Курсовая с практикой на тему Разработка дискретной системы автоматического управления

Содержание:

Список принятых сокращений 3

Введение 4

1 Разработка функциональной и структурной схем САР 7

1.1 Разработка функциональной схемы САР 7

1.2.Разработка структурной схемы САР 7

2 Описание принципа действия САР 8

3 Определение диапазона частот входного в дискретную часть САР непрерывного сигнала 10

4 Разработка структурных схем с ПФ замкнутой и разомкнутой ДСАР 11

5 Определение Z-ПФ замкнутой и разомкнутой САР 15

6. Определение устойчивости дискретной САР по Z-корневому критерию 17

7. Определение устойчивости САР по аналогу критерия Михайлова 18

8. Построение графика переходного процесса САР 20

9. Определение прямых показателей качества 22

Заключение 24

Список используемой литературы 26

Приложение А 27

Введение:

В настоящее время автоматизация технологических процессов проникает во все области науки и техники. Это связано с тем фактом, что автоматическое управление превосходит ручное управление по многим параметрам. Например: производительность труда выше, устраняется человеческий фактор, точность выполнения поставленных задач выше и т.д.

Современные автоматизированные комплексы включают в себя комплекс вычислительных устройств, но контролирующие функции, которой выполняет человек.

Такие комплексы обеспечивают безопасность технологических процессов, ведение самого технологического процесса, а так же управление технологическими процессами.

Из-за повсеместного применения САР, так же пропорционально растут и требования к качеству САР. В частности, применяемые аналоговые системы на практике оказались не способны выполнить некоторые функции. Вследствие чего в современных САР стали появляться дискретные системы, в состав которых входят ЭВМ и другие цифровые устройства.

Преимущества дискретных систем относительно аналоговых:

— преобразование информации, а так же ее передача значительно выше аналоговой;

— дискретные сигналы меньше подвержены искажениям при их передачи и хранении информации;

— так как ЭВМ использует коды 1 и 0 то дискретные сигналы легко им воспринимаются и обрабатываются, а так же преобразуются в цифровой код;

— так как преобразование сигнала легче, то и объем оборудования меньше и легче относительно аналоговых систем;

— легкая регулировка параметров [1].

Для согласования дискретных систем с непрерывной частью системы используются преобразователи, такие как ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь и АЦП – аналогово-цифровой преобразователь. Посредствам АЦП – происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал. При исследовании САР такой преобразователь является идеальным ключом, дискретизатора, который переключение производит без затрат времени. К тому же он генерирует на выходе последовательность мгновенных равноотстоящих импульсов, амплитуда импульсов будет равна величине амплитуды непрерывного сигнала в момент формирования сигнала, то есть замыкания ключа и другое.

Преобразовав аналоговый сигнал в цифровой, АЦП передает его на ЭВМ, который в соответствие с алгоритмом реализует управление объектом по определенному закону регулирования. ЭВМ в данном случае выступает как последовательное соединение цифрового фильтра, осуществляющего преобразование входного сигнала по заданному алгоритму, и звена запаздывания с передаточной функцией е^(-TS) с учетом времени запаздывания в цифровом фильтре.

Функции ЦАП ровно противоположные АЦП. То есть он переводит цифровой сигнал в аналоговый (непрерывный) сигнал на исполнительный механизм. ЦАП представляется в виде формирующего элемента. ФЭ преобразует мгновенные импульсы на входе в последовательность модулированных импульсов, форма и параметры которых зависят от изменения входного сигнала [2].

Таким образом, сложность объектов управления, увеличения объема перерабатываемой информации, возрастание требований к качеству САР обуславливает использование современных автоматизированных систем – дискретных САР, построенных на базе электронно-вычислительной техники, что вызывает необходимость преобразования в системе аналоговых сигналов в дискретные и наоборот. Именно из-за этого специалисты в области автоматизации технологических процессов и производств должен глубоко знать принципы и методы построения систем управления, закономерности протекающих в них процессах.

Цель курсового проекта – разработка дискретной системы автоматического регулирования.

Задачи для достижения цели курсового проекта – разработка функциональной схемы, структурной схемы, определение устойчивости САР, построение переходного процесса и определение показателей качества

Заключение:

Работа любого технического устройства характеризуется одной или несколькими физическими величинами. Например, работа генератора характеризуется величиной напряжения; работа двигателя — угловой частотой вращения вала; паровой котёл — давлением пара; резервуар — уровнем жидкости и т.д. При решении производственных задач возникает необходимость поддерживать заданную физическую величину или, согласно технологическим требованиям, должным образом изменять её значение.

Главными причинами незапланированного изменения регулируемой величины обычно является изменение нагрузки и влияние внешних условий работы (температура, давление, вибрация и т. д.). Поэтому задача уменьшения отклонения регулируемой величины от заданной является основной задачей системы автоматического управления (САУ). Для решения этой задачи необходимо провести анализ работы САУ по принципиальной схеме и составить функциональную схему, по которой определяется назначение каждого устройства как функционального элемента САУ или, если сказать по-другому, определяется: какой элемент САУ на какой показатель качества управления влияет. Это позволит целенаправленно изменить работу соответствующего функционального элемента, чтобы улучшить качество управления.

В ходе работы была проведена разработка и исследование дискретной САР. Так же был определен тип системы, а именно управление по отклонению, которая предназначена для поддержания постоянного значения регулируемой величины.

Были составлена структурная схема замкнутой и разомкнутой САУ с ПФ данной системы.

Так же определили устойчивость системы, что является необходимым условием для нормально работы САУ.

По Z-корневому критерию устойчивости система устойчива, так как корни Z-XУ замкнутой САУ лежат внутри окружности единичного радиуса:

По аналогу критерия Михайлова система устойчива, т.к. годограф вектора характеристического полинома (кривая Михайлова) при изменении ω от 0 до π/Т, начинаясь на положительном вещественной полуоси, последовательно обходит в положительном направление 8 квадрантов комплексной плоскости.

Так же было рассчитано достаточное условие работоспособности САУ – ее качество, которое определяется по прямым и косвенным показателям.

Косвенные показатели качества САР:

— степень устойчивости — h=0,043

— степень колебательности – μ=2б25

Прямые показатели качества САУ:

— время регулирования t_p=7

— перерегулирование σ=12%

-колебательность n=1

— статическая ошибка ∆=0,205

— степень затухания Ψ=68%

Все цели и задачи курсового проекта выполнены в полном объеме.

Фрагмент текста работы:

Разработка функциональной и структурной схем САР

1.1 Разработка функциональной схемы САР

Функциональная схема разрабатывается по исходным данным. Взаимное расположение элементов в схеме зависит от входных и выходных сигналов для каждого элемента.

Функциональная схема изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема дискретной САР

Элементы схемы изображены в соответствие с ЕСКД (Приложение А).

1.2.Разработка структурной схемы САР

Как правило, структурная схема разрабатывается на основе разработанной функциональной схемы. На структурной схеме элементы сохраняют свое расположение как на функциональной схеме. Отличием схем является изображение элементов в виде прямоугольников с обозначением элементов. Структурная схема дискретной САР изображена на рисунке 1.2.

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь;

ВУ – вычислительное устройство;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

У – усилитель;

ИД – исполнительный двигатель;

Р – редуктор;

РО – регулирующий орган;

ОР – объект регулирования;

ИЭ – измерительный элемент.

2 Описание принципа действия САР

В разрабатываемой системе САР объектом регулирования выступает трубопровод. Тогда физическая величина протекающей жидкости по ней будет регулируемым параметром.

Данная система автоматического регулирования относится к стабилизирующим системам, у которой замкнутое управление или управление по отклонению, а следовательно, алгоритм управления П – закон регулирования (пропорциональный).

Входной сигнал оказывает задающее воздействие (X_(ВХ(t))). При этом возмущающим воздействием может выступать изменение температуры окружающей среды, изменение скорости потока, изменение состава среды и другое.

Дискретная САР предназначена для непрерывного контроля параметра заданного входным значением. Опишем элементы дискретной САР:

— сравнивающее устройство (СУ) – сравнивает входное значение с фактическим значением и формирует сигнал рассогласования;

— аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) – преобразует непрерывный входной сигнал (Х_(1(t))) в дискретный (Х_(2(t))). В период преобразования сигнала происходит дискретизация сигнала t=nT. Так же стоит отметить, что данное устройство рассматривается как идеальный ключ, не имеющего времени срабатывания, а мгновенно переключающийся. На выходе он формирует идеальный сигнал амплитудой равный величине непрерывного сигнала в момент переключения;

— цифровое вычислительное устройство – микроконтроллер, микропроцессор, цифровое устройство способное реализовать П – закон регулирование;

— исполнительный двигатель – его функция привод регулирующего органа;

— редуктор – организует передачу кинетического воздействия от ИД к регулирующему органу;

— усилитель – усиливает выходной сигнал с ЦАП для регулирующего органа;

— измерительный элемент – измеряет текущее значение фактической управляемой величины.

Принцип действия дискретной САР.

Измерительный элемент подает сигнал на сравнивающее устройство о фактическом значении управляемой величины, где оно сравнивается с заданной величиной и если есть разница, формируется сигнал рассогласования и подается на вход АЦП. В АЦП сигнал рассогласования преобразуется в цифровой сигнал и поступает на вход вычислительного устройства, где по закону П регулирования формируется управляющий сигнал и подается на ЦАП. Сигнал в ЦАП подвергается широтно-импульсной модуляции и поступает на усилитель, где усиливается до необходимой величины, с одинаковой амплитудой, скважностью и длительностью сигнала. Усиленный сигнал поступает на исполнительный двигатель ротор, которого поворачивается на определенный угол в соответствие с числом поступивших импульсов. Градус поворота двигателя зависит от длительности импульса. Для уменьшения скорости вращения двигателя на схеме стоит редуктор. Регулировка клапана происходит до полного совпадения с заданным значением (X_(ВХ(t))).