекта; моделирование АСР различных типов; сравнительный анализ качества регулирования в соответствии с индивидуальным заданием; выбор наилучшего варианта АСР для данного объекта: освоение средств компьютерного моделирования АСР - SIMONA, SIMUUNK.

Исходные данные для выполнения курсовой работы.

1. Технологическая схема объекта регулирования.

2. Кривые разгоны объекта по каналам регулирования и возмущения.

 

 

 

Процесс разработки АСР можно представить в виде следующей блок-схемы :

 

 

 

 

 

1. Расчет  одноконтурной замкнутой АСР

Структурная схема одноконтурной замкнутой АСР приведена на рис. 2.1. При расчете используется первый подход: при выбранной структуре регулятора (ПИД) определяются его настройки S1, S0, S2 (соответственно коэффициенты при пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих закона регулирования). Расчет АСР ведется из условия достижения определенного запаса устойчивости, обеспечивающего удовлетворительное качество регулирования. Рассмотрим приближенный метод расчета настроек регулятора - метод незатухающих колебаний (метод Циглера и Никольса).Расчет проводится в два этапа:

1-й  этап. Определение значения настройки и частоты ωкр.

Если разомкнутая система (рис. 1.2) устойчива (или нейтральна), то замкнутая АСР (рис. 1.1) будет находиться на границе устойчивости, если амплитудно-фазовая характеристика (АФХ) разомкнутой системы проходит через точку с координатами (1, i0) (рис.1.3), т.е.

Так как

то уравнение (1.1) равносильно следующим двум:

Поскольку АФХ П-регулятора имеет вид

то для расчета настройки и частоты ωкр  получим два уравнения:

Из второго уравнения находится значение ωкр, затем из первого :

2-й  этап. Определение рабочих параметров регуляторов.

Расчет рабочих настроек регуляторов по и ωкр осуществляется по следующим формулам:

П-регулятор

ПИ-регулятор

 

где - период незатухающих колебаний АСР.

ПИД-регулятор

 

 

Формулы (2.7) - (2.9) определяют настройки регуляторов, обеспечивающие степень затухания процесса регулирования .

Кривые разгона по каналу ( расход холодной воды – температура массы в осахариветеле)

Таблицы значений

t, мин	0	2	4	6	8	10	12	14	16	17	18
T, °C	50	50	50	50.06	50.43	50.9	51.39	51.83	52.08	52.22	52.24

 

 

 

t(c)	T		H
0	50	0	0
120	50	0	0
240	50	0	0
360	50.06	0.06	0.0087
480	50.43	0.37	0.05365
600	50.9	0.49	0.07105
720	51.39	0.44	0.0638
840	51.83	0.25	0.03625
960	52.08	0.16	0.0232
1080	52.24	0	0

 

 

 

 

 

 

 

Эквивалентный объект, который описываемый дифференциальным уравнением 1-го порядка с самовыравниванием и запаздыванием со следующей передаточной функцией: 

где   К- коэффициент усиления (передачи) рассматриваемого канала объекта:

 

t- время чистого транспортного запаздывания, определение которого также уже было рассмотрено (s):

T- постоянное время (s):

Проверим полученные передаточная функция через Малаба

 

По передаточной функции объекта запишем ее амплитудно-фазовую характеристику: заменим :

;

;

По методу Циглера и Никольса:

;

;

Определение рабочих параметров регуляторов.

Расчет рабочих настроек регуляторов по и ωкр осуществляется по следующим формулам:

П-регулятор :

ПИ –регулятор :

         

Графики переходных процессов

Схемы моделирования в программе SIMULINK

 

1. Графики моделирования в программе SIMULINK

 

Расчет каскадной АСР

Каскадные АСР применяются для повышения качества регулирования объектов с неблагоприятными динамическими характеристиками (большое запаздывание, высокое значение ).

Применение каскадной АСР возможно при следующих условиях:

1) имеется вспомогательная регулируемая  переменная  , зависящая от того же самого регулирующего воздействия , что и основная переменная y (рис. 3.1).

2) вспомогательный канал регулирования  является более быстродействующим, чем основной. Это дает основание полагать, что рабочая частота регулирования вспомогательной переменной будет выше рабочей частоты регулирования основной переменной .

