Проектирование одноконтурной системыавтоматического регулирования

Введение 5
1 Нормативные ссылки 6
2 Расчетустойчивости системыавтоматического управления 7
2.1 Структурные преобразования системы автоматическогоуправления 7
2.2 Исследование устойчивости с помощью алгебраического критерияустойчивости Гурвица 10
2.3 Исследование устойчивости с помощью частного критерияустойчивости Михайлова 11
3 Проектирование системы автоматического управления 14
3.1 Описание технологического процесса 14
3.2 Описание схемы автоматизации 16
3.3 Выбор и обоснование средств контроляи управления 17
Заключение 20
Список использованных источников 21
ПриложениеА.Схемаавтоматизацииупрощенная 22
Приложение Б. Схема автоматизации развернутая 23
Спецификация… 24

Весь текст будет доступен после покупки

Автоматизация – это внедрение технических средств, управляющих процессами без непосредственного участия человека. Разнообразие технических средств автоматизации, глубокое изучение процессов пищевой ихимической технологий, а также достаточно хорошо разработанная теория автоматического управления позволяют интенсивно проводить автоматизацию в пищевой и химической промышленности.
Управлениелюбым технологическим процессом илиобъектом вформеручного или автоматического воздействия возможно лишь при наличии измерительной информации об отдельных параметрах, характеризующих процесс или состояние объекта. К этим параметрам относятся электрические (сила тока, напряжение, сопротивление, мощность и другие), механические (сила, момент силы, скорость) и технологические (температура, давление, расход, уровень и другие) параметры, а также параметры, характеризующие свойства и состав веществ (плотность, вязкость, электрическая проводимость,оптические характеристики, количества вещества и т.д.). Измерения параметров осуществляется с помощью разнообразных технических средств снормированными метрологическими свойствами. Технологическиеизмеренияи измерительные приборы используются при управлении многими технологическими процессами в различных отраслях народного хозяйства.

Весь текст будет доступен после покупки

1 ссылки Нормативные

В настоящей работе использованы ссылки на следующие нормативныедокументы:
ГОСТ Р 1.5-2012 Стандартизация в Российской Федерации. Стандартынациональные. Правила построения, изложения, оформления и обозначения.
ГОСТ Р 7.0.4.-2006 СИБИД. Издания. Выходные сведения. Общиетребования и правила оформления
ГОСТОбщиетребования и правила составления Р 7.0.5-2008 СИБИД. Библиографическая ссылка.
ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи
ГОСТ2.303-68 Единая система конструкторской документации. ЛинииГОСТдокументации. 2.304-81 Единая система конструкторской
Шрифты чертежные
ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требованияГОСТ 8.417-2002 ГСИ. Единицы величин
ГОСТ 21.208-2013 Система проектной документации для строительства. Автоматизация технологических процессов. Обозначенияусловных приборов и средств автоматизации в схемах.
МР КубГТУ 4.4.3-2012 СМК. Учебно-методическая деятельность.
Выпускные квалификационные работы.
КАПП 19.03.02.301 ПЗ Лист
6
Изм Лист № докум Подпись Дата


2 Расчетавтоматическогоуправления устойчивости системы

Устойчивость системы автоматизации управления (САУ) – это способность САУ нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействиям).
Система автоматического управления будет называться устойчивой, если, выведенная из состояния равновесия и представленная самой себе, она возвращается в исходное состояние, т.е. при снятии внешнего воздействия САУ возвращается в то состояние, в котором она находилась до возмущения.

