Розрахунково-графічна робота

з дисципліни “ОСНОВИ АВТОМАТИКИ ТА АВТОМАТИЗАЦІЇ”

на тему:

“ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ВЛАСТИВОСТЕЙ

ОБ’ЄКТА РЕГУЛЮВАННЯ І АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЯТОРА НА ХАРАКТЕР ПРОЦЕСУ РЕГУЛЮВАННЯ”

Виконав: студент групи АВ - 22

Антонюк Андрій

Прийняв: доцент Стасюк І. Д.

Львів - 2011

Вступ

Системи автоматичного регулювання – це одні із основних складових частин автоматизації технологічних процесів. Системою автоматичного регулювання (САР) називають сукупність взаємодіючих між собою об’єкта регулювання (ОР) і автоматичного регулятора (АР). САР призначена для підтримування постійного заданого значення регульованої величини із потрібною точністю або для зміни цієї величини за наперед заданим чи невідомим законом, коли процеси керування об’єктом регулювання здійснюються автоматично без участі людини.

На роботу САР впливають як внутрішні фактори, так і зовнішні відносно САР фактори. Вказані вище фактори, які порушують роботу САР, називають збурюючими діями, або просто збуреннями. Сучасні САР забезпечують таке регулювання, при якому наслідки збурень в значній мірі усуваються.

Проходження теплофізичних і хіміко-технологічних процесів у тому чи іншому апараті, який і являє собою ОР, визначається багатьма факторами (технологічними параметрами). Як правило, задана якість отримуваного продукту залежить від чітко регламентованих значень технологічних параметрів, які при функціонуванні апарату потрібно підтримувати в певних заданих межах. Під впливом зовнішніх і внутрішніх збурень технологічні параметри можуть відхилятися від своїх регламентованих значень, що одразу ж відбивається на якості продукції. У таких випадках САР, автоматично змінюючи положення регулюючих органів керованого апарату і змінюючи деяку величину, яка має найбільший вплив на регульовану величину, знову відновлює задане значення регульованого технологічного параметра.

Стабілізація технологічних параметрів в ОР є основним завданням САР.

Розділ 1

Блок-схема на рисунку 1 є системою автоматичного регулювання. На ній показано вплив кожного елемента на загальну роботу САР. Вихідний сигнал пристрою керування (ПК), який діє на регулюючий орган (РО) і таким чином змінює вхідну величину ОР, являється деякою функцією різниці (відхилення) між заданим значенням технологічного параметра і його поточним значенням , яке для ПК є вхідним сигналом , тобто

.

На ОР можуть впливати і зовнішні збурення (наприклад, температура довкілля тощо), які також викликають різницю між і , і, отже додаткову регулюючу дію .

Рис. 1. Блок-схема системи автоматичного регулювання:

ОР - об’єкт регулювання; ПК - пристрій керування; РО - регулюючий орган.

Пункт1.1

Об’єкт регулювання – це технологічний апарат, машинний механізм, вузол технологічного процесу, або процес в цілому в якому необхідно підтримувати на постійному заданому значенні або змінювати за тим чи іншим законом один або декілька технологічних параметрів регульованих величин (температура і тиск, рівень і концентрація).

Об’єкт регулювання є основним елементом в будь-якій системі автоматичного регулювання.

В структурній схемі САР під об’єктом регулювання треба розуміти ланку, що обмежена на вході місцем прикладання вхідної дії (збурення чи керуюча дія), а на виході місце встановлення чутливого елемента, вимірювального пристрою, який реагує на зміну регульованої величини. Оскільки об’єкт регулювання є елементом або ланкою САР, то властивості всієї системи залежать перш за все від нього. Тому створення працездатної системи автоматичного регулювання, яка забезпечить задану якість регулювання вимагає перш за все знання властивостей об’єкта, тобто його статичної та динамічної характеристик. Вивчення властивостей ОР можливе аналітичним та експериментальним способом. При чому об’єкт вивчають незалежно від того який регулятор буде застосовано при створенні САР. Вибір регулятора визначається властивостями регулятора.

Основні властивості об’єктів автоматичного регулювання:

ємність – це здатність об’єкта до нагромадження речовини або енергії; самовирівнювання – це властивість об’єкта без допомоги регулятора приходити до нового стану рівноваги, після дії на нього збурення;

зона чутливості – це ті межі зміни регульованої величини в яких регулятор не відчуває цих змін;

запізнювання – це така властивість, що зміна вихідної величини відбувається зсунутою в часі відносно вхідної величини.

Статична характеристика – це залежність вихідної величини від вхідної у стані рівноваги.