Схема каскадной АСР приведена на рис. 3.2.

Регулятор является вспомогательным, регулятор R корректирует задание регулятора .

 

Расчет настроек каскадной АСР осуществляется теми же методами, что и расчет настроек одноконтурной АСР. Различие состоит в том, что каждый из регуляторов R и рассчитывается по динамическим характеристикам эквивалентных объектов.

Структура эквивалентных объектов для регуляторов и R приведена на рис. 3.3 и 3.4 соответственно.

Передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора имеет вид

Если на рабочей частоте выполняется условие

то приближенно передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора равна

Передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора R имеет вид

Если на рабочей частоте выполняется условие

то приближенно передаточная функция эквивалентного объекта для регулятора R равна

Порядок расчета

Расчет настроек регуляторов в каскадной АСР является итеративным, так как они оказываются взаимосвязанными через передаточные функции эквивалентных объектов. Блок-схемы двух методов расчета настроек каскадной АСР представлены на рис. 3. Различие этих методов заключено в первом цикле, в котором производится расчет одного из регуляторов ( и R) по приближенным формулам передаточных функций эквивалентных объектов (3.3 или 3.6 соответственно). Дальнейший расчет настроек производится с использованием точных формул (3.1) и (3.4) для и Расчет заканчивается тогда, когда настройки одного из регуляторов, найденные в двух последовательных циклах, совпадают с заданной точностью (например, ). Выбор метода расчета (I или II алгоритм) в каждом конкретном случае диктуется характеристиками объекта и системой допущений (см. условия 3.2 и 3.5). Для обоснованного выбора метода расчета и предварительной оценки эффективности (и целесообразности) каскадной АСР проводят приближенные расчеты рабочих частот в одноконтурных АСР для основной и вспомогательной регулируемых переменных. Получаемые при этом результаты могут использоваться и при анализе результатов расчета каскадной АСР.

Окончательные выводы об эффективности каскадной АСР (а, следовательно, целесообразности ее применения) по сравнению с одноконтурной АСР делают по результатам моделирования переходных процессов в соответствующих системах регулирования (см. раздел "Моделирование многоконтурных АСР").

Кривая разгона по каналу ( расход  холодной воды – температура массы после испарителя 1)

 

Таблицы значений

t(c)	T		H
0	50	0	0
60	50.136	0.136	0.039263
120	50.73	0.594	0.171488
180	51.42	0.69	0.199203
240	52.262	0.842	0.243085
300	53.058	0.796	0.229805
360	53.07	0.012	0.003464
420	54.039	0.969	0.27975
480	54.194	0.155	0.044749
540	54.282	0.088	0.025406
600	54.33	0.048	0.013858
660	54.33	0	0

 

 

 

Эквивалентный объект, который описываемый дифференциальным уравнением 1-го порядка с самовыравниванием и запаздыванием со следующей передаточной функцией: 

где   К- коэффициент усиления (передачи) рассматриваемого канала объекта:

 

t- время чистого транспортного запаздывания, определение которого также уже было рассмотрено (s):

T- постоянное время (s):

Проверим полученные передаточная функция через Малаба

1. Расчет настроек регулятора  в одноконтурной АСР.

Сравнение рабочих частот основного и вспомогательного регуляторов в одноконтурных АСР (см. формулы (3.7), (3.8)) показывает, что Это дает основание предположить, что в каскадной АСР быстродействие внутреннего контура будет намного выше, чем основного и условие (3.2) будет выполнено.

Критическое значение настройки П-регулятора  и частоту незатухающих колебаний  найдем из уравнений:

Рабочее значение настройки регулятора

2. Расчет настроек регулятора R для эквивалентного объекта.

Определим приближенную передаточную функцию эквивалентного объекта для регулятора R:

Амплитудно-фазовая характеристика

Уравнения для нахождения критической настройки П-составляющей и имеют вид:

откуда   

Рабочие значения настроек регулятора R равны:

 

 

АСР	, c
Одноконтурная	3723	0	0.762
Каскадная	3190	0	0.751