Реферат: Типы регулярных регуляторов

Обнинский политехникум.

Курсовой проект по предмету:

«Автоматическое управление».

Тема проекта:

«Типы регулярных регуляторов».

Учащийся Карпухин Роман Александрович.

Гр. ПО-21,

IV курс.

Консультант Рыдкий Анатолий Владимирович.

Г. Обнинск, 2001 г.

Содержание.

Введение

1. Основные понятия и определения.2. Теоретичискаячасть

Интегральноезвено

Дифференцирующеезвено

Реальноеинтегральное звено

Реальноедифференцирующее звено

3.

Основнаятеоретическая часть

Типырегулярных регуляторов

Пропорциональныерегуляторы

Интегральныерегуляторы

Дефференцальныерегулирующие устройства

4.

Практическаячасть

Тестоваяпрограмма

Вывод

Списоклитературы

Введение.

В успешном решении экономических исоциальных вопросов одним из решающих факторов является автоматизация и механизацияпроизводства.

В настоящее время технический прогресс характеризуетсянепрерывным ростом автоматизации производства во всех отраслях народногохозяйства. От автоматизации отдельных установок и агрегатов в настоящее времяпереходят к комплексной автоматизации и созданию автоматических цехов изаводов- автоматов, обеспечивающих максимальное повышение производительноститруда, снижение себестоимости продукции и повышение культуры производства. Толькоблагодаря автоматизации стало возможным осуществление ряда наиболеепрогрессивных технологических прогрессов, создание новых современных видовсообщений и средств связи.

Для решения этих задач необходимоповышать технический уровень вычислительной техники, приборов и средствавтоматизации на основе новейших достижениймикроэлектроники, оптоэлектроники и лазерной техники; опережающими темпамиразвивать производство быстродействующих вычислительных комплексов,периферийного оборудования и программных средств к ним, электронных устройств регулирования и телемеханики, исполнительныхмеханизмов, приборов и датчиков систем комплексной автоматизации сложныхтехнологических процессов, агрегатов, машин и оборудования, а также микропроцессорнойтехники.

Для выполнения этих решений, разработкии эффективной эксплуатации автоматических систем регулирования необходимо знатьобщие законы их построения и действия, методы исследования и настройки. Этивопросы изучает наука об автоматических системах управления, в частности одиниз её разделов – автоматические системы регулирования.

Простейшие автоматические регуляторы иустройства человек стал применять ещё в древнейшие времена. Так на рубеже нашейэры арабы с успехом применяли поплавковые регуляторы уровня для повышенияточности показаний водяных часов. В средние века с успехом применялисьцентробежные регуляторы хода водяных мукомольных мельниц. В 1657 г. Гюйгенс предложил и встроил в механическиечасы маятниковый регулятор хода.

Однако развитие промышленныхавтоматических регуляторов началось лишь на рубеже

XVIII и XIX столетий – в эпоху промышленногопереворота в Европе.

Опыт применения регуляторов показал,что эффективность их работы нельзя рассматривать в отрыве от статических идинамических свойств объекта регулирования.

Автоматические системы регулирования.

Основные определения и понятия.

Работа любой технологической установки, агрегата или технологическогообъекта характеризуется различными физическими величинами, например температурой,давлением, разрежением, расходом вещества и т.п. Для обеспечения оптимальногорежима их работы эти физические величины должны с определённой точностьюподдерживаться на заданном уровне или изменяться по определённому закону.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 1

На рис.1 представлен технологическийобъект – сушительный шкаф, в котором должна поддерживаться постояннаятемпература Q, которая измеряется измерительнымприбором ИП в комплекте с термометромсопротивления

Rт. Сушительный шкаф имеетэлектрический нагревательный элемент Н,питающийся от автотрансформатора АТ.При отклонении температуры от заданного значения, например при увеличении(падении) напряжения ис в питающейсети, человек – оператор перемещает движок автотрансформатора в направлении изменениянапряжения U, соответствующемвосстановлению заданного значения температуры. Так осуществляется ручноерегулирование объектом температуры сушительного шкафа. Принципиальная схемавзаимодействия системы «объект- оператор»при ручном регулировании температурысушительного шкафа представлена на рис.2. Входом системыпо регулирующему каналу является воздействие человека-оператора Ч-О на движок автотрансформатора АТ. Выходом системы является значение Q температуры в сушительномшкафу.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 2

