Математическое моделирование САР температуры этилена в теплообменнике - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Главная

Программирование, компьютеры и кибернетика
Математическое моделирование САР температуры этилена в теплообменнике

Моделирование системы автоматического регулирования температуры этилена на выходе из теплообменника. Определение начальной температуры стенки установки и расхода водяного пара для нагрева. Построение схемы в Simulink математического пакета MatLab.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева
Дзержинский политехнический институт (филиал)
Кафедра "Автоматизация и информационные системы"
1 Объект с сосредоточенными координатами.
2 Так как нам не известно количество конденсата и неконденсированного пара на выходе из "рубашки", примем, что пар в "рубашке" конденсируется полностью.
3 Инерционностью всех элементов регулирования считаем пренебрежимо малой по сравнению с инерционностью объекта регулирования.
4 Теплофизические параметры принимаем постоянными, т.е. не зависимыми от температуры.
Структурная схемы модели САР температуры включает в себя объект регулирования ОР, первичный преобразователь ПП, пропорционально-интегральный регулятор ПИР, исполнительное устройство ИУ (рисунок 2):
Рисунок 2 - Структурная схема модели
z - возмущающее воздействие; Т - температура этилена; Т'- температура этилена в безразмерном виде; u(t) - управляющее воздействие; m П - массовый расход пара
Разобьем моделируемый объект на ряд элементов в соответствии с принятой системой допущений:
Рисунок 3 - Структурная схема объекта
q П - теплоотдача от водяного пара к стенке змеевика; q Т -теплопередача от стенке к этилену; q k вх , q k - конвективный перенос тепла на входе и выходе этилена из емкости
1. Уравнение теплового баланса емкости выглядит так:
где - тепло, приходящее в емкость с этиленом,
- тепло, уходящее из емкости с этиленом,
- тепло, отдаваемое стенкой этиленом в результате теплопередачи,
Тепло, приходящее в емкость с этиленом, определяется как
где - массовый расход этилена, кг/с. Определяется как:
где - объемный расход этилена, м 3 /с.
- температура этилена на входе в емкость, K,
Тепло, уходящее из емкости с этиленом, определяется следующим образом:
где Т - температура этилена на выходе из емкости, К.
Тепло, получаемое этиленом от стенки в ходе процесса теплопередачи определяется как:
где - коэффициент теплопередачи этилена,
- площадь поверхности теплопередачи, м 2 ,
где - производная температуры этилена,
Подставим найденные зависимости (2), (3), (4), (5) в уравнение (1) и получим
2. Уравнение теплового баланса для стенки:
где - поток тепловой энергии от водяного пара к стенке емкости,
- тепло, отдаваемое стенкой этилену в результате теплопередачи,
Теплота, отдаваемая паром стенке, определяется как:
где - коэффициент теплопередачи на стороне бензола,
где - производная температуры стенки,
- теплоемкость стали, [1, табл. XXV],
где - плотность стали, [1, табл. II].
F - площадь поверхности теплопередачи, м 2
Подставим найденные зависимости (8), (9), (10) в уравнение (7) и получим
Таким образом, объединив уравнения (6) и (11) и добавив начальные условия, получим динамическую модель объекта:
Для нахождения массового расхода пара и температуры стенки необходимо составить модель объекта в статическом режиме. Для этого приравняем левые части уравнений (6) и (11) к нулю, получаем систему двух неизвестных:
Из первого уравнения выражаем и подставив значения величин получим:
Из второго уравнения выражаем и получаем массовый расход пара в статическом режиме.
5.2 Модель первичного преобразователя
Первичный преобразователь - преобразует значение выходной температуры в электрический сигнал, который подается на вход регулятора. Статическая характеристика представлена на рисунке 4:
Рисунок 4 - Статическая характеристика ПП
где Т - текущая температура бензола;
Т min = - 50 ?С - минимальное значение температурного диапазона измерения преобразователя;
T max = 1.3•T ЗАД = 390 ?С - максимальное значение температуры.
Назначение регулятора: вычислять разность между действительным и заданным значением температуры и преобразовывать разность в регулирующее воздействие.
