Поняття про якість САУ. Типові закони регулювання - Робоча програма методичні вказівки та контрольні завдання з...


Поняття про якість САУ. Типові закони регулювання

Основні показники якості управління:

-час регулювання;

- динамічна помилка;

-помилка сталого стану;

-коливальність перехідного процесу;

-перерегулювання;

-декремент загасання коливань та інші.

Показники якості перехідних процесів в САУ визначаються величиною

збурюючих впливів, статичними та динамічними властивостями об’єкта, ви–

браним законом управління та параметрами регулятора.

^ Основні лінійні закони управління:


-Пропорційний, ( П-закон ) в якому величина управляючого впливу Y пропорційна вхідному сигналу регулятора X ; тобто Y=Kп X,

де Kп- коефіцієнт передачі регулятора, який визначає величину регулюючого впливу П-регулятора Y при умові X = 1.


- Інтегральний ( астатичний , І-закон), або закон пропорційної швидкості, при якому швидкість реалізації управляючого впливу пропорційна вхідному сигналу регулятора X : dY/dτ= Kа X , де Kа- астатичний коефіцієнт передачі регулятора, який визначає швидкість управляючого впливу dY/dτ при величині вхідного сигналу X=1.

Після інтегрування приведеного вище закону маємо Y=Kа ∫ X dτ, тобто вели- чина управляючого впливу пропорційна інтегралу від вхідного сигналу X.

В операторній формі І-закон записують як: Y=Kа/р.

Обидва найпростіші закони регулювання: П-закон та І-закон мають чималі

недоліки в сенсі забезпечення якості управління. П-регулятори не в змозі

регулювати без помилок сталого стану, а І-регулятори не спроможні ефективно працювати на інерційних об’єктах; перехідні процеси характеризуються значною коливальністю або система управління взагалі втрачає стійкість. З наведених причин в більшості випадків проектанти САУ віддають перевагу більш складним законам ПІ та ПІД.

-Пропорційно-інтегральний закон ( П І-закон ) об’єднує попередні два закони П та І . Величина регулюючого впливу П І регулятора визначається як: Y=Kп X + Kа ∫ X dτ.

Це означає, що на початку процесу регулювання, коли величина Kа ∫ X dτ

ще мала через малий час інтегрування, регулюючий вплив складає Yп=Kп X, регулятор працює як пропорціональний і видає реакцію на вхідний сигнал X з максимальною швидкістю, забезпечуючи невелику динамічну помилку.

З часом збільшується інтегральна компонента регулюючого впливу

Yі = Kа ∫ X dτ з суттєво меншою швидкістю, яка залежить від встановленої

в процесі наладки регулятора величини коефіцієнту ^ Kа. Слід звернути увагу,

що інтегральна компонента регулюючого впливу Yі = Kа ∫ X dτ буде зростати

в процесі регулювання доти, доки вхідний сигнал X не стане рівним нулю.

Таким чином наявність інтегралу в законі регулювання є гарантією

ліквідації помилок сталого стану, оскільки при наявності будь-якої малої величини X величина Yі буде зростати і процес регулювання продовжується.

В операторній формі ПІ-закон часто представляють в формі:

Y =Kп ( 1+ 1 / Ti p ) X;

де Кп/Ті= Ка. Новий параметр регулятора ^ Ті – час інтегрування, величина якого визначає швидкість інтегрального впливу на процес управління.

Очевидно, чим більше Ті, тим ця швидкість буде меншою. Існують теоретичні та інженерні методи для розрахунків оптимальних параметрів регуляторів, що забезпечать бажаний характер перехідних процесів в САУ з заданими показниками якості управління. Величина цих параметрів пов’язана з властивостями об’єкта. Наприклад, чим більша інерція об’єкта, тим меншою повинна бути швидкість інтегрального впливу на процес, для чого потрібно збільшити час інтегрування Ті. В іншому випадку зросте коливальність перехідного процесу і навіть втрата стійкості системи.


- Пропорційно-інтегрально-диференційний закон ( П І Д-закон ), який створюється шляхом введення похідної в закон управління:

Y=Kp ( 1+ 1 / Ti p + Tп p ) X;

де Тп –постійна часу передування.

