Xreferat.com » Рефераты по промышленности и производству » Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизированных систем управления производством


КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Теория автоматического управления»

Вариант 1


Выполнил: студент гр.2эа Алейчик Д.В.

проверил:

к.т.н., доцент Матвеенко И.П.


Минск – 2009


Содержание


Задание

Характеристика объекта управления, описание устройства и работы САР, составление её функциональной схемы. Принцип автоматического управления и вид системы

Составление структурной схемы системы

Определение закона регулирования системы

Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействиям и для ошибок по этим воздействиям

Анализ устойчивости системы. Определение запасов устойчивости

Анализ зависимости статической ошибки системы от изменения управляющего воздействия на систему

Совместный анализ изменения управляемой величины объекта управления и системы от возмущающего воздействия в статике. Определение статической ошибки системы по возмущающему воздействию

Оценка качества управления переходным функциям

Общие выводы по работе

Литература


1. Задание


Параметры.

Вариант Схема

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

00 16 0.5 1 600 0.4 30 10 0.017 0.1 25 1 ---- 0.5

Схема.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Схема стабилизирует температуру воздуха в остеклённых блочных теплицах с водяной системой обогрева. Температура воздуха регулируется за счёт изменения температуры теплоносителя с помощью смесительного клапана. Основное возмущающее воздействие – изменение температуры наружного воздуха. Датчик температуры воздуха в теплице – термометр сопротивления. На схеме: 2 – измерительный блок, преобразующий величину сопротивления датчика температуры в электрическое напряжение. Устройство сравнения выполнено на дифференциальном усилителе.


2. Характеристика объекта управления, описание устройства и работы САР, составление её функциональной схемы. Принцип автоматического управления и вид системы


САР температуры воздуха в теплице состоит из объекта управления и регулятора. Объектом управления (ОУ) рассматриваемой САР является теплица.

Регулируемой величиной является температура Стабилизизация температуры воздуха в теплицах воздуха в теплице.

Целью управления является поддержание температуры воздуха в теплице на постоянном заданном уровне.

Управляющим воздействием на ОУ является температура, возмущающее воздействие – изменение температуры наружного воздуха.

Датчиком (Д) является термометр сопротивления вместе с измерительным блоком. Входной сигнал – температура воздуха в теплице Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, выходной – u на выходе измерительного блока.

Зададчиком является переменное сопротивление R. Задающий сигнал – падение напряжения на этом сопротивлении Стабилизизация температуры воздуха в теплицах.

Сравнивающее устройство выполнено на дифференциальном усилителе. Выходным сигналом являются величины напряжений u и Стабилизизация температуры воздуха в теплицах. Выходным – разность этих напряжений: Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, которое соответствует в определённом масштабе ошибке регулирования.

Дифференциальный усилитель (ДУ) выполняет функции устройства сравнения (вычитания) входных сигналов и усиления их разности. На входной усилитель поступает напряжение сравнения Стабилизизация температуры воздуха в теплицах и Стабилизизация температуры воздуха в теплицах (устройство местной обратной связи). Выходной сигнал усилителя – напряжение Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, подаваемое на электродвигатель.

Исполнительное устройство представляет собой исполнительный механизм, который состоит из электродвигателя и редуктора. Входной сигнал для электродвигателя – напряжение Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, выходной сигнал – угол Стабилизизация температуры воздуха в теплицах поворота вала электродвигателя. Входной сигнал для редуктора - Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, выходной сигнал - угол Стабилизизация температуры воздуха в теплицах поворота вала редуктора.

Устройство местной обратной связи (УОС) выполнено в виде потенциометрического датчика перемещения, подвижный контакт которого механически связан с выходным валом редуктора. Входной сигнал УОС – угол Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, выходной – напряжение Стабилизизация температуры воздуха в теплицах.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Система работает следующим образом.

При равенстве температур Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, Стабилизизация температуры воздуха в теплицах и на вход дифференциального усилителя сигнал не поступает и напряжение Стабилизизация температуры воздуха в теплицах.

При отклонении температуры в теплице от заданной, на вход ДУ поступает разность напряжений Стабилизизация температуры воздуха в теплицах. Усиленное напряжение Стабилизизация температуры воздуха в теплицах подаётся на электродвигатель, который через редуктор поворачивает клапан и тем самым изменяет расход воды через вентиль Θ, м2/c.

