Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Системы управления (курсовой проект) / Задание на курсовое проектирование СУ_2015

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
25.09.2019
Размер:
2.49 Mб
Скачать

Задание на курсовое проектирование по курсу «Системы управления»

Целями освоения учебной дисциплины (модуля) «Системы управления: Курсовое проектирование» являются:

обобщение полученных знаний по курсу «Системы управления»; приобретение навыков построения систем управления на базе

программно-технических комплексов.

Дисциплина относится к циклу к профессиональному модулю: С1-ПМ, С1-ПМ-В3. Данная дисциплина является обобщением всех курсов данного модуля и показывает насколько студент подготовлен к созданию систем управления реализуемых на современной элементной базе.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

Недели

Содержание / Темы занятий

Лек.,

Пр./сем.,

Лаб.,

 

 

час.

час.

час.

 

9 семестр

0

0

0

1 - 4

Получение задания на проектирование в соответствии

0

4

0

 

с индивидуальным заданием. Реализация системы

 

 

 

 

управления на ПТК. Создание математической модели

 

 

 

 

объекта управления.

 

 

 

5 - 8

Проведение идентификации объекта управления на

0

4

0

 

основе полученной модели. Теоретическая проверка

 

 

 

 

расчета устойчивости объекта управления.

 

 

 

 

Подготовка аннотационного отчета для аттестации

 

 

 

 

первого раздела дисциплины.

 

 

 

9 - 12

Выбор корректирующего устройства. Теоретический

0

4

0

 

расчет параметров корректирующего устройства.

 

 

 

13 - 16

Проверка системы управления на устойчивость,

0

4

0

 

определение запаса устойчивости.Подготовка

 

 

 

 

аннотационного отчета для аттестации второго

 

 

 

 

раздела дисциплины.

 

 

 

 

10 семестр

0

0

0

1 - 4

Практическое конфигурирование системы управления

0

4

0

 

для проверки теоретических расчетов параметров

 

 

 

 

системы управления.

 

 

 

5 - 8

Опытная эксплуатация реализованной системы

0

4

0

 

управления. Проверка поведения системы при

 

 

 

 

переходе с уставки на уставку, эксперименты по

 

 

 

 

отработке внешних возмущений в системе

 

 

 

 

управления. Подготовка аннотационного отчета для

 

 

 

 

аттестации первого раздела дисциплины.

 

 

 

9 - 12

Доработка системы управления по результатам

0

4

0

 

опытной эксплуатации. Практическая реализация

 

 

 

 

человеко-машинного интерфейса системы

 

 

 

 

управления. Подготовка итогового отчета.

 

 

 

1

Введение: Описание исследуемого объекта управления

Рис.1 Структурная схема модели объекта управления.

Структурная схема исследуемого объекта управления представлена на рис.1. На базе данного объекта управления необходимо построить систему управления использующую типовые законы регулирования с выходом как на пропорциональный исполнительный механизм, и так и на интегрирующий с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Для этих целей служит блок эмуляции объекта управления. Объект управления представляет собой два бака с изменяемым объемом. В первый бак – бак смешения - подаются два трубопровода с холодной и горячей водой. Расходы подаваемой воды в бак смешения изменяются при помощи задвижки и клапана. Задвижка имеет дискретное управление (открыть/закрыть), может управляться также поворотом ручки и является исполнительным механизмом интегрирующего типа. Клапан управляется аналоговым сигналом и является пропорциональным исполнительным механизмом. Для рассмотрения различных технологических ситуаций в модели управления имеется

2

возможность изменения инерционности датчика температуры сливной воды,

а также изменение длинны трубопровода слива, задающего транспортное

запаздывание. С помощью блока эмуляции объектов управления может быть

изучено построение и настройка практически всех типов встречающихся на

производстве регуляторов:

уровня:

o для объекта первого и второго порядков,

o с исполнительным механизмом интегрирующего и пропорционального типа,

oс контуром по возмущению,

oкаскадного регулятора;

температуры:

oдля объекта первого и второго порядков,

o для объекта с транспортным запаздыванием,

oс контуром по возмущению;

многосвязного регулирования - поддержания заданной температуры воды

изаданного уровня одновременно;

системы слежения или дозирования – поддержания одного расхода пропорционально другому.

На рис.3 представлена панель управления модели объекта. С левой

стороны панели расположены разъемы питания, управляющих входных воздействий и выходных параметров состояния модели. Схема подключения модели к MB100 рис.3.

На выходе модели через аналоговый вход МВ100 можно наблюдать расходы налива бака смешения через задвижку и клапан, уровень в смесителе, температуру воды в основном баке и температуру по показаниям датчика на конце трубопровода слива из основного бака, расход воды из трубы «возмущения». Одновременно на встроенном индикаторе панели управления модели объекта можно наблюдать уровень в основном баке,

температур на выходе из бака-смесителя, путем переключения ключа режима работы индикатора SA1.

3

Рис.3 Панель управления модели объекта.