Як зрозуміло з математичного запису ПІД-закону, до пропорційної та інте–

гральної складової регулюючого впливу додається диференційна складова

Yд=Тп рХ, де рХ– операторна форма запису похідної від Х, тобто dX/dτ.

Особливість цієї складової в ПІД–законі полягає в тому, що її знак

визначається напрямком зміни вхідної величини регулятора ^ Х : якщо керована величина процесуХ зростає від заданої,dX/dτ> 0 і диференційна компонента Yд додається до інших складових, підсилюючи загальну величину керуючого впливу на процес. Очевидно, це приведе до зменшення відхилення величини Х від завдання, динамічна помилка буде меншою.

У випадку, коли керована величина перейшла через максимум і наближається до заданої, сигнал похідної dX/dτ< 0 , і диференційна компонента Yд віднімається від решти складових, зменшуючи загальну величину керуючого впливу ПІД-регулятора на об’єкт. Відбувається своєрідне гальмування впливу регулятора Y, цим він передує можливому в інших випадках перерегулюванню, зменшує коливальність перехідного процесу в САУ.

Визначна властивість сигналу похідної в законі управління полягає в тому, що він суттєво покращує показники перехідного процесу в динаміці і ніяк не впливає на статику, оскільки в сталому стані при Х= const величина похідної dX/dτ= 0.


^ Вимірювання технологічних параметрів металургійного та прокатного виробництва

При побудові АСУТП в металургії виникають чималі труднощі з отриманням оперативної і точної інформації про стан ТОУ . Причиною цих ускладнень є високі температури, запиленість та вологість газів, труднощі проникнення в середину агрегатів для безперервного контролю за ходом технологічного процесу та інші.

Вивчаючи самостійно розділ «Вимірювання технологічних параметрів металургійного виробництва» особливу увагу зверніть на технічні характеристики та можливості стандартних термоелектричних термометрів основних засобів контролю температури рідких металів–чавуну та сталі. Необхідно також мати уяву про номенклатуру та принципи дії вторинних вимірювальних приладів : пірометричних мілівольтметрів, потенціометрів, мікропроцесорного вимірювача температури металу в кисневих конверторах– «Сталь» .

Для контролю температури в системах охолодження металургійних агрегатів використовують різноманітні термометри опору–платинові, мідні та напівпровідникові (термістори). Слід усвідомити можливості цих термометрів та номенклатуру їх вторинних вимірювальних приладів.

Великі перспективи для автоматизації агрегатів в металургії мають пірометри випромінювання з практично необмеженою верхньою межею застосування. Головним недоліком цих приладів є поки ще велика помилка результатів вимірювання, яка залежить від властивостей реальних об’єктів, котрі не є абсолютно чорними тілами. Необхідно засвоїти поняття «умовні температури» та вміти дати оцінку вірогідних помилок вимірювань температури в металургії квазимонохроматичними пірометрами (пірометрами часткового випромінювання), радіаційними пірометрами (пірометрами повного або інтегрального випромінювання), та пірометрами спектрального співвідношення (або диференціальними пірометрами). Останні перспективні для вимірювання температури поверхні стальних злитків в процесі безперервного розливу сталі на МБЛЗ, в прокатному виробництві, і заслуговують особливої уваги.

Важливим параметром контролю та автоматизації переважної більшості металургійних агрегатів є витрати енергоносіїв – природного газу, кисню, компресорного та турбінного дуття, води, тощо. Забезпечення максимальної точності вимірювань витрати енергоносіїв важливе як з огляду на ефективність управління технологічними процесами так і для підвищення достовірності розрахунків техніко– економічних показників виробництва.


Найбільш поширеним методом вимірювання витрат є метод дроселювання потоку енергоносія (метод змінного перепаду статичного тиску на дросельному пристрої–діафрагмі, соплі чи на трубі Вентурі).

