Синтез и моделирование промышленной системы автоматического управления

 

Законы  регулирования  в МИНИТЕРМ-400 реализуются  по 2-м каналам:

а) аналоговый вход аналоговый выход в виде стандартного унифицированного сигнала в пределах (4-20) мА. Тогда передаточная функция регулятора

  где  - коэффициент передачи;

- постоянная интегрирования. 
 

Основные  настроечные параметры  регулятора 

Коэффициент передачи К_р= (- 99.9…..+99.9) [% / мА]. 

Постоянная интегрирования выбирается в пределах Т_и = (1-9999) [с]. 

Примем постоянную интегрирования регулятора равной постоянной времени Т объекта управления, т.е Т_и = 6400 с.

Постоянная дифференцирования при ПИД – законе регулирования настраивается как отношение к постоянной  интегрирования в пределах = (0- 0.25). Так как дифференциальная составляющая регулирования отсутствует в нашем случае, то =0.

Постоянная времени фильтра на входе регулятора настраивается в пределах

= (0-81) с. В нашем случае Т_ф=10с. 

Подключение регулятора к датчику  уровня.

Для подключения  датчика с выходным сигналом 4-20мА используется заказной элемент типа ВП20М по схеме: 

Для повышения  точности желательно, чтобы длина  линий, соединяющих устройства ВП20М с регулятором, не превышала 1-2м.  
 

Выбор усилителя мощности и источника питания  регулятора 

Регуляторы  МИНИТЕРМ – 400 в силу малой мощности встроенных релейных устройств  импульсного  выхода ШИМ эксплуатируются совместно  с усилителями  мощности производства ОАО МЗТА.

 Малая  мощность электродвигателя (до 40 Вт) принятого исполнительного механизма  позволяет выбрать усилитель  мощности типа У330 Р2 М.

Назначение:

Тиристорный усилитель У330М трехпозиционный для управления синхронными и асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов постоянной скорости. Осуществляет реверсивное управление однофазными электродвигателями мощностью не более 0,09 кВт. Обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных сигналов.

Функциональные  возможности:

 
- Усиление входных сигналов для  реверсивного управления однофазным  асинхронным электродвигателем  малой мощности.  
- Защита системы регулирования от противоречивых команд управления.  
- Наличие встроенного источника (24±6) В постоянного тока для питания регуляторов МИНИТЕРМ -400

Питание:

Напряжение - ~220V

Частота - (50±1), (60±2) Hz

Потребляемая мощность - не более 8 Вт

Входные сигналы:  

- Назначение - замыкание  клемм усилителя "сухими" ключами  регулятора. 
 
 

Выходные  сигналы:

- Назначение - изменение  состояния бесконтактных ключей.

- Коммутируемое  напряжение до 250 В,

- Коммутируемый  ток от 0,03 до 0,5 А. 
- Изменение состояния контактов двух электромагнитных реле РП21, одно из которых имеет один замыкающий контакт, другое один переключающий контакт.

Источник  напряжения:

- Встроенный источник  питания - 24В

- Сопротивление  нагрузки - 160 Ом.

Электрическая схема соединений  усилителя У330Р2 М  с регулятором  МИНИТЕРМ 400 и  общепромышленным  исполнительным механизмом: 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Синтез  САУ

     Если ЛАЧХ разомкнутой системы  имеет в области существенных  частот (секторе, отсекаемом линиями  ±20 дб наклон -20 дб/дек), то:

1. Замкнутая САУ устойчива;
2. Переходная функция замкнутой САУ близка к монотонной;
3. Время регулирования .

 

    Структура  разомкнутой исходной системы с  ПИ-регулятором: 

 

Желаемая  ЛАФЧХ (L_ж) простейшего вида  разомкнутой САУ, которая бы в замкнутом виде  удовлетворяла заданным показателям качества, должна иметь в окрестности существенных частот наклон ЛАЧХ, равный -20дб/дек, и пересечение с осью частот при частоте среза, равной: 
 
 
 
 

    Передаточная  функция ПИ-регулятора:

     ,

Строим ЛАФЧХ  ПИ-регулятора при Ти=6400с, К_р=1 

    При расчетных  настройках регулятора САУ устойчива, имеет переходную функцию, близкую  к монотонной, время регулирования , статическая ошибка =0. 

    Моделирование системы управления  в среде MatLAB (Simulink)

    В процессе моделирования определим  реакцию системы на изменение  задающего воздействия при нулевом возмущающем и наоборот - реакцию системы на возмущающее воздействие при неизменном задающем.

    Построим  модель системы в MatLAB (Simulink): 
 
 
 
 
 

  Основные выводы

     Разработана  промышленная система автоматического  управления уровнем рабочей жидкости (воды) в напорном баке, удовлетворяющая  Техническому Заданию на показатели  качества работы системы:

• переходная функция по каналу управления монотонна
• система обеспечивает время регулирования ;
• статическая ошибка отсутствует =0.
• система имеет астатизм 1-го порядка относительно управляющего и возмущающего воздействий.

Результаты подтверждены моделированием в среде Simulink (МatLAB).

Система реализована  на современных общепромышленных средствах  КИП и А.

 Представлены заказные  ведомости на средства КИП  и А, схемы монтажных соединений между блоками системы.