Математическое компьютерное моделирование систем автоматического регулирования

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО  Великолукская Государственная  сельскохозяйственная академия

Кафедра: «МЖ  и ПЭЭСХ»

 

 

 

 

 

Курсовая  работа

на тему:

 

 

«Математическое компьютерное моделирование систем

автоматического регулирования»

 

 

 

 

выполнил:

студент инженерного факультета

3 группы

проверила:

профессор Макарова Г.В.

 

 

 

 

 

Великие Луки

2010

Содержание………………………………………………………………………2

Таблица принятых сокращений………………………………………………...4                                                            

Введение……………………………………………………………………….…5                                                                                                                                                        

1. Суть и цели математического моделирования системы автоматического регулирования (САР)……………………………………………………………6                                                         
2. Разработка системы автоматического регулирования технологическим объектом управления………………………………..……………………….…9 

2.1 Принципиальная схема САР………………………………………………10                                                       

2.2 Выявление управляющих и возмущающих воздействий и управляемых величин…………………………………………………………………..………11                                                                                

2.3Разработка функциональной структурной схемы (ФСС) автоматического регулирования……………………………………………...............................12                                                                    

2.4.Классификация САР по признакам……………………..……………..…13                                            

3. Компьютерное моделирование САР………………………………………..14                                          

3.1 Математическая модель САР……………..………………………………14                                                     

3.2 Передаточные функции САР………………………………………………15                                                     

3.3 Разработка структурной схемы САР……………………………………..16                                        

3.4 Разработка схемы структурного моделирования САР…………………17             

3.5 Этапы моделирования САР………………………………………………..17                                                         

3.6 Графики переходных процессов неустойчивой и устойчивой САР… 18                                                                       

3.7 Показатели качества САР………………………………………………..…19                                                             

4.Коррекция САР…………………………………………………………….…21                                                                             

4.1Последовательная  коррекция. Структурная схема САР. График переходного процесса скорректированной САР. Показатели качества САР..22

4.2 Параллельная коррекция. Структурная схема САР. График переходного процесса, построенный по результатам моделирования САР. Показатели качества САР…………………………………………………………………….24                                                                               

5.Параметрическая оптимизация САР……………………………………….26                                            

5.1 Обоснование глобального параметра и локальных критериев качества с учетом требований к переходному процессу…………………………………26                              

5.2 Структурная схема САР «Синтез оптимального регулятора»……………27

Диалоговые  окна «Параметрическая оптимизация»……………………….28               

5.3 График переходного процесса с результатами оптимизации……………29    

6. Нелинейная САР…………………………………………………………….31                                                                             7.Выводы и заключение……………………………………………………….32                                                                    8.Список использованной литературы………………………………………. 33                                         

 

Таблица принятых сокращений.

Сокращение	Значение сокращения
САР	Система автоматического регулирования
САУ	Система автоматического управления
ФСС	Функционально-структурная схема
ЗО	Задающий орган
СО	Сравнивающий орган
УО	Усилительный орган
ИО	Исполнительный орган
РО	Регулирующий орган
ОР	Объект регулирования
ВО	Воспринимающий орган
КО	Корректирующий орган
К1	Глобальный параметр
tpp	Критерий времени регулирования
Yмах	Максимальное значение выходной величины

 

 

Введение.

Совершенствование технологий и повышение производительности труда во всех отраслях промышленности относится к важнейшим задачам  технического прогресса. Решение этих задач возможно лишь при широком  внедрении систем автоматического  регулирования и управления как  отдельными объектами, так и производством.

Автоматические  системы регулирования в настоящее  время получили очень широкое  распространение в технике. Множество  технологических процессов в  той или иной степени автоматизированы. Существует чрезвычайно большое  разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции  по управлению самыми различными физическими  процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляя, в общем, сложный комплекс взаимодействующих друг с другом звеньев. Поэтому современному инженеру необходимо знать, каким образом  функционируют САР.

В данной курсовой работе заданная система  автоматического регулирования  описывается математическими моделями. Рассматривается ее поведение при  воздействии на нее различных  сигналов. Также описывается способ регулирования системы.

 

1. Суть и цели математического моделирования системы автоматического регулирования (САР).

Автоматизация производства - это применение автоматических и автоматизированных устройств и систем для полного или частичного освобождения человека от выполняемой им работы по управления и контролю при получении, обработке, передаче и использовании энергии, материалов, информации и др.

Автоматизация - одно из основных направлений научно-технического прогресса. Механизация и автоматизация сельского хозяйства повышает производительность труда, способствуют увеличению выпуска сельскохозяйственной продукции, росту ее качества. Эти процессы тесно связаны с применением индустриальной технологии производства в сельском хозяйстве, совершенствованием планирования и управления. Машины, механизмы, компьютеры, автоматические системы облегчают труд людей, улучшают условия труда.

