Автоматическая система регулирования температуры

Министерство образования РФ

Владимирский государственный университет

Кафедра УИТЭС

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Моделирование систем управления»

Автоматическая система регулирования температуры

Выполнил:

ст. гр. УИ-106

Дмитерчук С.Б.

Принял: Малафеев С.И.

Владимир 2009

Содержание:

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ЭЛЕМЕНТЫ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ СИСТЕМЫ:

1.1 Описание функциональной схемы устройств

1.2 Описание структурной схемы

1.3 Описание объекта управления. Его статические и динамические характеристики

1.4 Принцип действия измерительного устройства

1.5 Характеристики регулирующего устройства

1.6 Принцип действия и характеристики исполнительного устройства

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ:

2.1 Нелинейности автоматической системы, их статические характеристики

2.2 Линеаризация системы в рабочей точке

2.3 Передаточные функции линеаризованной системы

2.4 Характеристическое уравнение системы

2.5 Анализ устойчивости линейной модели системы

2.6 Определение показателя колебательности. Построение области устойчивости системы в плоскости параметров регулирующего устройства (Кр, Тр)

2.7 Корневой годограф системы

2.8 Импульсные и переходные характеристики разомкнутой системы относительно задающего и возмущающего воздействий

2.9 Аналитический расчет переходных процессов в замкнутой системе

2.10 Моделирование линеаризованной системы с помощью Matlab

2.11 Выполнить оптимизацию линеаризованной системы с помощью моделирования

2.12 Определить характеристики оптимизированной системы

2.13 Исследовать процессы в системе (для выходного сигнала и ошибки) при действии различных сигналов

2.14 Оценка точности системы. Основные составляющие ошибки

3. ИССЛЕДОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ:

3.1 Переходные процессы в системе при различных отклонениях от параметров рабочей точки задающего и возмущающего воздействий

3.2 Исследование процессов для выходной переменной и ошибки системы при действии на входе сигналов задания, содержащих гармоническую составляющую

3.3 Статические характеристики нелинейной системы

4. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МДЕЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ:

4.1 Составление программы для имитационного моделирования, используя структурную схему нелинейной автоматической системы

4.2 Используя составленную программу, определить переходные процессы в системе для выходной переменной и ошибки при изменении задающего и возмущающего воздействий для различных рабочих точек

4.3 Статические характеристики системы

4.5 Сравнение результатов моделирования с помощью составленной программы и с помощью типовых программных средств

5. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ:

5.1 Влияние напряжения питающей сети на процессы регулирования температуры

5.2 Изменение свойств системы при использовании вместо ПИ регулятора П-, ПД- и ПИД-регулятора

5.3 Работа системы при использовании релейного двухпозиционного регулятора

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ЭЛЕМЕНТЫ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

 

1.1 Описание функциональной схемы устройства

 

Рис. 1. Функциональная схема автоматической системы регулирования температуры

Общий принцип действия системы автоматического регулирования температуры состоит в том, чтобы поддерживать на требуемом уровне температуру объекта (в нашем случае – печи). Происходит это следующим образом – с датчика температуры (ДТ), который находится в печи (П), текущее значение температуры поступает на регулирующее устройство (РУ), которое на основании полученной информации вырабатывает управляющее воздействие. Это воздействие формируется по алгоритму управления, заложенному в регулятор.

Далее сигнал с РУ поступает на исполнительное устройство, а именно – на тиристорный регулятор напряжения (ТРН), управляемый ФСУ. Задача фазосдвигающего устройства – в соответствии с сигналом регулятора формировать такие углы включения тиристоров, чтобы напряжение, подаваемое на нагреватель, поддерживало температуру на нужном уровне. Установка требуемой температуры осуществляется с помощью задатчика (З).

1.2 Описание структурной схемы

 

Рис. 2. Структурная схема автоматической системы регулирования температуры

Входным сигналом системы является напряжение Uз, оно сравнивается с напряжением Uд ≈ Θ, которое действует на выходе датчика. Если Uз ≠ Uд, то появляется ошибка ε = Uз – Uд.

Допустим, что Uз > Uд, тогда ε > 0. Далее эта ошибка поступает на вход РУ, где она усиливается. РУ имеет передаточную функцию (ПФ)

Uр увеличивается, а углы включения тиристоров уменьшаются, т. к.

Следовательно Uн увеличивается.

Рн также увеличивается:

следовательно, температура в печи растет.

Если ε < 0, то температура в печи уменьшается за счет теплообмена.

Как правило, в реальных системах сложно точно разграничить объект управления и исполнительные механизмы, потому что структурная схема является упрощенной моделью устройств и может либо объединять несколько реальных объектов в один блок, либо наоборот разбивать объекты на несколько блоков.

В предложенной схеме можно принять, что:

1)  Объектом управления является печь с нагревателем.

2)  Исполнительным устройством, которое вырабатывает регулирующее воздействие Uн является тиристорный регулятор напряжения.

3)Измерительное устройство – датчик, который также является элементом главной ОС, вырабатывающим сигнал, находящийся в определенной функциональной зависимости от регулируемой переменной.