Зв'язок між витратами газу V та перепадом статичного тиску на дросельному пристої характеризується залежністю: V= Aαεd²√ΔP/ρ ; м3/хв, де:


А – постійний коефіцієнт;

α – коефіцієнт витати, залежить від модулю дросельного пристрою m=(d /D)2

та критерія Рейнольдса ;

ε – коефіцієнт, що враховує вплив безповоротної втрати тиску на дросельному пристрої на точність вимірювання витрати газу;

d – діаметр отвору дросельного пристрою;

ΔP – перепад статичного тиску на дросельному пристрої, який вимірюється диференційним манометром;

ρ – густина газу в трубопроводі.

Вимірювання витрат по перепаду статичного тиску з необхідною точністю можливе при умові врахування коливань температури та тиску енергоносія в трубопроводі, які впливають на його густину, об’єм та швидкість руху. Зверніть увагу на необхідність автоматичного корегування показань вимірювачів витрат газів в залежності від зміни цих параметрів. При відсутності таких можливостей необхідно ввести поправку в показання відповідних приладів на поточну величину абсолютного тиску та температури газу по формулі Vд=Vп√PTр/TPр , в якій:

Vд– дійсні витрати газу, м³/хв;

^ Vп– показані приладом витрати газу, м³/хв;

Р,Т– фактичні значення абсолютного тиску та температури газу;

Рр,Тр – розрахункові значення абсолютного тиску та температури газу.


Вимірювання перепаду статичного тиску на тому чи іншому дросельному пристрої здійснюється диференційними манометрами, як правило з вихідним нормованим сигналом постійного струму, що сприймається універсальними вторинними приладами, автоматичними регуляторами чи УВК. Передача інформації в АСУТП нормованими сигналами постійного струму є найбільш поширеним методом і в інших приладах та системах автоматизації. Їх використання забезпечує можливість централізованого контролю параметрів об’єкту, зменшує номенклатуру приладів, та дозволяє їх взаємозамінність.


^ Склад промислових газів на виході металургійних агрегатів в багатьох випадках є майже єдиним джерелом інформації про хід технологічних процесів всередині цих агрегатів. Необхідно вивчити принципи роботи та можливості магнітних газоаналізаторів для визначення концентрації О2 , кондуктометричних аналізаторів для вимірювання концентрації СО2, а також універсальних газоаналітичних комплексів на базі мас-спектрометрів.


^ Мікропроцесорна техніка

При вивчені цього розділу програми студент має усвідомити:

- призначення та функції основних модулів мікропроцесорних систем: ЦПУ, памяті, введеня/виведеня сигналів, тощо;

- фізичну та віртуальну структуру мікропроцесорного контролера РЕМІКОНТ;

-основні процедури технологічного програмування регулюючих контролерів, функції каналу інтерфейсного зв’язку контролера з УОК верхнього рівня АСУТП;

- структуру АСУ на базі контролера РЕМІКОНТ.


^ КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ


Навчальним планом заочного факультету передбачено виконання однієї контрольної роботи з дисципліни "Автоматизація виробничих процесів, мікропроцесорна техніка" .

Варіант завдання на контрольну роботу та необхідні числові данні для розрахунків визначає викладач в період установчих занять.


Варіант 1.

1. Поясніть принцип дії, основні характеристики, достойності та недоліки пірометрів часткового випромінювання, можливі області їх застосування.

2.Визначте дійсну температуру рідкого чавуну, якщо пірометр повного випромінювання, направлений на його поверхню, показав температуру t1.

3. Мілівольтметр термоелектричного термометра градуювання ПП–1 показав температуру t2. Температура вільних кінців термометра t3, лінія зв’язку з мідного проводу. Знайдіть дійсну температуру об’єкту вимірювання. 4.Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичної стабілізації витрати газу на нагрівальну камерну піч.

Варіант 2.

1. Поясніть принцип дії, основні характеристики, достойності та недоліки пірометрів повного випромінювання, можливі області їх застосування.

2. Визначте дійсну температуру рідеої сталі, якщо пірометр часткового випро– мінювання, направлений на її окислену поверхню, показав температуру t1.