На рис.2 видно, что выходсистемы ручного регулирования по воздействию связан с её входом через оператора(пунктир рис.1 и 2).Из этого следует общая идея перехода от ручного кавтоматического регулированию – подать регулирующее воздействие с выхода системына её вход через определённое техническое устройство, без человека-оператора Ч-О.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 3

На рис. 3 показан переходот ручного регулирования температуры сушительногошкафа (рис.1) к автоматического её регулированию. Температура в сушительномшкафу (рис.3) измеряется термометром сопротивления

Rт, включённым в одном из плеч измерительногомоста ИМ. При заданном значении температуры измерительный мост уравновешен, навход электронного усилителя ЭУ напряжение не подаётся. При отклонениитемпературы от заданного значения соответственно изменяется сопротивление Rт, что вызывает разбалансизмерительного моста ИМ. На электронный усилитель подаётся напряжениеразбаланса, и электродвигатель Мначинает вращаться, перемещая движок автотрансформатора АТ в сторону ликвидацииотклонения температуры шкафа от заданного значения. При достижении заданногозначения температуры измерительный мост ИМ балансируется, электродвигатель Мостанавливается и система приходит в равновесное состояние.

Заданное значениетемпературы устанавливается путём перемещения оператором движка потециометра

Rз. Потециометр R служитдля коррекции равновесия ИМ при значении температуры в сушильном шкафу, равномзаданному.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 4

На рис.4 в общем виде изображенафункциональная структурная схема автоматической системы регулирования (АСР) порис.3. Сравнивая схемы (рис. 2 и 4), видим, что в автоматической системерегулирования температуры в сушильном шкафу функции управления вместочеловека-оператора осуществляет регулирующее устройство РУ, состоящее изизмерительного моста ИМ, электронного усилителя ЭУ и электродвигателя М.

Комплекс технических средств(устройств), присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающихавтоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины илиавтоматическое изменение её по заданному закону, называют автоматическим регулятором.

Выход объекта регулирования(регулируемая величина) воздействует на вход регулятора; выход регуляторавоздействует на вход объекта регулирования.

В общем случае совокупностьуправляемого объекта и автоматического управляющего устройства, определённымобразом воздействующих между собой, называют автоматической системой. Автоматическаясистема с замкнутой цепью воздействия, в которой управляющее (регулирующее)воздействие вырабатывается в результате истинного значения управляемой (регулируемой) величины с заданным(предписанным) её значением, называется автоматической системой регулирования(АСР).

Процесс, посредством которого одну илинесколько регулируемых величин приводят в соответствие с их постоянными или изменяющимисяпо определённому закону заданными значениями, достигаемое техническимисредствами путём выработки воздействия на эти величины в результате сравненияих действительных значений с заданными, называется автоматическимрегулированием.

Автоматическое регулирование является частным случаем болееобщего понятия автоматического управления.

Автоматическим управлением называетсяпроцесс, при котором операции выполняются посредством системы, функционирующейбез вмешательства человека в соответствии с заранее заданным алгоритмом.

Под алгоритмом в общем случае понимаетсясовокупность действий, Выполнение которых в определённой последовательностиприводит к решению поставленной задачи. Алгоритм управления – алгоритм,определяющий процесс управления некоторым объектом.

Из рис.3 и 4 следует, чтоавтоматическая система регулирования состоит из ряда элементов, выполняющихразличные функции. (Основные элементы, из которых формируется автоматическаясистема регулирования, рассмотрены ниже.)

Интегрирующее звено.

Выходная величинаинтегрирующего звена пропорциональна интегралу входной величины, т. е.

