Задание на работу и порядок выполнения

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический

Университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS по международному стандарту ISO 9001:2015

Институт Информационных технологий и коммуникация

Кафедра Автоматика и управление

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

 

Методические указания для выполнения лабораторных работ для обучающихся по направлению 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» профиль подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств в нефтяной и газовой промышленности»

Астрахань - 2017 г.

Составитель: к.т.н., доц. каф. «Автоматика и управление» В.И. Кантемиров

Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация технологических процессов» утверждены на заседании кафедры «Автоматика и управление» «29» августа 2017 г., протокол № 7а

© Астраханский государственный технический университет

Содержание

Лабораторная работа №1. Расчет и исследование одноконтурной АСР

Лабораторная работа №2. Расчет и исследование комбинированной АСР.

Лабораторная работа №3. Расчет и исследование каскадной АСР

Лабораторная работа №1

Расчет и исследование одноконтурной АСР

1. Цель работы:

1.1. Изучение основных алгоритмов функционирования регулято­ров и их динамических характеристик.

1.2. Освоение двух распространенных методов приближённого расчёта параметров настрой­ки регуляторов.

1.3. Исследование качества переходных процессов в одноконтурных системах с различными регуляторами при оптимальных настройках.

Общие сведения.

Автоматическая система регулирования должна быть не только устойчивой, но в обеспечивающей необходимое качество процессов регулирования. В условиях заданных динамических характеристик объектов требуемое качество процессов регулирования можно поду­чить лишь за счёт оптимальной настройки регулятора.

Под оптимальными настройками регулятора обычно понижаются такие значения его настроечных параметров, которые обеспечивают в системе требуемое затухание переходных процессов (требуемый запас устойчивости) при минимальных значениях других показателей качества (динамических и статических отклонений, длительности переходных процессов, интегральных критериев качества).

В настоящей работе предполагается исследование качества регулирования в системах, состоящих из одного и того же объекта регулирования и различных по алгоритму функционирования регуляторов.

В качестве регуляторов приняты:

- пропорциональный (П-регулятор) с уравнением , где - перемещение регулирующего органа (ус­ловно), ε - ошибка регулирования, К _р - коэффициент передачи регу­лятора, являющийся настроечным параметром;

-пропорционально- интегральный (ПИ-регулятор) с уравнением , где К _р - коэффициент передачи и Т_и - время изодрома, являются его настроечными параметрами;

-пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД -регулятор) с , тде_К_р, Т_и,Т_д - время предварения являются настроечными параметрами регулятора.

а)определение оптимальных настроек регуляторов предлагается осуществить на основе приближённого метода расчета и соответствии с динамическими параметрами объекта, определяемыми по переходным функциям или кривым разгона. Этот метод часто называют методом ВТИ (всесоюзный теплотехнический институт).

В результате расчётно-экспериментальных исследования были уста­новлены закономерности изменения настроечных параметров регуляторов (К_р, Т_и, Т_д) в зависимости от параметров объекта: скорости разгона- ε, степени самовыравнивания -ρ, запаздывания-τ, определяемых по переходной функция или кривой разгона объекта.     

Для оценки динамических свойств объектов их переходные функции или кривые разгона обрабатываются так как показано на рис.1, после чего определяется произведение и в зависимости от его величины находятся настройки регуляторов в соответствии с таблицей 1.

Рисунок 1 – Переходная функция объекта и ее обработка

Таблица 1

Регулятор	ερτ=0÷0,2			0,2<ερτ<1,5
	Кр	Ти	Тд	Кр	Ти	Тд
П		-	-		-	-
ПИ		3,3τ	-			-
ПИД		2,5τ	0,5 Ти			0,5 Ти

 

б) экспериментальный метод определения параметров настройки регулятора (метод Циглера-Никольса) заключается в создании в замкнутой АСР незатухающих колебаний координаты y(t), нахождении их частоты ω_кр и вычисления по приближенным формулам значений С₀, С₁, С₂ или К_р, Т_и, Т_д. Полученные настройки регулятора в большинстве случаев обеспечивают приемлемое (удовлетворительное) качество регулирования выходной координаты y(t) ТОУ.

Для создания незатухающих колебаний y(t) линейный ПИД-регулятор преобразуют в П-регулятор (для этого полагают Т_и=∞, Т_д=0 ) и, постепенно увеличивается коэффициент усиления С₀ или К_р, наблюдают за формой переходного процесса y(t) и замкнутой АСР. При некотором значении  переходной процесс становится почти незатухающим с периодом колебаний Т_кр и частотой ω_кр=2π₀/ Т_кр.

По известным из эксперимента величинам и ω_кр вычисляются «хорошие» параметры настройки:

П-регулятора:

ПИ-регулятора:

ПИД-регулятора:

Справедливость «хороших» настроек регулятора должна быть проверена путем получения переходных процессов в АСР и оценивания их качества по тем или иным критериям. Если качество функционирования АСР неудовлетворительное, то необходимо коррекция найденных значений параметров настройки регулятора.

Задание на работу и порядок выполнения.

3.1. Смоделировать одноконтурную систему, состоящую из выбранного регулятора и объекта с передаточной функцией и моделью, соответ­ствующими соединению звеньев.

Система должна "собираться" последовательно для П-, ПИ-, ПИД-регуляторов.

Собранная система должна содержать 2 генератора и 2 сумматора (один из них с отрицательной обратной связью) для получения пере­ходных процессов по управляющему (задающему) и возмущающему воздейст­виям.

3.2. Двумя способами, указанными выше, определить оптимальные настройки всех регуляторов. Для метода Циглера-Никольса использовать передаточную функцию объекта, определенную по кривой разгона и представленную в виде сочетания звена чистого запаздывания и апериодического звена второго порядка.

3.3. Реализовать одноконтурные системы с каждым из регуляторов и получить переходные функции замкнутых систем по каналам управляюще­го и возмущающего воздействий.

3.4. Оценить качество полученных переходных процессов. Сравнить экспериментально полученные статические ошибки с рассчитанными анали­тически.

 

Содержание отчёта.

Отчёт по работе должен содержать:

4.1. Структурную схему системы (применительно к моделированию).  

4.2. Переходную функцию объекта и её обработку в целях опреде­ления настроек регуляторов.

4.3. Расчёты настроек регуляторов.

4.4. Таблицы и графики всех переходных процессов.

4.5. Анализ качества полученных переходных процессов и выво­ды относительно использованных регуляторов.