3.Поясніть призначення нормуючих перетворювачів для дистанційної передачі інформації в АСУ. Приведіть конструкцію нормуючого перетворювача для вимірювання зусиль та переміщень та поясніть його роботу.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичної стабілізації температури в нагрівальній камерній печі.

Варіант 3.

1.Поясніть принцип дії, основні характеристики та достойності пірометрів спектрального співвідношення, можливі області їх застосування. Наведіть структурну схему пірометра «Спектропір–10» та опишіть роботу цього приладу.

2. Пірометр «Спектропір–10» вимірює температуру вольфраму, яка за контрольним виміром зразковим приладом складає t1. Яку температуру покаже пірометр спектрального співвідношення, якщо коефіцієнти випромінювання вольфраму на хвилях λ1 = 0.47мкм та λ2=0.6мкм (ефективна довжина хвилі фотодіодних приймачів випромінювання ФДК та ФДГ) cкладають відповідно ε λ1 =0.469 та ε λ2= 0.443.

3. Мілівольтметр термоелектричного термометра градуювання ТХК показав температуру t2. Температура вільних кінців термометра t3, лінія зв’язку з мідного проводу. Знайдіть дійсну температуру об’єкту вимірювання.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85 . Запроектуйте фрагмент схеми автоматичної стабілізації витрати кисню для продувки металу в кисневому конверторі.

Варіант 4.

1.Поясніть принцип дії, основні характеристики автоматичних потенціометрів, приведіть схему цього приладу та опишіть його роботу.

2. Пірометр «Спектропір–10» вимірює температуру литої заготовки на МБЛЗ, яка за контрольним виміром зразковим приладом складає t1. Яку температуру покаже пірометр спектрального співвідношення, якщо коефіцієнти випромінювання окисленої поверхні сталі на хвилях λ1 = 0.47мкм та

λ2=0.6мкм (ефективна довжина хвилі фотодіодних приймачів випромінюван– ня ФДК та ФДГ) cкладають відповідно ε λ1 =0.789 та ε λ2= 00.813?

3. Мілівольтметр термоелектричного термометра ТПР градуювання ПР 30/6 показав температуру t2. Температура вільних кінців термометра t3, лінія зв’язку з мідного проводу. Знайдіть дійсну температуру об’єкту вимірювання.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання теплового режиму нагрівачів повітря доменної печі.

Варіант 5.

1.Поясніть принцип дії, основні характеристики автоматичних врівноважених мостів, області їх застосування. Приведіть схему цього приладу та опишіть його роботу.

2. Визначте дійсну температуру рідкої сталі, якщо пірометр часткового випромінювання, направлений на її неокислену поверхню, показав температуру t1.

3. Автоматичний потенціометр з термоелектричним термометром градуювання ТХК показав температуру t2. Температура вільних кінців термометра t3, лінія зв’язку виконана компенсаційними проводами. Знайдіть дійсну температуру об’єкту вимірювання.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання теплового режиму кристалізатора МБЛЗ.

Варіант 6.

1. Поясніть принцип роботи системи контролю витрати кисню на продувку металу в кисневому конверторі з використанням дросельного методу змінного перепаду статичного тиску. Яким чином можливо підвищити точність цього вимірювання?

2. Автоматичний потенціометр з термоелектричним термометром градуювання ТХА показав температуру t2. Температура вільних кінців термометра t3, лінія зв’язку виконана компенсаційними проводами. Знайдіть дійсну температуру об’єкту вимірювання.

3. Пірометр «Спектропір–10» вимірює температуру литої стальної заготовки на МБЛЗ, яка за контрольним виміром зразковим приладом складає t1. Яку температуру покаже цей пірометр, якщо коефіцієнти випромінювання окисленої поверхні сталі на хвилях λ1 = 0.47мкм та λ2=0.6мкм (ефективна довжина хвилі фотодіодних приймачів випромінювання ФДК та ФДГ) cтановлять відповідно ε λ1=0.889 та ε λ2= 0.93?

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання теплового режиму зони вторинного охолодження МБЛЗ.

Варіант 7.