Управляющее воздействие регулятора определяется законом регулирования. Для регулирования расхода этилена выбираем ПИ-закон регулирования. Пропорционально-интегральные регуляторы оказывают воздействие на регулирующий орган пропорционально ошибке регулирования и интегралу от ошибки:
где - коэффициент усиления регулятора,
- ошибка регулирования. Определяется по формуле:
где T' - температура в безразмерном виде, полученная с помощью первичного преобразователя.
- заданная температура в без размерном виде:
Таким образом, получаем модель регулятора из уравнений (15), (16) и (17):
5.4 Модель исполнительного устройства
Предназначен для изменения расхода среды в соответствии с полученным сигналом от регулятора.
Пусть массовый расход пара реализуется при степени открытия клапана А Н = 0.5 - начальное значение степени открытия клапана. Тогда коэффициент передачи клапана пара будет равен
где А - степень открытия клапана пара
Поскольку статическая характеристика клапана линейна, то
гдеU - управляющее воздействие регулятора.
Таким образом, объединив уравнения (19), (20) и (21) в систему, получим модель исполнительного устройства:
Объединив системы (12), (14), (18) и (22), получим модель системы автоматического регулирования температуры этилена на выходе из теплообменника:
Открываем программу MatLab 6.5. Создаем файл с данными, для этого в главном меню выбираем File >New>M-File (рисунок 5):
Вписываем все необходимые исходные данных.
Сохраняем файл с данными (File > Save) с именем dano. Запускаем его на выполнение Debug > Run (или клавиша F5).
Создаем новый файл, в котором будем составлять модель, для этого выбираем в главном меню File > New > Model.
Теперь необходимо разместить и соединить блоки из библиотеки Simulink.
Блоки которые будут нужны для создания данной модели:
v Gain, Sum, Product (вкладка Math Operations)
Для настройки блока Integrator щелкаем по нему и в новом окошке в поле ввода Initial condition - начальное значение - введем Tzad и Tstat для блоков Integrator1 Intergator соответственно (рисунок 7).
Теперь создаем подсистему модели, для этого выделяем необходимую часть блоков и в главном меню данного окна Edit > Create subsystem. Получили модель объекта в виде подсистемы, представленную на рисунке 8.
Рисунок 8 - Модель объекта в виде подсистемы
Чтобы связать данную модель с M-Файлов исходных данных, необходимо в главном меню выбрать пункт File > Model Properties. В появившемся окне переходим на вкладку Callbacks и в поле ввода Model initialization function: указываем имя М-файла -dano (рисунок 9).
Рисунок 9 - Создание связи между М-файлом и моделью
Для задания время моделирования заходим в меню Simulation > Simulation Parameters. На вкладке Solver в блоке Simulation time задаем начало и конец времени моделирования (рисунок 10).
Рисунок 10 - Задание времени моделирования
Запускаем модель на выполнение через пункт меню Simulation > Start. Теперь щелкаем два раза левой кнопкой мыши по блоку Skope с подписью T (температура бензола), получаем график кривой разгона температуры (рисунок 11) и по блоку Skope с подписью Tst (температура стенки), получаем график зависимости температуры стенки от времени (рисунок 12).
Рисунок 11 - Кривая разгона температуры бензола
Рисунок 12 - Зависимость температуры стенки от времени
6.2 Модель первичного преобразователя
Создаем новый файл File > New > Model. Связываем М-файл и модель, как было описано выше (рисунок 9). Для построения блок-схемы преобразователя, используем следующие блоки библиотеки:
v Gain и Sum (вкладка Math Operations);
v Saturation (вкладка Discontinuities).
Перемещаем из библиотеки блоки в рабочую область, соединяя их в нужной последовательности, так же как на рисунке 13. Выделяем часть блоков и создаем подсистему, в меню Edit выбираем строку Create Subsystem (рисунок 14).
Рисунок 13 - Модель первичного преобразователя
Рисунок 14 - Модель первичного преобразователя в виде подсистемы
Запускаем модель на выполнение через пункт меню Simulation > Start. Теперь щелкаем два раза левой кнопкой мыши по блоку Skope. Получаем статическую характеристику преобразователя, представленную на рисунке 15.
Рисунок 15 - Статическая характеристика преобразователя
В окне MatLab в меню File выбираем строку New > Model. В появившемся окне приложения Simulink в меню File выбираем строку Model Properties, после чего появляется следующее окно, в котором выбираем вкладку Callbacks и в строке Model Initialization Function записываем имя M-file с исходными данными.
