Синтез и моделирование многомерной системы управления реактором. Курсовая работа (т). Информационное обеспечение, программирование.
🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Информационное обеспечение, программирование
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Синтез и моделирование многомерной системы управления реактором
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
1. Краткая
характеристика объекта автоматизации
.
Структурный и алгоритмический синтез несвязанной системы управления многомерным
объектом
.
Параметрический синтез системы управления
.1
Программа моделирования системы управления в среде Mathcad
.
Моделирование системы управления с более сложной структурой
.1
Программа моделирования системы управления в среде Mathcad
Химический реактор является основным аппаратом
во многих технологических системах. Работа химического реактора определяет во
многом качество продукции, поэтому вопросам автоматического управления и
регулирования реакторами уделяется большое внимание.
Как объект управления в большинстве случаев
реактор является многомерным объектом и по многим каналам нелинейным объектом.
В настоящей работе проведено исследование
системы управления реактором с использованием методом математического
моделирования. Установлена возможность применения линейных регуляторов на
нелинейных объектах.
1. Краткая характеристика объекта
автоматизации
Рис. 1.1 Принципиальная схема процесса
Аппарат емкостного типа объёма с
мешалкой и рубашкой объёма . Исходный
компонент реакции подается в аппарат с потоком - .
Второй входной поток с расходом служит для
разбавления смеси до необходимой концентрации. В рубашку с расходом и
температурой подается
хладоагент. В аппарате проводятся экзотермические реакции .
Смесь из реактора забирается насосом, величина
потока может регулироваться клапаном. Благодаря интенсивному перемешиванию
структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения.
Аппарат работает в политропическом режиме.
Назначение :
осуществление сложной многостадийной реакции. Цель функционирования :
получение реакционной смеси с заданным значением концентрации целевого
вещества.
Параметры состояния объекта: объём (уровень)
реакционной смеси - ; концентрации
компонентов в выходном потоке - ;
· температура хладоагента на выходе из
рубашки t хл .
· расходы потоков на входе и выходе из аппарата - ;
· концентрация веществ А во входном
потоке - ;
· температуры входных потоков - ;
· входная температура хладоагента t хл .
Математическое выражение критерия эффективности
называют целевой функцией или критерием оптимальности. Целью функционирования
является получение концентрации компонента В в заданном количестве. Показателем
эффективности:
Критерием эффективности управления
является:
Организация
ввода реагентов в реактор
Во
входном потоке υ 1 исходный
реагент А(C A в x )
Модель химического реактора представляет собой
систему нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений.
Численные значения параметров модели
Теплоемкость
вещества в аппарате и входных потоках
Плотность
вещества в аппарате и входных потоках
Предэкспоненциальный
множитель константы скорости
Температура
первого потока в реактор
Температура
второго потока в реактор
Концентрация
компонента: А на выходе В на выходе С на выходе D на выходе
Численные данные передаточных функций
2. Структурный и алгоритмический
синтез несвязанной системы управления многомерным объектом
Структурный синтез
заключается в выборе структуры системы регулирования каждой выходной
переменной. Выбираем одноконтурную замкнутую систему автоматической
стабилизации по каждой входной переменной.
Рис. 2.1 Функциональная структурная схема
регулирования
- концентрация
компонента В на входе с заданным значением
- оптимальная
температура объекта с заданным значением на входе
- концентрация
компонента А на выходе из аппарата
- концентрация компонента
B на выходе из
аппарата
- концентрация
компонента C на выходе из
аппарата
концентрация
компонента D на выходе из
аппарата
- оптимальная температура
объекта на выходе из аппарата
- температура
хладоагента на выходе из аппарата
Алгоритмический синтез
заключается в разработке математической модели элементов, входящих в систему
управления. В нашем случае математическая модель объекта представляет собой в
форме нелинейных ОДУ.
Следовательно, необходимо выбрать какой-либо
типовой закон регулирования. Учитывая динамические свойства объекта (отсутствие
запаздывания) выбираем ПИ-закон регулирования.
ПИ-закон обладает следующими положительными
свойствами:
· Обеспечивает минимальную статическую ошибку
регулирования.