На рис. 4 изображена схема подключения блока эмуляции объекта управления к ПТК комплексу лаборатории И-207, известному по курсам

«Микроконтроллеры и микропроцессоры часть 2» и «Цифровые системы автоматического управления».

4

Рис.4 Схема подключения Блока к МВ100 для регулирования температуры и уровня.

Задание на выполнение курсового проекта.

Каждому студенту необходимо в соответствии с календарным планом и индивидуальным вариантом провести соответствующие исследования и расчеты. На основе проведенных исследований должны быть составлены аннотационные отчеты в 9 семестре и итоговый отчет в 10 семестре. Отчеты должны содержать теоретические расчеты, результаты идентификации объектов управления, результаты работы системы управления по архивным данным, а также выводы о проделанной работе. В приложениях №1 и №2 даны методические указания по теоретическим расчетам и практической работе, в приложении №3 – титульный лист и бланк задания, в приложении №4 список рекомендованной литературы.

Вариант 1. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% от номинала в баке смешения. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1.

Вариант 2. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 30% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного

5

переключателем SA6 в положении 1 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 4.

Вариант 3. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданного уровня 50% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 4. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% от номинала на выходном трубопроводе основного бака. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3, длине трубопровода заданного переключателем SA2 в положении 1 и инерционностью датчика температуры заданным переключателем SA3 в положении 4.

Вариант 5. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% и уровня 50% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 6. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 28% от номинала в баке смешения. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 4.

Вариант 7. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 34% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 3 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 8. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданного уровня 53% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 4.

6

Вариант 9. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% от номинала на выходном трубопроводе основного бака. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 2, длине трубопровода заданного переключателем SA2 в положении 3 и инерционностью датчика температуры заданным переключателем SA3 в положении 4.

Вариант 10. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% и уровня 78% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 4.

Вариант 11. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 5% от номинала в баке смешения. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 3.

Вариант 12. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 54% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении

Вариант 13. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданного уровня 50% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 4 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 14. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 35% от номинала на выходном трубопроводе основного бака. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 4, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 4, длине трубопровода заданного переключателем SA2 в положении 4 и инерционностью датчика температуры заданным переключателем SA3 в положении 1.

7

Вариант 15. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 67% и уровня 67% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 4.

Вариант 16. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 13% от номинала в баке смешения. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 3.

Вариант 17. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 87% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 18. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданного уровня 25% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 2 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении

Вариант 19. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 50% от номинала на выходном трубопроводе основного бака. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 4, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 1, длине трубопровода заданного переключателем SA2 в положении 3 и инерционностью датчика температуры заданным переключателем SA3 в положении 3.

Вариант 20. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 23% и уровня 70% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 1.

Вариант 21. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 67% от

8

номинала в баке смешения. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1.

Вариант 22. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 56% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 3 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 3.

Вариант 23. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданного уровня 42% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1 и площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении

Вариант 24. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 37% от номинала на выходном трубопроводе основного бака. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 1, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 1, длине трубопровода заданного переключателем SA2 в положении 2 и инерционностью датчика температуры заданным переключателем SA3 в положении 1.

Вариант 25. Построить систему управления (для объекта управления изображенного на рис.1) поддержания заданной температуры 30% и уровня 60% от номинала в основном баке. При площади дна бака смешения заданного переключателем SA6 в положении 4, площади дна основного бака заданного переключателем SA4 в положении 1.

9

Приложение 1.

Одномерная система имеет один вход и один выход. Многомерная система имеет несколько контролируемых переменных (несколько входов и выходов).

Односвязная система – это та система, у которой критерий качества управления однозначно связан с управляющим воздействием.

Критерий качества – функционал, величина которого зависит от управляющих воздействий и характеризует уровень соответствия свойств системы желаемым. При обилии существующих критериев управления, в данном случае предпочтение будет отдаваться функционалу, обеспечивающему минимальное время затухания переходных процессов, возникающих в сколь угодно сложной системе в результате различных функциональных и случайных возмущений. Известно, что универсальной мерой скорости затухания переходных процессов в линейных системах является степень устойчивости m – величина действительной части самого правого характеристического корня на комплексной плоскости.

Рассмотрим подробнее, от чего формально зависит время затухания переходных процессов, а также устойчивость линейной системы, в уравнения движения которой, входят переменные только в первой степени.

Решение линейного неоднородного дифференциального уравнения в общем виде состоит из двух составляющих - вынужденной (установившейся) и свободной (переходной):

( ) = уст( ) + пер( )

(1)

Здесь уст( ) - частное решение неоднородного уравнения с правой частью, описывающее вынужденный режим системы, устанавливающийся по окончании переходного процесса (например для электрической системы гармонический, с частотой 50 Гц.); - пер( ) - общее решение однородного уравнения, описывающее переходный процесс в системе, вызванный данным возмущением.

Решение пер( ) однородного дифференциального уравнения, имеет

вид:

 

( ) = ∑

 

 

 

(2)

=1

 

пер

 

 

 

 

10