Основной задачей при проектировании таких систем является выбор структуры системы и параметров ее элементов таким образом, чтобы система была устойчивой и обеспечивала бы требуемое качество работы. Объектом исследования в данной курсовой работе является система терморегулирования, которая служит для поддержания заданной температуры в печи постоянной. При анализе необходимо исследовать систему на устойчивость с помощью алгебраического критерия устойчивости Гурвица и метода D-разбиения и на качество переходного процесса. В результате, система не только должна быть устойчивой, но и обладать требуемыми характеристиками переходного процесса.Система терморегулирования предназначена для поддержания заданной температуры в печи постоянной. Принципиальная схема система терморегулирования приведена на рисунке 1. Система состоит из объекта управления печи П, термопары Тп, тиристорного регулятора мощности ТРМ, делителей напряжения, измерительного усилителя У1, сравнивающего усилителя У2 и пропорционально-интегрального регулятора (ПИ-регулятора), который включает в себя пропорциональный и интегральный каналы регулирования и сумматора У3. Допустим, что под воздействием различных внешних факторов изменилась управляемая величина, т. е. температура печи .Сопротивления , компенсируют температуру холодного спая термопары. Ее зависимость от температуры определяется градуировочной характеристикой , приведенной в таблице 2.Цепь настраивает систему на нуль. С помощью регулировки переменного резистора значение температуры устанавливается на нуль в пределах от номинальной температуры печи . Тогда, принимая ток МА, по закону Ома Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем Ом [3]. Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем КОМ [3].Принимая ток МА, по закону Ома определяем Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем КОМ; КОМ; КОМ [3]. Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем КОМ [3]. Из ряда стандартных сопротивлений Е24 выбираем КОМ [3].Рисунок 2 - Функциональная схема системы терморегулирования где ПК - пропорциональный канал, ИК - интегральный канал, ТРМ - тиристорный регулятор мощности, П - электрическая печь, ИУ - измерительный усилитель, Тп - термопара, - напряжение заданное, - напряжение ошибки, - напряжение на пропорциональном канале, - напряжение на интегральном канале, - управляющее воздействие на ТРМ, - управляющее воздействие на печь, - сигнал термопары, - напряжение измерительного устройства.Для нагревательного объекта, в качестве которого выступает электрическая печь, исходным является уравнение теплового баланса , или, переходя к операторной форме записи, запишем следующее уравнение , и поэтому нагревательный объект можно представить инерционным типовым звеном. Из исходных данных таблице 1 известно, что изменение напряжения питания электрической печи В ведет к изменению температуры печи на . Так как печь описывается типовым инерционным звеном, то уровня 95% от установившегося значения переходный процесс достигает за время , т. е.Так как тиристорный регулятор мощности является быстродействующей электрической схемой, то не стоит учитывать его динамические свойства, т. е.Термопара служит для измерения температуры и преобразует изменение температуры в ТЕРМОЭДС. Конструктивно термопара выполняется в виде достаточно массивного стержня, при помещении которого в зону измерения требуется определенное время для его прогрева до температуры окружающей среды. Нагрев тела термопары опишем уравнением теплового баланса , (2) где - теплоемкость тела термопары, - теплоотдача тела термопары, - измеряемая температура, - температура тела термопары. , или, переходя к операторной форме записи, , где - постоянная времени термопары, - коэффициент преобразования термопары.Схема интегрального канала представлена на рисунке 3. Рисунок 3 - Схема интегрального канала регулятора Используя законы Кирхгофа и Ома, находимСхема интегрального канала представлена на рисунке 4. Используя законы Кирхгофа и Ома, находимОбщий вид ПИ-регулятораНа основе функциональной схемы и описания элементов передаточными функциями составляем структурную схему исследуемой системы. При этом в условных обозначениях звеньев записываем конкретные выражения их передаточных функций [1]. Полученную структурную схему преобразуем к структуре с единичной обратной связью. Передаточную функцию фиктивного звена описываем по правилу последовательного соединения звеньев: , . Преобразованная структурная схема замкнутой системы с единичной обратной связью представлена на рисунке 6.Для расчета настроек регулятора используем метод логарифмических частотных характеристик системы (ЛЧХ). Сначала построим ЛЧХ для системы без учета регулятора. Из данной передаточной функции найдем частоты сопряжения График логарифмической амплитудной характеристики (ЛАХ) для системы без учета регулятора имеет 3 участка: Низкочастотный участок (). График ЛАХ для системы без учета регулятора изображен кривой на рисунке 8.