Основными целями автоматизации технологического процесса являются:

-Повышение  эффективности производственного  процесса.

-Повышение  безопасности производственного  процесса.

Цель  автоматизации — повышение производительности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от производств, опасных для  здоровья. Автоматизация, за исключением  простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению  задачи, поэтому решения стоящих  перед автоматизацией задач обычно называются системами, например:

система автоматического  управления (САУ);

система автоматизации  проектных работ (САПР);

автоматизированная  система управления технологическим  процессом (АСУ ТП).

Автоматизация технологического процесса — совокупность методов и средств, предназначенная  для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом  без непосредственного участия  человека, либо оставления за человеком  права принятия наиболее ответственных  решений.

В России созданы крупные специализированные животноводческие комплексы, птицефабрики, зверофермы, тепличные комбинаты, где  производство основано на промышленной основе, что позволяет в полной мере использовать современные технические  средства автоматики. Например, на современных  птицефабриках для вывода цыплят, утят и другой птицы применяются  полностью автоматизированные инкубаторы, где автоматически поддерживаются постоянная температура и влажность  воздуха и через определенные промежутки времени специальным  механизмом яйца переворачиваются с  боку на бок. Птичники оборудуют автоматическими  установками искусственного освещения, которые продлевают световой день. Дополнительное освещение включается осенью и зимой до рассвета, днем при пасмурной погоде и вечером, когда естественного освещения  слишком мало.

Корм птицы также получают из автоматизированных кормушек. В России созданы опытные птицефабрики-автоматы с полной механизацией всех работ. Здесь  осуществлена комплексная автоматизация  управления машинами и установками  с помощью компьютеров и программных  устройств.

На животноводческих фермах оборудованы  автоматизированные поточные линии  доения коров и первичной обработки  молока, приготовления и раздачи  кормов. В животноводческих помещениях автоматически обеспечивается оптимальный  микроклимат. На большинстве животноводческих ферм полностью автоматизированы системы  водоснабжения, вентиляции и отопления  помещений.

В теплицах с искусственным климатом в наших северных районах круглый  год выращивают овощи, цветы и  даже фрукты. При этом температура  и влажность воздуха и почвы  в теплицах поддерживаются на постоянном уровне с помощью автоматических компьютеризированных установок искусственного климата. Вентиляция и дополнительное освещение включаются так же автоматически, обеспечивая растениям оптимальный  световой режим и чистоту воздуха. Многие теплицы в России оборудованы  автоматическими дождевальными  установками.

Автоматизация отдельных процессов, а затем и комплексная автоматизация  всего производства с применением  автоматизированных систем управления (АСУ) - одно из основных направлений  научно-технического прогресса в  области сельского хозяйства.

 

2. Разработка системы автоматического регулирования технологическим объектом управления.

Схема, показанная на рисунке 1, представляет собой САР  температуры  θ в помещении. Температура воздуха в помещении 1 регулируется системой подогрева, включающей в себя теплообменник (калорифер) 2. Температура воздуха θ контролируется датчиком температуры- терморезистором R_д, включенным в мостовую схему 3, с помощью резистора R_o задает требуемое значение температуры воздуха в помещении.

Посредством мостовой схемы также сравнивается напряжение U, пропорциональное температуре θ, с задающим напряжением U_o Сигнал разбаланса мостовой схемы ΔU=U_o-U усиливается дифференциальным магнитным усилителем 5, усиленный сигнал U_y обеспечивает вращение двухфазного исполнительного двигателя 4, который изменяет  перемещение клапана (заслонки) 6 на трубопроводе подачи пара в калорифер, чем достигается изменение температуры воздуха на входе калорифера.

Объектом  регулирования в данной системе  является помещение, для которого регулируемая величина -  температура внутри помещения  регулирующее воздействие – температура  воздуха , поступающего из калорифера, а возмущающее воздействие – изменение температуры окружающего воздуха.

 

2.1 Принципиальная схема САР.

 

 

Рис 1. САР  температуры воздуха в помещении

 

2.2 Выявление управляющих и возмущающих воздействий и управляемых величин.

Управляющим воздействием является температура  воздуха , поступающего из калорифера, а сравнивающим элементом (СЭ) является мост сопротивлений 3.

Результатом сравнения является разница между  задающем напряжением U_o и напряжением на управляющем терморезисторе ΔU=U_o-U.

Исполнительным  элементом в данной САР являются двухфазный двигатель 4 и клапан 6.

Дифференциальный  магнитный усилитель 5 предназначен для повышения уровня сигнала. Возмущающими воздействиями, которые связывают систему с внешней средой, является: температура окружающей среды.

 

2.3 Разработка функциональной структурной схемы (ФСС) автоматического регулирования.