1.Приведіть основні технічні характеристики стандартних термоелектричних термометрів. Поясніть можливості їх використання для контролю температури рідкого чавуну та рідкої сталі.

2. Яку температуру покаже пірометр часткового випромінювання направлений на неокислену поверхню рідкого чавуну з дійсною температурою t1?

3. Поясніть призначення, принцип дії та області використання тензорезистор-

них вимірювальних перетворювачів.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання спалення мазуту у мартенівській печі .

Варіант 8.

1. Поясніть призначення, принцип дії та області використання магнітних газоаналізаторів.

2. Виконайте розрахунки відносної помилки вимірювання витрати кисню на продувку ванни кисневого конвертора при умовах:

Р=Рр; Тр=273 ºК; tд= ? ºС, якщо в системі не передбачена автоматична

корекція результатів вимірювання.

Оцініть абсолютну похибку в визначені загальної витрати кисню на процес, яка складає для обраного конвертора 6500 м³.

3. Визначте показання пірометра повного випромінювання направленого на

поверхню чавуну в час його випуску з доменної печі, якщо зразковий термо–

електричний термометр показав температуру t1.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання спалення газу у мартенівській печі .

Варіант 9.

1. Поясніть призначення, принцип дії та області використання кондуктомет–

ричних газоаналізаторів.

2. Визначте показання пірометра часткового випромінювання, направленого на поверхню чавуну в час його випуску з доменної печі, якщо зразковий термоелектричний термометр показав температуру t1.

3. Використовуючи формулу Vд=Vп√PTр/TPр , виконайте розрахунки відносної помилки вимірювання витрати кисню на збагачення дуття доменної печі при умовах:

Р=Рр; Тр=273 ºК; tд= ? ºС ,

якщо в системі не передбачена автоматична корекція результатів вимірювання.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання тиску газу на колошнику доменної печі .

Варіант 10.

1. Поясніть призначення, принцип дії та області використання газоаналітичних вимірювальних комплексів на базі мас-спектрометрів.

2. Яку температуру покаже мілівольтметр термоелектричного термометра градуювання ПР 30/6, якщо дійсна температура об’єкта вимірювання t1, а температура вільних кінців термометра t2?

3. Поясніть призначення, принцип дії та області використання тензорезистор-

них вимірювальних перетворювачів.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання співвідношення витрат газу та повітря в системі спалення палива в нагрівальній печі .

Варіант 11.

1. Приведіть конструкції та опишіть роботу манометра «Сапфір», який використовується в системах контролю тиску газів.

2. Яку температуру покаже мілівольтметр термоелектричного термометра градуювання ТХК, якщо дійсна температура об’єкта вимірювання t1, температура вільних кінців термометра t2, лінія зв’язку з мідного проводу?

3.Поясніть призначення нормуючих перетворювачів для дистанційної передачі інформації в АСУ. Приведіть конструкцію магніто–модуляційного нормуючого перетворювача для та поясніть його роботу.

4. Приведіть умовні позначки, які використовують при проектуванні схем автоматизації у відповідності до ДСТ 21.404–85. Запроектуйте фрагмент схеми автоматичного регулювання перепаду температури води в кристалізаторі МНЛЗ та опишіть її роботу.

Додаток 1

Коефіцієнти випромінювання деяких матеріалів


Матеріал

Коефіцієнти випромінювання

ελ


ε

неокислений

окислений

Сталь тверда вуглецева

0.44 - 0.45

0.8

0.8

Сталь рідка вуглецева

0.37

-

-

Чавун рідкий 1815 ºΚ

0.4

0.7

0.28

Мідь тверда 320 ºΚ

0.11-0.20

0.20-0.35

0.6-0.7

Мідь рідка 1570 ºΚ

0.12-0.19

-

0.13-0.15

Платина тверда 1770 ºΚ

0.33

-

0.14-0.18

Шлаки рідкі

0.75-0.95

0.75-0.95

0.70-0.76

Шамот

0.70-0.80

0.70-0.80

0.59

4093689184051667.html
4093842853995053.html
4094001891532377.html
4094050273942270.html
4094222396797573.html