Система автоматического управления технологическими процессами

В качестве регулятора предлагается использовать ПИ-регулятор. Его передаточная функция может быть описана выражением (2.1): (2.1)где kи – коэффициент интегрирования;kп – пропорциональный коэффициентСистема электропривода будет реализована на основе системы «тиристорый преобразователь – двигатель постоянного тока». Согласно [4] данную систему в общем случае можно описать с помощью выражения (2.2): (2.2)В передаточную функцию двигателя постоянного тока входят следующие составляющие:– - электрическая постоянная времени цепи якоря (Lя и rя – индуктивное и омическое сопротивление цепи якоря);– - электромеханическая постоянная времени (J – момент инерции; c1, c2 – конструктивные постоянные, зависящие от конструкции двигателя);– - передаточный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя. Вентиль может быть описан пропорциональным звеном с помощью выражения (2.3):(2.3)Объектом управления является барабан-окомкователь, который может быть представлен в виде инерционного звена первого порядка:(2.4)На рисунке 2.2 представлена структурная схема САР влажности в программе MatlabSimulink(рисунок 2.2). Рис.2.2 –Структурная схемма САР влажностиВыбор коэффициентов основан на расчётах, представленных в [10]. После того, как была составлена модель основных элементов «Двигатель – Вентиль – Барабан-окомкователь», необходимо произвести настройку ПИ-регулятора. С этой целью можно использовать способы последовательной или параллельной корректировки, либо воспользоваться внутренней настройкой регулятора в программе Matlab. Настройка производится исходя из выбора оптимального протекания переходного процесса. Необходимо определиться между двумя параметрами:– временем переходного процесса;– перерегулированием. В результате настройки были получены коэффициенты: Кп=0,012; Ки=0,0037 (рисунок 2.3). Рис.2.3 – Окно настройки ПИ – регулятораВыбор данных параметров обоснован тем, что перерегулирование не должно превышать 40 %, а время переходного процесса 7,5 с. При этом необходимо получить частотные графики разомкнутой системы. Она будет считаться устойчивой, если запас по фазе будет не менее 300, а запас по амплитуде более 6 Дб. 2.2 Исследование системы автоматического регулирования с инерционным объектом первого порядкаВеличина задания (блок Step на рисунке 2.2) определяется на основании требуемого технологического процесса. Для исследования разработанной САР зададимся данным значением, равным десяти. В результате был получен переходный процесс, изображённый на рисунке 2.4. Рис.2.4 – График переходного процесса САР влажностиПо графику переходной функции определим качественные показатели переходного процесса, представленные на рисунке 2.5. Рис. 2.5 – Показатели качества переходного процессаВ итоге, полученные качественные показатели удовлетворяют необходимым требованиям. Для получения частотных функций воспользуемся главным окном программы Matlab, где создадим разомкнутую систему. Листинг полученной программы приведен в приложении 1. АЧХ и ФЧХ САР влажности представлены на рисунке 2.6.Рис. 2.6 – АЧХ и ФЧХ разомкнутой системыИз представленных на рисунке 2.6 частотных графиков можно определить следующие показатели устойчивости:– запас по амплитуде, равный 29,5 Дб;– запас по фазе, равный 600;Эти параметры находятся в допустимых пределах и позволяют заключить, что разработанная САР влажности устойчива. ЗаключениеВ настоящее время невозможно представить развитие производства без использования средств автоматизации. Замена физического труда человека позволяет существенно сэкономить на оплате труда, а также снижает вероятность остановки технологического процесса. Преимущества внедрения САР заключаются в следующем:– повышается производительность труда;– уменьшается использование различных ресурсов (топливо, электрическая энергия и т.д.);– увеличение конкурентоспособности продукции;– уменьшение рабочего персонала. Первая глава данной курсовой работы была посвящена исследованию общих положений теории автоматического управления. Рассмотрены основные термины, описаны основные принципы управления. Представлено различие между понятиями автоматической и автоматизированной системы. Среди основных свойств выделены величины, которые характеризуют то или иное звено, выражающее главные черты технического объекта. Рассмотрены все характеристики инерционного звена первого порядка. Во второй главе была создана функциональная схема системы автоматического регулирования влажностью её математическая модель в программа Matlab Simulink. Проведен анализ САР влажности по переходным и частотным характеристикам. Выявлено, что с рассчитанными значениями ПИ-регулятора система считается устойчивой. Внедрение системы автоматического регулирования влажности позволит стабилизировать качество аглошихты и обеспечит улучшение показателей аглопроцесса и качество агломерата.Список использованной литературыБесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов.– 4-е изд., перераб. и доп. М.: СПб Изд-во, «Профессия», 2014.-747 с.  Ким, Д.П. Теория автоматического управления: учеб. пособие для студентов вузов/ Д. П. Ким. / - М.: Физматлит, 2013 - Т. 1: Линейные системы. - 2013. - 287 с.  Дембовский В.В. Моделирование и оптимизация технологических систем и процессов. Математическое моделирование литейных процессов с применением ЭВМ. –Л.: СЗПИ, 2013.4. Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. – М.: Металлургия, 2012.5. Проектирование систем контоля и автоматического регулирования металлургических процессов / под ред. Г.М.Глинкова. – М.:Металлургия, 2012.6. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 2. Нелинейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. - 304 с. - ISBN5-9221-0379-2.7. Шаповалов А.Н., Овчинникова Е.В., Майстренко Н.А. Повышение качества подготовки агломерационной шихты к спеканию в условиях ОАО «Уральская Сталь» // Металлург, 2015. №3. С.30-36.Приложение 1Листинг программы Matlab для получения частотных функций