Одновременно выходной вал редуктора перемещает подвижный контакт потенциометрического датчика местной обратной связи, выходное напряжение которого находится на дифференциальном усилителе, где вычитается из напряжения uМ разбаланса моста. Усилитель усиливает разность напряжений uМ и uOC. За счёт местной обратной связи обеспечивается пропорциональная зависимость между напряжением uМ и углом поворота вала редуктора φР. Поэтому изменение напряжения uМ на нагревательном элементе (управляющее воздействие на объект) пропорционально величине отклонения температуры Θ в теплице от заданного значения ΘЗ. В результате температура в теплице возвращается к заданному значению.

При непрерывном изменении наружной температуры процесс регулирования идёт непрерывно. Если наружная температура установится, то при правильно подобранных параметрах регулятора процесс регулирования через некоторое время закончится, и вся система придёт в новое установившееся состояние.

Вывод: 1. Система является стабилизирующей.

2. В системе реализован принцип управления по отклонению.


3. Составление структурной схемы системы


Для этого получим передаточные функции всех элементов системы.

1. Уравнение теплицы как элемента управления.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Изображение Лапласа этого уравнения.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Передаточная функция климатической камеры по управляющему воздействию ΘВ:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Передаточная функция климатической камеры по возмущающему воздействию ΘН:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


2. Датчик температуры Д с измерительным блоком.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


3. Задатчик З


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


4. Сравнивающее устройство выполнено на дифференциальном усилителе, поэтому оно будет учтено в уравнении дифференциального усилителя.

5. Дифференциальный усилитель ДУ.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Первое звено осуществляет вычитание напряжения uОС из напряжения u.

Δu = u – uOC

Второе звено усиливает разность Δu.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

6. Двигатель Д:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


7. Редуктор Р


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


8. Устройство (потенциометр) обратной связи УОС.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


9. Регулирующий орган – смесительный клапан (К)


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Структурная схема системы

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Задатчик (З) системы является безинерциальным. Его коэффициент передачи кЗ должен быть равен коэффициенту передачи кД датчика, поскольку заданная ΘЗ и действительная Θ температуры должны вычитаться в одном масштабе. Поэтому для наглядности исследования эти коэффициенты кД = кЗ можно перенести за СУ и считать, что из заданной температуры ΘЗ непосредственно вычитается измеренная датчиком температура ΘД и формируется сигнал ошибки е. Получаем преобразованную структурную схему.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


4. Определение закона регулирования системы


Найдём передаточную функцию, определяющую взаимосвязь управляющего воздействия ΘВ на объект и ошибки е.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Предварительно заменим звенья, охваченные линейной обратной связью (УОС) с коэффициентом передачи кП одним эквивалентным звеном.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, где


WП(p) – передаточная функция прямой цепи;

WР(p) – передаточная функция разомкнутой цепи;

WОС(p) – передаточная функция обратной связи;


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Подставим в найденное выражение численные значения коэффициентов и получим.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

При последовательном соединении звеньев их передаточные функции перемножаются, поэтому


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Окончательно для безинерционного регулятора получаем.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Зависимость управляющего воздействия ΘВ от ошибки е показывает, что в рассматриваемой системе применяется π – закон регулирования.

5. Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействиям и для ошибок по этим воздействиям


Передаточная функция САР по управляющему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, где


WП(p) – передаточная функция прямой цепи системы;

WР(p) – передаточная функция разомкнутой системы;

WОС(p) – передаточная функция обратной связи системы;


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Подставим в полученное выражения численные значения параметров и после промежуточных преобразований получим:

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Передаточная функция САР по возмущающему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах, где


WF(p) – передаточная функция цепи звеньев от места приложения возмущающего воздействия до регулируемой величины.

Для рассматриваемого примера передаточная функция САР температуры в теплице по возмущающему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Передаточная функция САР для ошибки по управляющему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Подставляем в полученное выражение численные значения параметров.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Передаточная функция САР для ошибки по возмущающему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Для рассматриваемого примера передаточная функция САР температуры в климатической камере для ошибки по возмущающему воздействию ΘН.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


6. Анализ устойчивости системы. Определение запасов устойчивости


Анализ устойчивости по критерию Гурвица.

Определим устойчивость САР температуры воздуха в теплице. Для этого воспользуемся любой из полученных в п.4 передаточных функций системы, из которых следует, что характеристическое уравнение системы имеет вид:

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Все коэффициенты характеристического уравнения положительны, что соответствует 1–му условию устойчивости для уравнения четвёртой степени.