Динамічна характеристика – це зміна вихідної величини від вхідної величини в часі, під впливом збурення.

Пункт 1.2

Автоматичним регулятором називають технічний пристрій, який призначений для вироблення сигналів керування, що забезпечують протікання технологічного процесу в ОР в бажаному напрямку, зокрема для підтримування вихідної величини ОР на заданому рівні або для її зміни за певним законом у часі із заданою точністю.

Використовувані в різних галузях промисловості АР класифікують за багатьма ознаками. Серед таких ознак є вид регульованої величини, вид використовуваної енергії, конструктивне виконання, характер зв’язку між вхідною і вихідною величинами (закон регулювання) тощо.

Найважливішою із перелічених класифікаційних ознак є остання - за законом регулювання. Саме класифікація АР за законом регулювання дозволяє чітко розділити все розмаїття АР на порівняно невелике число їх видів. Слід зауважити, що від цієї ознаки суттєво залежить і якість регулювання.

Отже, за законом регулювання АР розділяють на:

· позиційні (Пз-регулятори);

· пропорційні (П-регулятори);

· інтегральні (І-регулятори);

· пропорційно-інтегральні, або ізодромні (ПІ-регулятори);

· пропорційно-диференціальні (ПД-регулятори);

· пропорційно-інтегрально-диференціальні (ПІД-регулятори).

Дана САР регулюється з допомогою І-регулятора. У І-регуляторів регулююча дія пропорційна інтегралові з відхилення регульованої величини від заданого значення. Ці регулятори не мають зворотного зв’язку. І-регулятори мають один параметр настроювання: Ті – час інтегрування. Час інтегрування – це час за який інтегральний регулятор при одиничному збуренні на вході перемістить регулюючий орган з одного крайнього положення і інше.

І-регулятори добрі в статиці, але погані в динаміці. Їх застосовують для збільшення точності роботи САР в усталених режимах. Однак поведінка цього АР в динаміці є незадовільною. Статична і динамічна характеристики даного регулятора наведені в додатку 2.

Пункт 1.3

Система автоматичного регулювання складається також з вимірювального перетворювача, виконавчого механізму і регулюючого органу. Кожен з цих елементів є важливою і невід’ємною складовою САР.

Виконавчий механізм – це елемент САР з допомогою якого здійснюється переміщення регулюючих органів або інших пристроїв. ВМ поділяються на електричні, пневматичні та гідравлічні.

Регулюючий орган – елемент з допомогою переміщення якого САР впливає на значення регульованої величини. Є дросельні регулюючі органи, які поділяються за способом зміни площі прохідного перетину на: засовка (шибер), поворотна заслінка, регулюючий клапан, регулюючий кран. Регулюючі органи переважно закривають не повністю, щоб не було заклинювання. Діапазон регулюючого органу повинен перекривати те значення витрати, яке ми повинні підтримувати.

Пункт 2.1

Побудуємо перехідний процес для системи автоматичного регулювання рівня рідини в резервуарі, який є об’єктом без самовирівнювання (ρ=0) і запізнення (tз=0), у випадку стрибкоподібного збурення витратою рідини на стоці з резервуара.

Графік перехідного процесу міститься в додатку 1.

Для побудови графіка визначаємо наступні параметри коли відомо, що

=100 л/год, Н=30%, DXmax =30см, S=150(л/год)/хв 2a=1см L=100 см e=0,07(см/хв)/(л/год)

2а-зона нечутливості;

- збурення;

DXmax- діапазон шкали автоматичного регулятора по рівню;

S- швидкість регулювання;

L- задане значення регульованого рівня;

e- швидкість розгону;

Пункт 2.2

Розраховуємо наступні показники якості процесу регулювання:

tнч=а/(e× )=4с.

t1=44с.

Визначимо значення DX1.

DX1=а+ =2.83 см.

Для побудови параболи визначаємо ще кілька проміжних точок DX за формулою:

DX=а+ );

Відкладемо потрібні значення на графіку.

Продовжимо амплітудний процес який опише зміну та рівня DX при зміні після t1.

Отримаємо:

= = =…..

= = =…..

Рівняння інтегрального закону:

Dy=

Dμ=

Ti- час інтегрування.

–площі фігур отриманих врезультаті перетину , , , які чисельно рівні об’єму води який потрібно щоб повернути об’єкт до рівноваги.

= = =…..

Висновок: внпслідок нанесення збурення отримали автоколивний процес. Отже, можемо зробити висновок, що нечутливість автоматичного регулятора не впливає на характер регулювання. При цьому амплітуда зростає на половину зони нечутливосі, період коливань зростає на 4tнч.