(1)

Дифференциальное уравнениеинтегрирующего звена имеет вид

dx

ВЫХ / dt= kxВХ (2)

Коэффициент

k называют коэффициентомусиления (коэффициентом передачи) звена по скорости. Он численно равен скоростиизменения выходной величины при единичном значении входной величины.Преобразовав дифференциальное уравнение звена по Лапласу, получим pxВЫХ (p) = kxВХ (p), откуда находим передаточную функциюзвена:

W (p) = k / p*

(3)

Если входная и выходная величиныимеют одинаковую размерность, то из выражения

dxВЫХ / dt = kxВХ следует, чтокоэффициент k имеет размерность c-1. В этом случаедифференциальное уравнение dxВЫХ / dt= kxВХ удобнее представить в виде

dx

ВЫХ / dt = xВХ / Т,(4)

где Т=1/

k

При этом передаточнаяфункция звена примет вид

W (p) = 1 / Tp (5)

Величину Т называют постоянной времениинтегрирующего звена.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 5

На рис.5 Представлен характеризменения выходной величины интегрирующего звена при подаче на его входпостоянной входной величины

x0ВХ, изображение которой xВХ(p)=x0ВХ / р

Тогда из уравнения

x

0ВХ= L-1 [xВЫХ(p)]= L-1 [k x0ВХ / p2] = k x0ВХ *t (6)

Таким образом, в этомслучае

xвых изменяетсяпо прямой, проходящей через начало координат под углом a=arktkxвхоси абсцисс.

Из передаточной функции

W(p)= 1/Tp звена W(p)=k/p определяем

W (i w) = k / j w = — jk / w; U (w) = 0;

V (w) = — k / w; W (w) =k / w;

j (w) = — p / 2 (7)

Согласно формуле

W

(i w) = k e– j p / 2 / w. (8)

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 6

Частотные характеристикипредставлены на рис. 6, из которого следует, что а) КЧХ звена

б) при всех частотахвыходные колебания отстают по фазе от входных на угол 90

° (рис.6в)

в) АЧХ представляет собойгиперболу, т.е. чем меньше частота входного сигнала, тем больше этот сигналусиливается звеном. При

w = 0 коэффициент усиления равенбесконечности, и, наоборот, при w = ¥ коэффициент усиления звенаравен нулю (рис.6б).

Логарифмируя

L(w) = 20 lg k – 20 lg w (9)

Таким образом, ЛАЧХ представляет собойпрямую линию, пересекающую при

k= 0 осьабсцисс в точке w= 1 иимеющую наклон к оси абсцисс 20 дБ / дек. При k ¹ 1 ЛАЧХперемещается параллельно оси ординат на величину 20 l gk (рис.7а)

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 7

Логарифмическаяфазо-частотная характеристика не зависит от частоты и равна —

p / 2 (рис.7б). На рис.7 на оси абсцисс для сравненияуказаны значения w и lg w, а также нанесенакоординатная сетка частот.

Пример1.

Определим динамическиесвойства гидравлического механизма (рис.8), который широко применяется всовременных системах регулирования. Входной величиной для него является перепаддавления

pВХ = p1 — p2, авыходной – перемещение DsВЫХ поршня.

Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 8

Сила давления на поршеньравна

p = (p01 — p02) F, где F- эффективная площадьпоршня. Если пренебречь трением и инерцией поршня. То можно считать, что этоусилие целиком расходуется преодоление внешней нагрузки, приложенной к поршню(сопротивление перемещению регулирующего органа, заслонки, шибера и т.п.):

р

В.Н =(p01 — p02) F (10)

При небольших отклоненияхот состояния равновесия расходы жидкости через вентили В1 и В2 пропорциональныперепадам давления на вентилях

Q1 =

k1(p1 — p01); Q2 = k2 (p02 — p2) (11)

Так как

Q1 = Q2, то решив совместно уравнения (10) и (11),получим

p

01 = [(F (k1 p1 + k2 p2) +k2 рВ.Н )] / F (k1 +k2)

еще рефераты

Еще работы по экономико-математическому моделированию

Реферат по экономико-математическому моделированию