2.1 Структурныеавтоматическогоуправления преобразования системы

Звенья системы автоматического регулирования, описывающие динамику отдельных элементов, могут соединяться последовательно, когда выход предыдущего звена является входом последующего. При этом результирующая передаточная функция будет равна произведению передаточных функций отдельных звеньев.
При параллельном включении звеньев системы они имеют общий вид,а сигналы на выходе суммируются.
Систему управления любой сложности можно свести к системе, состоящей из двух звеньев. Такое включение называется встречно – параллельным или включением с обратной связью.
При встречно – параллельном включении звеньев результирующаяпередаточная функция равна частному от деления передаточной функции прямой связи на единицу плюс или минус передаточная функция разомкнутого контура, в котором звенья включены встречно – параллельно. При этом знак плюс соответствует отрицательной, а минус – положительной обратной связи.
Структурная схема автоматической системы управления представленана рисунке 1.
КАПП 19.03.02.301 ПЗ Лист
7
Изм Лист № докум Подпись Дата





Рисунок 1 – Структурная схема системы управления
На рисунке 1 приняты обозначения: ????(р) – передаточная функция регулятора; ????(р) – передаточная функция исполнительного механизма;
????(р) – передаточная функция объекта регулирования; ????(р) – передаточная функция измерителя (датчика); ??з – заданное значение регулируемой величины; ?? – действительное значение регулируемой величины; ??и – измеренное значение регулируемой величины; ?? – ошибка управления; ?? – возмущающее воздействие.
Тогда передаточная функция разомкнутой системы автоматического регулирования:
Wраз(р) = Wp(р) · Wc(р) · Wo(р) · Wu(р), (1)где передаточные функции звеньев определили из таблицы 1 [1]
????(р) = Кр + ТДр,
1
????(р) =,Т ср + 1
1
????(р) =,Т 0р
К??
????(р) =.Т 1р + 1
Тогда
1 1 К?? Wраз(р) = (Кр + ТДр) · (Т р + 1 ) · (Т р ) · Т р + 1
с 0 1

Согласно номеру варианта параметры принимают следующиезначения:
КАПП 19.03.02.301 ПЗ Лист
8
Изм Лист № докум Подпись Дата





№ №1 Вариант
Т0 500
Кр 17
ТД 20
Тс 10
К?? 1
Т1 20
Тогда
1 1 1
Wраз(р) = (17 + 20р) · () · ( )· ,
10р + 1 + 1 500р 20р

17 + 20р + 20р 17
Wраз(р) =.(10р + 1) • 500р • (20р + = 1) 100000р3 + 15000р2 + 500р
Для замкнутой системы передаточная функция определяется следующим образом:
Wраз(р)
??зам(р) = (2)
1 + Wраз(р)
В таком случае
17 + 20р

( ) 100000р3 + 15000р2 + 500р
??зам р = 17 + 20р ,
1 + 100000р3 + 15000р2 + 500р
17 + 20р
??зам(р) = .
100000р3 + 15000р2 + 520р + 17
Для анализа устойчивости САУ первоначально необходимо определить характеристическое уравнение замкнутой системы. Оно может быть найдено путем приравнивания знаменателя передаточной функции замкнутой системы нулю, т.е.
1 + ??раз(р) = 0
Пусть
В(р)
??раз(р) =,А (р)
КАПП 19.03.02.301 ПЗ Лист
9
Изм Лист № докум Подпись Дата



тогда
В(р)
1 + 0 = А =(р) + В(р).
А(р)
Таким образом, если известна передаточная функция разомкнутой системы, то для получения характеристического уравнения замкнутой системы необходимо сложить полиномы числителя и знаменателя и приравнять сумму нулю.
Характеристическое уравнение замкнутой системы будет
100000р3 + 15000р2 + 500р + 17 + 20р = 0,

100000р3 + 15000р2 + 520р + 17 = 0.
Характеристическое уравнение системы определяет ее устойчивость иповедение в свободном движении (при отсутствии внешнего воздействия и предварительно выведенной из состояния равновесия).