Для построения модели нам понадобятся следующие блоки:
v Gain и Sum (вкладка Math Operations).
Соединяем блоки линиями связи. Модель регулятора создаем в виде маскированной подсистемы. Для этого выделяем всю блок-схему и в рабочем окне в меню Edit выбираем строку Create Subsystem.
Полученная модель регулятора имеет вид, представленный на рисунке 16.
Рисунок 17 - Модель ПИ регулятора в виде подсистемы
Создадим маску для подсистемы, для этого щелкаем правой кнопкой мыши по блоку подсистемы Regul и в контекстном меню выбираем Mask subsystem. В открывшемся окне переходим на вкладку Parameters и заполняем таблицу как показано на рисунке 18. После завершения нажимаем кнопку Ok.
Рисунок 18 - Окно редактирования маски подсистемы
Теперь щелкаем двойным щелчком мыши по блоку Regul и в полях ввода задаем значения настроек регулятора, как показано на рисунке 19.
Рисунок 19 - Задание настроек регулятора
Запускаем программу с помощью кнопки Run (или комбинацией клавиш Ctrl + T) в рабочем окне Simulink. Затем двойным нажатием левой клавиши мыши по блоку Scope получаем статическую характеристику регулятора, представленную на рисунке 20.
Рисунок 20 - Статическая характеристика ПИ регулятора
6.4 Модель исполнительного устройства
В окне MatLab в меню File выбираем строку New > Model. В появившемся окне приложения Simulink в меню File выбираем строку Model Properties, после чего появляется следующее окно, в котором выбираем вкладку Callbacks и в строке Model Initialization Function записываем имя M-file с исходными данными.
Для построения модели нам понадобятся следующие блоки:
v Gain и Sum (вкладка Math Operations)
Соединяем блоки линиями связи (рисунок 21). Модель ИУ создаем в виде маскированной подсистемы. Для этого выделяем всю блок-схему и в рабочем окне в меню Edit выбираем строку Create Subsystem (рисунок 22).
Рисунок 21 -Модель исполнительного устройства
Рисунок 22 -Модель исполнительного устройства в виде подсистемы
Создадим маску для подсистемы, для этого щелкаем правой кнопкой мыши по блоку подсистемы IY и в контекстном меню выбираем Mask subsystem. В открывшемся окне переходим на вкладку Parameters и заполняем таблицу как показано на рисунке 23.
Рисунок 23 - Редактирование маски подсистемы
После завершения нажимаем кнопку Ok. Теперь щелкаем двойным щелчком мыши по блоку Regul и в полях ввода задаем значения настроек регулятора, как показано на рисунке 24.
Рисунок 24 - Задание настроек исполнительного устройства
Запускаем программу с помощью кнопки Run (или комбинацией клавиш Ctrl + T) в рабочем окне Simulink. Затем двойным нажатием левой клавиши мыши по блоку Scope получаем статическую характеристику исполнительного устройства, представленную на рисунке 25.
Рисунок 25 - Статическая характеристика исполнительного устройства
Создаем новый файл, в котором будем составлять модель, для этого выбираем в главном меню File > New > Model. В появившемся окне приложения Simulink в меню File выбираем строку Model Properties, после чего появляется следующее окно, в котором выбираем вкладку Callbacks и в строке Model Initialization Function записываем имя M-file с исходными данными.
Далее необходимо скопировать блоки подсистем, полученных ранее (рисунки 8, 13, 16, 22), в рабочую область окна, а также добавить блоки из библиотеки. Затем размещаем и соединяем блоки линиями связи, как показано на рисунке 26.
Рисунок 26 - Модель САР температуры бензола
Запускаем программу с помощью кнопки Run в рабочем окне Simulink. Затем двойным нажатием левой клавиши мыши по блокам Scope1, Skope, получаем переходные характеристики температуры бензола (рисунок 27) и стенки (рисунок 28) соответственно.
Рисунок 27 - Переходная характеристика температуры бензола
Рисунок 28 - Переходная характеристика температуры стенки
температура теплообменник этилен математический моделирование
В данной работе составили математическую модель автоматического регулирования температуры этилена на выходе из теплообменника. Из статической модели нашли значения расхода водяного пара, который используется для нагрева этилена, а также температуру стенки, равную температуре стенки в начальный момент времени.
