Файл: Лабораторная работа по дисциплине Системы управления химикотехнологическими процессами.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 22
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Дальневосточный федеральный университет»
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Департамента нефтегазовых технологий и нефтехимии
Лабораторная работа
по дисциплине «Системы управления химико-технологическими процессами»
Направление подготовки бакалавриата 18.03.01 Химическая технология химических и нефтеперерабатывающих производств.
на тему «Исследование каскадной системы управления»
| Выполнил студент гр. Б3119-18.03.01тхнп А. А. Малинченко |
| Проверил профессор департамента химии и материалов И. М. Ефимов (зачтено/незачтено) |
г.Владивосток
2023
-
Исследование каскадной системы управления
Цель работы
Освоение методов расчета каскадных АСР и исследование эффективности каскадного регулирования ТОУ.
Теоретическая часть. Общие положения
При автоматизации сложных технологических объектов управления (ТОУ) часто возникает задача применения многоконтурных автоматических систем регулирования (АСР), одним из представителей, которых являются каскадные АСР. Такие АСР обеспечивают достаточно высокое качество регулирования ТОУ, имеющих помимо выходных регулируемых координат, еще и дополнительные промежуточные координаты, которые могут быть использованы для организации вспомогательных контуров стабилизации. Вследствие этого каскадные АСР всегда имеют многоконтурную структуру и включают в свой состав два и более регуляторов. Выбор оптимальных настроек этих регуляторов и экспериментальная наладка каскадных систем регулирования становятся невозможными без предварительного расчета АСР и исследования на ЭВМ качества переходных процессов. Такой расчет и моделирование каскадной АСР позволяет определить “хорошие” настройки регуляторов, обеспечивающие устойчивость всей системы, и оценить эффективность каскадного регулирования по сравнению с одноконтурной стабилизацией выходных координат сложного ТОУ.
Задание для лабораторной работы
1. Определить оптимальные настройки регуляторов в одноконтурной АСР и в каскадной АСР. Объект управления в одноконтурной АСР описывается так же, как объект управления в каскадной АСР по основному каналу.
2. Оценить качество переходных процессов в каскадной АСР и эффективность каскадного регулирования по сравнению с одноконтурной стабилизацией.
Исходные данные.
| Стабилизирующий контур | |||||||||||||||||
| b0 | b1 | a0 | a1 | k | τ | m | C00 | C11 | |||||||||
| 1,9 | 0 | 1 | 1,2 | 1,9 | 1,4 | 0,221 | 3,277 | 6,36 | |||||||||
| Корректирующий контур | |||||||||||||||||
| b0 | b1 | a0 | a1 | k | τ | m | C00 | C11 | ω | ||||||||
| 4,9 | 0 | 1 | 4,4 | 1,9 | 4 | 0,22 | 0,773 | 2,516 | 0,49 | ||||||||
-
Полученные результаты
Расчет одноконтурной системы
На рисунке 1 представлена АФХ одноконтурной системы.
Рисунок 1 АФХ одноконтурной системы
На рисунке 2 представлена линия D-разбиения одноконтурной системы.
Рисунок 2 линия D-разбиения одноконтурной системы
На рисунке 3 представлены переходные характеристики одноконтурной системы.
Рисунок 3 Переходные характеристики одноконтурной системы.
Расчет комбинированной системы
На рисунке 4 представлена АФХ комбинированной системы.
Рисунок 4 АФХ комбинированной системы
-
Анализ полученных результатов
В результате работы были получены графики АФХ для одноконтурной и комбинированной системы, и линия D-разбиения для одноконтурной системы.
Из полученного выражения следует, что АФХ апериодического звена первого порядка представляет собой полуокружность, диаметр которой расположен на вещественной оси и соответствует коэффициенту усиления К апериодического звена. При увеличении частоты модуль вектора частотной функции звена уменьшается вследствие поворота вектора передаточной функции против часовой стрелки. При бесконечно большой частоте модуль вектора стремится к нулю, а фаза достигает – 90º.
Для определения времени регулирования каскадной АС на основе АФХ, требуется найти время задержки на частоте среза. Время задержки — это время, которое необходимо для того, чтобы кривая АФХ достигла фазовой отметки -180 градусов. Таким образом, время регулирования каскадной АС можно определить как время, за которое система достигнет стабильного состояния после изменения заданного значения, когда фазовая задержка на частоте среза равна -180 градусов.
Чтобы определить степень затухания каскадной АС на основе АФХ, необходимо найти амплитуду выходного сигнала на частоте, соответствующей фазовой отметке -180 градусов. Если на этой частоте амплитуда выходного сигнала равна нулю, то система полностью затухает. Если же амплитуда выходного сигнала не равна нулю, то степень затухания каскадной АС определяется как отношение амплитуды входного сигнала к амплитуде выходного сигнала на частоте, соответствующей фазовой отметке -180 градусов.
Одноконтурная АСР может иметь низкую точность регулирования и надежности, поскольку осуществляет регулирование на основе одного управляющего элемента. Кроме того, одноконтурные АСР могут быть чувствительны к изменениям нагрузки или других факторов, которые могут повлиять на стабильность управления.
В то время как комбинированная АСР состоит из нескольких контуров регулирования, что обеспечивает более точное и надежное управление. Такие системы могут иметь различные управляющие элементы в разных контурах, позволяющие компенсировать различные виды возмущений, что повышает стабильность функционирования. Более того, комбинированные АСР могут быть более гибкими и адаптивными, что позволяет менять их конфигурацию и настраивать под разные условия и задачи.
Таким образом, комбинированная АСР является более продвинутым и высокоэффективным методом регулирования, чем одноконтурная АСР.
Каскадная АСР является более комплексной системой регулирования, которая состоит из нескольких контуров управления. Такие системы обычно имеют большую точность регулирования и стабильность по сравнению с одноконтурными АСР, особенно в случаях, когда требуется точное управление несколькими параметрами.
Оценка качества переходных процессов в каскадной АСР зависит от конкретной системы и ее параметров, но в целом можно сказать, что переходные процессы в каскадной АСР обычно более плавные и быстрые, чем в одноконтурных системах.
Каскадное регулирование также более эффективно в ситуациях, когда имеются различные виды возмущений, которые могут повлиять на стабильность управления. Каскадная АСР может использовать несколько контуров регулирования, что позволяет компенсировать различные виды возмущений и поддерживать стабильность управления.
Таким образом, можно сделать вывод, что каскадное регулирование является более эффективным и точным способом регулирования по сравнению с одноконтурной стабилизацией. Однако, каскадная АСР является более сложной и дорогостоящей системой, с большим числом элементов и настройкой, что может создавать определенные затруднения в установке и обслуживании.