Разработка цифровой системы автоматического управления технологической установкой - Курсовая работа

Системы автоматического управления за долгий путь своего развития от центробежных регуляторов паровых машин до современных комплексных САУ подвижными объектами проникли во все области техники и стали решающими при создании многих современных технических средств и устройств. Объект управления (регулирования), представляющий собой машину, аппарат или установку, требуемый режим работы, которых должен поддерживаться. Регулятор или управляющая часть САУ, поддерживает требуемый режим работы объекта управления либо изменяет этот режим в соответствии с заданным законом или программой управления. Измерительные и чувствительные устройства, предназначенные для измерения и преобразования регулируемых величин или возмущающих воздействий разнообразного физического происхождения в сигналы передаваемые и используемые в САУ. Программные или задающие устройства предназначены для выработки сигналов, меняющихся по заранее определенному закону.Согласно заданного варианта № 8, функциональная схема системы химического реактора изображена на рис. Технологический процесс приведенной выше схемы следующий: В химический реактор загружается определенное N1 количество первого компонента - устанавливается задатчиком 1. После этого загружается определенное количество N2 второго компонента - устанавливается задатчиком 2. Включается нагрев реактора, доводится температура до тзад1 и поддерживается на этом уровне в течении времени К - устанавливается задатчиком 3. Можно полагать, что за время слива продукта температура в реакторе снизится на 1/3 от тзад2.Дискретную передаточную функцию разомкнутой системы можно определить по формуле: где - передаточная функция объекта в виде обычного преобразования Лапласа.2) можно представить колебательным звеном (описывающее объект управления) и регулятором.Период дискретизации сигнала - это частота преобразования функции непрерывных переменных в функции дискретных переменных, которая обеспечит точное (с малой погрешностью) представление исходной непрерывной функции. Для данной системы необходимо преобразовать сигнал с усилителя в цифровой код для последующей обработки данных процессором. Для нахождения периода дискретизации используем теорему Котельникова - Найквиста.В данной системе наиболее оптимально использовать прерывания от концевых датчиков и циклический опрос датчика температуры и массы. Наибольший приоритет в любом микроконтроллере имеют прерывания, а это обеспечит мгновенную реакцию на аварийные режимы работы. По истечении времени произойдет считывание информации с датчика, ее обработка, выдача управляемого воздействия, сброс таймера-счетчика и его повторная установка.С помощью каталогов производителей, поставщиков средств автоматизации и управления выбираем контроллер, модули ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, задатчики и датчики согласно требованиям, предъявляемым к системам управления/регулирования. Контроллеры компании Advantech имеют модульную конструкцию с открытой и масштабируемой архитектурой, обеспечивают легкость системной интеграции, мощные возможности модернизации и удовлетворяют все потребности предприятия в рамках существующей инфраструктуры. Представляет собой законченное устройство и относится к классу мини рабочих станций. Датчики температуры Honeywell представлены двумя сериями - датчики с полупроводниковым чувствительным элементом (серия 700, являющаяся заменой снятой с производства серии HEL-700). Датчики могут быть использованы как в газовых так и агрессивных средах.Если в системе имеется запаздывание, величина которого больше периода дискретизации Т, то это проводит к ухудшению динамических свойствам замкнутой системы или ее неустойчивости. Задача устранения влияния запаздывания сводится к замене схемы системы, содержащей элемент запаздывания внутри замкнутого контура (рис. 5а), схемой системы, в которой элемент запаздывания находится вне этого контура (рис. Будем полагать что запаздывания ? равно целому числу, кратному Т, т.е. в относительных единицах времени m. Сопоставляя эти передаточные функции видно, что условие компенсации сводится к созданию такой структуры, при которой передаточная функция разомкнутой системы W(z)•z-m заменяется передаточной функцией W(z).При разработке алгоритма учтем процесс работы системы, аварийные режиме работы, особенности вычисления и контроль датчиков.Получив дискретную передаточную функцию объекта и регулятора, проведем аналитическое исследование. Определим дискретную передаточную функцию замкнутой системы Если на вход подать системы подать единичный скачок , получим изображение выходной величины системыВыполним моделирование системы Модель системыВ ходе выполнения работы была определена дискретная передаточная функция, рассчитаны параметры цифрового регулятора, выбрано оборудования системы с помощью программ MATLAB и MATHCAD.