Второе условие устойчивости.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Полученный результат показывает, что система устойчива.

Анализ устойчивости по критерию Найквиста.

Определим устойчивость САР температуры в теплице.

Передаточная функция разомкнутой системы.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Для определения устойчивости системы строим график, для чего рассчитываем значения модуля А(ω) и аргумента φ(ω) для разных значений ω.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


ω 0 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.004 0.005 0.007
A(ω) 5 4.3 3.7 3.2 2.7 2.3 1.9 1.5 1
Φ(ω) 0 36 50 60 69 76 87 96 111
ω 0.009 0.01 0.015 0.02 0.03 0.04 0.045 0.05 0.07

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

А(ω) 0.78 0.68 0.4 0.23 0.1 0.05 0.039 0.03 0.012

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Φ(ω) 123 127 149 166 190 206 212 217 237

Определение запасов устойчивости.

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах - что соответствует требуемым условиям.


7. Анализ зависимости статической ошибки системы от изменения управляющего воздействия на систему


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


в статике (при р = 0) получим:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


где к – коэффициент передачи разомкнутой системы.

Таким образом:

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах Стабилизизация температуры воздуха в теплицах Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Рассматриваемая система имеет статическую ошибку, пропорциональную изменению управляющего воздействия на систему.


8. Совместный анализ изменения управляемой величины объекта управления в статике. Определение статической ошибки системы по возмущающему воздействию


Передаточная функция САР по возмущающему воздействию.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


В статике при р = 0 получаем:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


где Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Θ = ΘН – для объекта без регулятора.

Θ = 0.17ΘН – для объекта, снабжённого регулятором.


9. Оценка качества управления по переходным функциям


Отклонение регулируемой величины от своего установившегося значения.

Для переходной функции по управляющему воздействию, определяющему воздействию, определяется перерегулирование:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


где hmax1 – максимальное значение регулируемой величины в переходном процессе.

hУСТ – установившееся значение регулируемой величины.

Для нашего примера:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Нормальным считается перерегулирование Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Перерегулирование характеризует запас устойчивости системы. В нашем случае запас устойчивости достаточен. Для переходных процессов по возмущающему воздействию определяем максимальное отклонение регулируемой величины от установившегося значения, приходящееся на единицу возмущающего воздействия.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Быстродействие системы оценивается временем регулирования.


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Примем Δ = 0.05hУСТ.

Для переходной функции по управляющему воздействию:

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Для переходной функции по возмущающему воздействию:

Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Колебательность переходного процесса.

Для рассматриваемого примера N = 1

Обычно приемлемым числом колебаний считается Стабилизизация температуры воздуха в теплицах. Колебательность также оценивается отношением соседних отклонений регулируемой величины от установившегося значения.


С = (hmax2 - hУСТ)/(hmax1 - hУСТ)


Для переходного процесса по управляющему воздействию:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Для переходного процесса по возмущающему воздействию:


Стабилизизация температуры воздуха в теплицах


Статическая ошибка системы.


е = hЗАД - hУСТ = 1 – 0.83 = 0.17


Статическая ошибка по возмущающему воздействию.


е = (ΘЗАД – ΘУСТ) = 0.16


Общие выводы по работе


Объектом управления является теплица. Управляющим воздействием на объект является температура теплоносителя. Возмущающим воздействием является температура наружного воздуха.

Закон регулирования системы – пропорциональный.

Система устойчива. Запас устойчивости по амплитуде Стабилизизация температуры воздуха в теплицах

Запас устойчивости по фазе примерно 640, что удовлетворяет рекомендуемым запасам устойчивости.

Система является статической, т.к. статическая ошибка е = 0.17ΘЗ.

Прямые показатели качества: перерегулирование σ = 13%, число перегулирований и колебаний N = 1, что удовлетворяет предъявленным требованиям Стабилизизация температуры воздуха в теплицах и свидетельствует о достаточном запасе устойчивости.

Время регулирования около 446 с.

Качество системы следует считать удовлетворительным.


Литература


1. Методическое указание «Основы автоматики».

2. Юревич Е.Н. «Теория автоматического управления». – М.: Энергия, 1975 г.

3. Бохан Н.И., Бородин И.Ф., Дробышев Ю.В. «Средства автоматики и телемеханики». – М.: Агропромиздат. 1995 г.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: