«домашняя работа по системам управления химико-технологическими производствами»

1. Исследование объекта регулирования (3 балла)

Для исследования системы автоматического регулирования используется модель объекта регулирования, построенная с помощью Xcos — инструмента визуального моделирования в пакете Scilab.

Предполагается, что объект регулирования снабжён исполнительным устройством и датчиками регулируемого параметра и вспомогательного параметра.

Вид блока, визуально представляющего модель объекта регулирования, приведён на рис. 1:

y – регулируемый параметр; y1 – вспомогательный промежуточный параметр; d1 и d2 – возмущающие воздействия; u – управляющее воздействие. Файл *.zcos, указанный в варианте задания для каждого студента, содержит модель объекта регулирования, которая должна использоваться при выполнении всех пунктов задания. Однако во всех расчётах необходимо использовать приближённые передаточные функции объекта регулирования, определённые в ходе выполнения 1-го пункта задания.

Рис. 1. Вид блока для моделирования объекта регулирования с помощью Xcos. 1.1. Получить переходные характеристики объекта регулирования:

по каналу «управляющее воздействие – регулируемый параметр» u(τ) → y(τ) по каналу «управляющее воздействие – промежуточный вспомогательный параметр» u(τ) → y1(τ). 1.2. По переходным характеристикам определить приближённые передаточные функции объекта регулирования:

Y1(s) U(s) ;
Y(s) U(s) .
1.3. Используя переходную характеристику объекта управления по каналу «управляющее воздействие – регулируемый параметр» u(τ) → y(τ), составить «прогноз»:

1.3.1. можно ли получить с помощью одноконтурной САР приемлемое качество регулирования?

1.3.2. какие из традиционных линейных законов регулирования можно использовать в одноконтурной САР данным объектом?

1.3.3. каковы должны быть значения параметров настройки регуляторов, чтобы регулирование было «наилучшим»?

1. Исследование одноконтурной системы регулирования (10 баллов)

Структурная схема одноконтурной системы автоматического регулирования (САР) приведена на рис. 2:

y – регулируемый параметр; y1 – вспомогательный промежуточный параметр; P – регулятор; d1 и d2 – возмущающие воздействия; u – управляющее воздействие; yзд – заданное значение регулируемого параметра; ε – погрешность регулирования.

Рис. 2. Структурная схема одноконтурной системы регулирования. 2.1. Определить критическую частоту ωкр и максимальный коэффициент усиления Kрmax П регулятора:

2.1.1. расчётным путём, используя приближённую передаточную функцию объекта регулирования Y(s)/U(s), найденную в п. 1.2;

2.1.2. «экспериментально», то есть в ходе имитационного моделирования подобрать коэффициент усиления регулятора так, чтобы система регулирования оказалась на границе устойчивости (регулируемый параметр совершал незатухающие колебания).

Сравнить полученные значения ωкр и Kрmax и оценить, как реальные показатели качества регулирования будут отличаться от ожидаемых, если при расчёте настройки регулятора использовать приближённую передаточною функцию объекта регулирования.

2.2. Получить переходные характеристики системы регулирования:

2.2.1. для трёх входных воздействий yзд(τ), d1(τ), d2(τ);

2.2.2. для всех традиционных линейных законов регулирования (П, И, ПИ, ПД, ПИД);

2.2.3. для нескольких значений (2..4) каждого из параметров настройки регулятора.

2.3. По переходным характеристикам САР определить показатели качества регулирования, построить графики показатель качества = f (параметр настройки регулятора) и сделать выводы относительно влияния на качество регулирования:

2.3.1. входного воздействия;

2.3.2. закона действия регулятора;

2.3.3. параметров настройки регулятора.

Замечание. Работу следует спланировать так, чтобы при минимальном числе опытов выяснить влияние на качество регулирования каждого из исследуемых факторов: входного воздействия, закона регулирования, параметра настройки регулятора. Если не удастся получить устойчивое регулирование, следует указать возможные причины неу