Также смоделировали данную систему в Simulink математического пакета MatLab. Убедились в правильности работы системы автоматического регулирования при скачкообразном изменении температуры.
1. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие для вузов.10-е изд. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.
2. Курс лекций по дисциплине "Моделирование систем управления".
3. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине "Моделирование систем" для студентов специальности 210200 всех форм обучения / НГТУ; сост.: С. А Добротин. Нижний Новгород, 2006. - 12 с.
Обзор методов составления математических моделей систем автоматического управления. Математические модели системы в векторно-матричной форме записи. Моделирование в пакете программы Simulink. Оценка устойчивости системы, рекомендации по ее применению. курсовая работа [514,5 K], добавлен 10.11.2011
Функциональная схема, принцип действия и характеристики автоматической системы регулирования температуры. Статические характеристики нелинейной системы. Анализ устойчивости, моделирование и оптимизация линеаризованной системы с помощью программы Matlab. курсовая работа [3,1 M], добавлен 14.03.2011
Математическое описание элементов автоматической системы моделирования. Определение передаточной функции объекта по переходной характеристике методом площадей. Вычисление статических характеристик случайного процесса по заданной реакции, расчет дисперсии. курсовая работа [337,2 K], добавлен 10.02.2012
Математическое моделирование. Изучение приёмов численного и символьного интегрирования на базе математического пакета прикладных программ, а также реализация математической модели, основанной на методе интегрирования. Интегрирование функций MATLAB. курсовая работа [889,3 K], добавлен 27.09.2008
Использование расширения MATLAB - Simulink как системы математического моделирования. Электроэнергетическое направление системы - пакет Sim Power Systems, методом моделирования решающий задачи электроэнергетики. Структура и функциональные компоненты. курсовая работа [1,5 M], добавлен 09.10.2014
Программный комплекс MATLAB как мощное средство для высокоточного цифрового моделирования системы автоматического управления. Основные особенности построения временных характеристик с помощью пакета Control System и моделирования в системе Simulink. контрольная работа [2,3 M], добавлен 14.11.2012
Практические навыки моделирования структурных схем в среде SIMULINK пакета MATLAB. Построение графиков функций в декартовой системе координат. Решение систем линейных и нелинейных уравнений. Работа с блоками Sum, Algebraic Constraint, Gain, Product. лабораторная работа [159,2 K], добавлен 19.04.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Математическое моделирование САР температуры этилена в теплообменнике курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Воспитание И Обучение Детей С Тнр Реферат
Курсовая работа по теме Средний класс как потребитель
Психолог В Силовых Структурах Эссе
Сочинение Рассуждение По Сениной Вариант 23 2022
Курсовая Работа На Тему Сны В Романе М.В. Булгакова "Белая Гвардия"
Реферат: История села Узкое
Курсовая работа по теме Анализ креативных инструментов продвижения в Интернете
Аттестационная Работа Старшей Акушерки
Реферат: Психолого-педагогические особенности тестовой формы контроля и методы составления тестовых заданий; их практическое применение при обучении студентов зубоврачебного отделения
Реферат Собственность Как Экономическая Категория
Реферат На Тему Виды И Формы Обучения
Сочинение: Гуманистическая тема в рассказе М.А.Шолохова Судьба человека.
Курсовая работа по теме Текущее состояние экономики России за 2008 и 2009 гг
Реферат: Пословицы и поговорки английского языка.Особенности их происхождения.
Реферат по теме Основные векторы египетско-китайских международных отношений в начале XXI века
Контрольная работа по теме Как изменился характер исторического развития России под влиянием иноземного нашествия и ига
Развитие Органов Женской Половой Системы Реферат
Курсовая работа по теме Языки и технология программирования
Реферат На Тему Строение Атома По Химии
Реферат: Классификация гемобластозов
Корпоративные информационные системы - Программирование, компьютеры и кибернетика реферат
История государства и права зарубежных стран - Государство и право контрольная работа
Структура зоопланктонних угруповань річкової ділянки літоралі Каховського водосховища - Биология и естествознание статья