ЛР9_Моделирование системы автоматического регулирования процесса нагревания (терморегулятор)
.pdfШкола Инженерная школа энергетики НОЦ И.Н. Бутакова
Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника
Отчет по лабораторной работе по дисциплине «Управление техническими системами»
«Моделирование системы автоматического регулирования процесса нагревания (терморегулятор)»
Выполнил студент |
|
|
|
гр. 5Б05 |
|
|
Цыбиков А.А. |
|
(дата, подпись) |
Проверил: |
|
|
|
|
к.т.н., доцент ИШЭ |
|
|
|
Атрошенко Ю.К. |
|
|
(дата, подпись) |
Томск 2022
Цель работы
Разработать математическую модель реального нагревателя, выполнить
моделирование системы управления на основе двухпозиционного реле,
проанализировать свойства модели.
Таблица 1 – Вариант задания
|
|
|
|
|
∆доп, |
|
Экспериментальные |
||
№ вар. |
N, Вт |
m, кг |
c, Дж |
S, |
ос, |
|
данные |
|
|
(кг ) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
нач, |
кон, |
tохл, ч |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
1100 |
1.2 |
420 |
280 |
15 |
18 |
15 |
200 |
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Порядок выполнения работы
Сделаем расчёт коэффициентом уравнения, описывающего процесс нагрева объекта (данное уравнение представлено в методическом указании).
Пользуясь исходными данными (Таблица 1), определяем:
|
охл |
|
0.8 ∙ 3600 |
|||||||||||||
= |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
= 1111.85 с. |
||||
|
|
n( |
200 |
) |
|
|||||||||||
|
ln( |
кон) |
|
|
15 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
нач |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
= |
∙ |
= |
|
420 ∙ 1.2 |
= 0.45 |
Вт |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1111.85 |
|
|
|||||||||||||
|
1 |
= |
|
|
= |
1100 |
= 2444.4 |
|||||||||
|
|
|
0.45 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 = ос = 18
В качестве регулятора в лабораторной работе используется двухпозиционное реле с зоной возврата. Переходная характеристика его показана на рисунке 1.
2
Рисунок 1 – Переходная характеристика двухпозиционного реле с зоной возврата
Величина ε определяет допустимую погрешность регулирования.
Например, если, а = –10, b=10, то температура нагревателя будет изменяться в диапазоне ±10 °С. В лабораторной работе |a|=|b|=∆доп.
Так как реле будет выполнять операцию включения/выключения,
следует задать U1=1, U2=0.
Моделируем систему регулирования. Структурная схема системы автоматического регулирования представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматического регулирования
Необходимо выполнить моделирование работы системы регулирования процесса нагревания для заданных значений температур S, S+10, S+20, для
различных значений мощности N, 0,9N, 1,2N. Приведем графики переходных
3
процессов и зависимости управляющего воздействия от времени при
различных значениях сигнала задания, все остальные параметры исходные:
1 = 2802 = 2903 = 300
Рисунок 3 – Переходный процесс при сигнале задания 280 °С
Рисунок 4 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 280 °С
4
Рисунок 5 – Переходный процесс при сигнале задания 290 °С
Рисунок 6 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 290 °С
5
Рисунок 7 – Переходный процесс при сигнале задания 300 °С
Рисунок 8 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 300 °С
6
Приведем графики переходных процессов и зависимости управляющего воздействия от времени при различных значениях подводимой мощности, все остальные параметры исходные:
1 11001 = = 1100 Вт; 1 = = 0.45 = 2444.4
1 9902 = 0.9 = 990 Вт; 1 = = 0.45 = 2200
1 13203 = 1.2 = 1320 Вт; 1 = = 0.45 = 2933.3
Рисунок 9 – Переходный процесс при подводимой мощности 2444,4 Вт
Рисунок 10 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности
2444,4 Вт
7
Рисунок 11 – Переходный процесс при подводимой мощности 2200 Вт
Рисунок 12 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности
2200 Вт
8
Рисунок 13 – Переходный процесс при подводимой мощности 2933.3 Вт
Рисунок 14 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности
2933.3 Вт
9
Вывод
В ходе выполнения данной работы была разработана математическая модель реального нагревателя и выполнено моделирование системы управления на основе двухпозиционного реле. Изменяя параметры системы,
были выявлены следующие зависимости:
1)При увеличении температуры задания увеличивается время регулирования.
2)При снижении подводимой мощности увеличивается время регулирования, так как при изменяющемся количестве энергии, которое необходимо подвести, подводимая энергия в секунду (мощность)
уменьшилась. При увеличении подводимой мощности наблюдается обратная
зависимость.
10