Содержание

Введение

1. Разработка функциональной схема системы

2. Дискретная передаточная функция объекта

3. Структурная схема объекта

4. Выбор периода дискретизации аналоговых сигналов

5. Обоснование способа ввода информации

6. Выбор технических средств

7. Учет запаздывания и корректировка его влияния

8. Разработка алгоритма работы системы

9. Аналитическое исследование

10. Моделирование системы

Выводы

Литература

Системы автоматического управления за долгий путь своего развития от центробежных регуляторов паровых машин до современных комплексных САУ подвижными объектами проникли во все области техники и стали решающими при создании многих современных технических средств и устройств.

Как известно в САУ выделяют следующие основные устройства, из которых она состоит.

Объект управления (регулирования), представляющий собой машину, аппарат или установку, требуемый режим работы, которых должен поддерживаться.

Регулятор или управляющая часть САУ, поддерживает требуемый режим работы объекта управления либо изменяет этот режим в соответствии с заданным законом или программой управления. Регулятор, в свою очередь, включает в себя следующие устройства.

Измерительные и чувствительные устройства, предназначенные для измерения и преобразования регулируемых величин или возмущающих воздействий разнообразного физического происхождения в сигналы передаваемые и используемые в САУ.

Программные или задающие устройства предназначены для выработки сигналов, меняющихся по заранее определенному закону.

Усилительно преобразующие устройства, предназначенные для усиления сигналов, проходящих в регуляторах. Эти устройства преобразуют сигналы и управляют энергией, поступающей от внешнего источника в управляющие воздействия различного физического происхождения.

Корректирующие устройства служат для обеспечения требуемых характеристик по устойчивости, качеству и точности управления.

Исполнительные устройства осуществляют непосредственное воздействие на объект управления.

Согласно заданного варианта № 8 исходные параметры системы представлены в таблице 1.

Таблица 1. Исходные параметры системы

№ варианта Передаточная функция Коэффициент передачи Постоянные времени Масса компонентов, кг, max Заданная температура Время Точность измерения ?н, % по управляющему воздействию по возмущающему воздействию T2, с Т1, с Запаздывание, с N1 N2 тзад1, C° тзад2, C° К, час ?м, % ?t, %

8 б) 36 21 12.5 28.3 2 170 120 120 160 5 15 5

реактор дискретный аналоговый сигнал

Объектом для исследования в курсовой работе был химический реактор. Для данной системы были составлены функциональная и структурная схемы. В ходе выполнения работы была определена дискретная передаточная функция, рассчитаны параметры цифрового регулятора, выбрано оборудования системы с помощью программ MATLAB и MATHCAD. В результате проведенного моделирования были получены графики ОУ и АЦП при наличии и отсутствии возмущения.

1. Теория системы автоматического управления. В.А. Бессекерский, Е.П. Попов - 4-е издание, перераб. и доп. - СПБ, «Профессия», 2003.-752 с.

2. Ципкин Я.З. Теория линейных импульсных систем, ФИЗМАТГИЗ, М.:968с.

3. Жуков Н.С. Цифровые системы управления и обработки информации. Методическое пособие для самостоятельного изучения.

4. Теория автоматического управления: Нелинейные системы управления при случайных воздействиях/ Под ред. А.В. Нетушила. - М.: Высш. школа, 1983.

5. Лукас В.А. Теория автоматического управления. - М.: Недра, 1990. - 416 с.

6. Брюханов В.Н. и др. Теория автоматического управления. - М.: Высш. школа, 2000 г.

7. Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ: Пер. с англ. - М.: Мир, 1978. - 480 с., ил.

8. Оппенгейм Э., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов/ Пер. с англ./ Под ред. С.Я. Шаца. - М.: Связь, 1979. - 416 с.

9. Антонью А. Цифровые фильтры: анализ и проектирование/ Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.

10. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. - М.: Радио и связь, 1985. - 312 с., ил.

Размещено на .ru