Файл: Лаб работа Автоматика2.pdf

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОДОВОЛЬСТВИЯ»

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

Автоматика, автоматизация производственных процессов и АСУТП

Методические указания

к выполнению лабораторного практикума для студентов технологических и механических специальностей

Часть 2

Могилев 2006

1

3

1 Лабораторная работа №9. Исследование непрерывной АСР расхода жидкости

Цель работы: Изучение принципов построения одноконтурных автоматических систем регулирования на базе регуляторов непрерывного действия; экспериментальное исследование влияния параметров настройки ПИрегулятора на качество работы АСР.

1.1 Общие сведения

Структурная схема одноконтурной АСР, работающей «по отклонению», приведена на рисунке 1.1.

Д

X

ИМ АР ВП

Y3

ЗУ

Рисунок 1.1 - Структурная схема одноконтурной АСР

На объект регулирования ОР действуют возмущающее (Z) и управляющее (Х) воздействия, которые приводят к изменению его выходной величины (Y), измеряемой датчиком Д.

Величина сигнала от датчика Д сравнивается с ее заданным значением Yз, вырабатываемым задающим устройством ЗУ. В зависимости от величины и знака отклонения (Y– Yз) автоматический регулятор в соответствии со своим законом регулирования вырабатывает регулирующее воздействие Х, которое преобразуется исполнительным механизмом ИМ в перемещение регулирующего органа РО. Регулирующий орган изменяет количество вещества или энергии, проходящее через объект регулирования ОР таким образом, чтобы ликвидировать отклонение регулируемого параметра от его заданного значения. В АСР может быть включен вторичный прибор ВП, преобразующий сигнал измерительной информации датчика Д в показание своего отчетного устройства. Описанные элементы АСР могут конструктивно объединяться друг с другом в одно устройство. Так, например, вторичный прибор ВП может иметь встроенное устройство ЗУ или исполнительный механизм может быть объединен с регулирующим органом.

В зависимости от вида Yз непрерывные АСР делятся на стабилизирующие (Yз = const) , программные (Yз - заданная функция времени) и следящие (Yз заранее не задается, а меняется при изменении некоторого

4

«ведущего» параметра , связанного с работой данного объекта регулирования). Законом регулирования называется зависимость вида

По закону регулирования регуляторы непрерывного действия делят на пропорциональные (П-), интегральные (И-), пропорционально-интегральные (ПИ-), пропорционально-дифференциальные (ПД-), пропорционально- интегрально-дифференциальные (ПИД-) .

Уравнение динамики (закон регулирования) ПИД-регулятора имеет вид:

Подставив в формулу (1.2) Тд = 0 получим закон регулирования ПИрегулятора; при Ти = ∞ - закон ПД-регулятора. Коэффициенты Кр, Ти и Тд являются настроечными параметрами регуляторов непрерывного действия. Введением той или иной составляющей в законе регулирования, а также подбором настройки регулятора можно добиться требуемого качества работы АСР.

Переходным процессом в АСР называется изменение во времени выходной величины Y от момента появления возмущающего или задающего воздействий до прихода системы в новое установившееся состояние. Вид переходного процесса зависит от динамических свойств системы, определяемых динамическими свойствами самого объекта регулирования и автоматического регулятора, начальных условий, а также от величины и формы входных воздействий. Переходные процессы в системе могут возникать при изменении возмущающего воздействия или заданного значения регулируемой величины Yз ( рисунки 1.2 и 1.3).

Y, Z

Z

t

Рисунок 1.2 - Переходный процесс в АСР при изменении возмущающего воздействия

5

- перерегулирование σ – это выраженное в процентах отношение второй и первой амплитуд колебания регулируемой величины, направленных в противоположные стороны :

- интегральная квадратическая ошибка регулирования характеризует разброс значений регулируемой величины от нового установившегося значения

Y∞:

Чем меньше статическая и динамическая ошибка регулирования, тем выше качество переходного процесса или качество работы АСР.

С усилением воздействия регулятора на объект регулирования переходный процесс, возникающий в системе, от апериодического (неколебательного) начинает все больше видоизменяться в сторону затухающего колебательного, вплоть до гармонического колебательного процесса. Из устойчивых (сходящихся или затухающих) переходных процессов в качестве оптимальных с точки зрения требований технологии выбирают один из трех типовых процессов:

1)граничный апериодический процесс характеризуется отсутствием перерегулирования (σ = 0), минимальным общим временем регулирования Тр и максимальным по сравнению с другими типовыми переходными процессами динамической ошибки Yд;

2)процесс с 20 %-м перерегулированием: динамическая ошибка Yд уменьшается, время регулирования Тр возрастает;

3)процесс с минимальной квадратичной ошибкой регулирования: динамическая ошибка Yд минимальная ( из рассмотренных процессов ), время регулирования Тр, максимальное перерегулирование σ – также наибольшее

(40%).

1.2Описание объекта исследования

Функциональная схема непрерывной АСР, изучаемой в данной работе, приведена на рисунке 1.5. Объектом регулирования является участок трубопровода 1 ; регулируемой величиной Y - расход воды, проходящей через этот трубопровод; возмущающим воздействием Z – изменение расхода воды с помощью вентиля 2; управляющим воздействием Х – расход воды через клапан 1д с мембранным исполнительным механизмом, управляемым автоматическим регулятором 1г. Фактический расход воды в объекте измеряется прибором переменного перепада давления.

С диафрагмы 1а сигнал поступает в измерительный преобразователь разности давлений 13Д.Д11,преобразующий перепад давлений в стандартный пневматический выходной сигнал давлением 20-100 кПа. Сигнал

7

измерительной информации от преобразователя 1б поступает на вход вторичного прибора 1в (прибор контроля пневматический самопишущий ПВ10.1Э, шкала 0-100%,класс точности 1,0), преобразующий его в показания своего отсчетного устройства. Прибор имеет встроенный задатчик (давление сжатого воздуха, имитирующего заданные значения регулируемой величины, находится в пределах 20-100 кПа), а также дополнительную шкалу для указания давления сжатого воздуха на исполнительном механизме клапана 1д. Задатчик входит в станцию управления прибора ПВ10.1Э, обеспечивающего возможность трехрежимного ведения процесса: ручного управления, автоматического стабилизирующего регулирования и автоматического программного регулирования (при наличии программного задатчика). Конструкцией прибора ПВ10.1Э предусмотрено присоединение автоматического регулятора (в данной работе ПИ-регулятора) к задней панели прибора.

1д

Рисунок 1.5 - Функциональная схема непрерывной АСР расхода жидкости:

1а – диафрагма; 1б – преобразователь разности давлений 13Д.Д11; 1в – прибор контроля пневматический ПВ.10.1Э;

1г – регулятор ПР3.21;

1д – исполнительный механизм с регулирующим органом

Закон работы ПИ-регулятора имеет вид:

Коэффициент передачи Кр и время интегрирования Ти являются настроечными параметрами ПИ-регулятора. При этом вместо Кр используется обратная величина, называемая пределом пропорциональности и выраженная в процентах:

регулятора) в пределах Ти = 0,05 мин. Выбор режима работы осуществляется с помощью клавишных переключателей, расположенных на лицевой панели прибора ПВ10.1Э. При автоматическом стабилизирующем регулировании должны быть нажаты клавиши «ВКЛ» и «А», при этом величина

8