2.2алгебраическогокритерия устойчивости Гурвица Исследование устойчивости с помощью

Критерий устойчивости Гурвица – один из способов анализа линейнойстационарной динамической системы на устойчивость.
Достоинством метода является принципиальная простота, недостатком
– необходимость выполнения операции вычисления определителя, которая связана с определенными вычислительными тонкостями (например, для больших матриц может оказаться значительной вычислительная ошибка) [2].
Если характеристическое уравнение САУ имеет вид:
??0???? + ??1?????1 + ??2?????2 + ? + ???? = 0, (3) то система автоматического управления будет устойчива, если при ??0 > 0
будут положительны все главные диагональные миноры определителяГурвица до ?? ? 1 порядка.
Для рассматриваемого случая характеристическое уравнениеследующее:
100000р3 + 15000р2 + 540р + 34 = 0.
Тогда можно сделать вывод:
??0 = 100000,??1 = 15000,??2 = 540,??3 = 34.
КАПП 19.03.02.301 ПЗ Лист
10
Изм Лист № докум Подпись Дата



Для анализа устойчивости САУ составим определитель:
15000 17 0
?3= |100000 520 0 |,
0 15000 17
?1= 15000 > 0,
?2= | 15000 17| = (15000 • 520) ? (100000 • 17),
100000 520
?2= 7800000 ? 1700000 = 6100000.
15000 17 0
?3= |100000 520 0 | = 15000 • 520 • 17 ? 0 • 150002 ? 100000 • 172,
0 15000 17
?3= 132600000 ? 28900000 = 103700000.
Необходимое условие устойчивости – положительность всех коэффициентов характеристического уравнения выполняется, достаточное условие – положительность всех главных диагоналей миноров до ?? ? 1 такжевыполняется. Следовательно, замкнутая система устойчива.

2.3Исследование устойчивости с помощью частного критерияустойчивости Михайлова

Частотный критерий устойчивости Михайлова предполагает построение годографа на комплексной плоскости.
Система будет устойчива, если годограф Михайлова начинается на вещественной положительной полуоси и вращаясь только против часовой стрелки, нигде не обращаясь в 0 проходит последовательно число квадрантов,равное степени n характеристического уравнения.
Для анализа устойчивости по частотному методу Михайлова запишем выражение годографа Михайлова. Для этого в характеристическое уравнениеподставим ?? = ?? · ??.
??(?? · ??) = 100000 • (?? · ??)3 + 15000 • (?? · ??)2 + 520 • (?? · ??) + 17 (4)
Для облегчения процесса построения ??(?? · ??) при изменении ? от нулядо плюс бесконечности, найдем точки его пересечения с вещественной и мнимой осью комплексной плоскости. Для этого представим G (j · ?) в виде вещественной и мнимой части:
??(?? · ??) = ?100000 • ?? • ??3 ? 15000 • ??2 + 520 • ?? • ?? + 17

Весь текст будет доступен после покупки

1 Лубенцова, Е.В. Системы управления технологическими процессами и информационные технологии: методические указания по выполнениюкурсовойработыдля студентоввсех формобучения направленияподготовки 19.03.02 Продукты питания из растительного сырья (профиль
«Технологии хлебопродуктов») / Е.В. Лубенцова. – Краснодар: Изд. ФГБОУ ВО «КубГТУ», 2020. – 26 с.
2 Пугачев, В.И. Системы управления технологическими процессами: учебное пособие / В. И. Пугачев. – Краснодар: Изд. ГОУ ВПО
«КубГТУ», 2010. – 199 с.
3 Технология и технохимический контроль хлебопекарного производства. 3-е изд. перераб. и дополн. / Л.Ф. Зверева, 3.С. Немцова, Н.П. Волкова. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 416 с.
4 Справочник теплофизических свойств теста и хлеба [Электронный источник] – URL: http://thermalinfo.ru/svojstva-produktov/kulinariya-i-hleb/teplofizicheskie-svojstva-testa-i-hleba (10.06.2023).
5 Температура теста: официальный сайт компании-производителя промышленного хлебопекарного оборудования «АстраХлеб» [Электронный источник] – URL: https://astrahleb.ru/temperatura-testa/ (10.06.2023).
6 Датчик температуры для пищевой промышленности:официальный сайт компании-производителя «Овен» [Электронный ресурс] – URL: https://owen.ru/product/datchiki_temperatury_pishchevoj_promyshlennosti(10.06.2023).

Весь текст будет доступен после покупки