· Достаточно прост в настройке, т.к.
настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления Кр и
постоянная времени интегрирования Ti. В таком регуляторе имеется возможность
оптимизации величины отношения Кр/Тi→min, что обеспечивает управление с
минимально возможной среднеквадратичной ошибкой регулирования.
· Малая чувствительность к шумам в
канале измерения (в отличие от ПИД-регулятора)
Преобразуем уравнение к удобному виду для
моделирования на ЭВМ. Для этого уравнения для работы регулятора необходимо
преобразовать в дифференциальную форму:
Следовательно, второе уравнение имеет вид:
В программе необходимо к системе уравнений
объекта добавить два уравнения для регуляторов.
Выражения для ,
берем
из уравнения математической модели объекта управления.
Параметрический синтез заключается в определении
численных значений коэффициентов (параметров), входящих в уравнения модели
объекта и регулятора.
Параметры настроек определяем методом
моделирования процессов управления на ЭВМ. Уточняются настройки до тех пор,
пока переходный процесс управления не будет отвечать заданным показателям
качества и эффективности управления.
Параметрический синтез может быть осуществлен
различными способами (Циглера-Никольса, методом расширенных частотных
характеристик) настроек регулятора. Используем упрощенный метод настроек ПИ
регулятора [1].
Передаточные функции по каналам регулирования
имеют вид апериодического звена первого порядка [2].
Определим настройки регулятора, используя
графики приведенные в литературе [1].
4. Моделирование системы управления
Моделирование системы управления осуществляется
с целью исследования следующих свойств системы:
Для моделирования необходимо записать полную
модель системы в единообразной форме. Для этого преобразуем уравнение работы
регулятора в дифференциальную форму, включая уравнения модели объекта и уравнения
модели регуляторов.
= K P 2
+ ;
2
= t зад
- у 4 ; у 4 = t
4.1
Программа моделирования системы управления в среде Mathcad
теплоемкость вещества в аппарате и входных
потоках, кДж/(кг*К) -
теплоемкость хладоагента т, кДж/(кг*К) -
плотность вещества в аппарате и
входных потоках, кг/л -
коэффициент теплопередачи,
кДж/(м2*мин*К) -
предэкспоненциальный множитель
константы скорости, 1/мин
концентрация компонента А на входе, моль/л -
расход первого потока на входе в реактор, л/мин
-
расход второго потока на входе в реактор, -
л/мин,
расход на выходе из реактора, л/мин -
температура второго потока на входе в реактор, С
температура первого потока на входе в реактор, -
С
температура хладоагента на входе, С -
Вектор-функция правых частей диф.уравнений
модели
При отсутствии возмущения на объект и при
условии задания в качестве исходных данных значений переменных в статике
процесс регулирования представляет собой прямые линии параллельные оси времени.
На рис.4.1.1. представлены графики изменения выходных переменных и упрощающих
воздействий для изложенных условий.
в) г)
ж) з)
и) к)
Рис.4.1.1. Процесс регулирования при
отсутствии возмущений: а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) ; ж) ; з) .
Для уточнения параметров подадим
возмущение по . Процент
отклонения 25%. .
Исходя из требований к безопасности ведения
технологического процесса и требований к качеству продукции величины допустимых
значений статической ошибки, динамической ошибки и времени регулирования
принимаются следующими:
Рис. 4.1.2 Процесс регулирования концентрации
при возмущении
Рис. 4.1.3 Процесс регулирования температуры при
возмущении
Можно сделать вывод, что настройки регулятора
удовлетворены. Следовательно, значения параметров алгоритмов регулирования
следующие:
Инвариантность к возмущениям означает
способность системы компенсировать возмущения при заданной величине задания по
каждому контуру.
Рис. 4.2.1 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ =
0,25 моль/л: а) ; б) ;в) ;г) .
а) б)
в) г)
Рис. 4.2.2 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ 0,25 моль/л: а) ; б) ;в) ;г) .
Анализ результатов моделирования представленных
на рис. 4.2.1 и рис. 4.2.2 показывает:
· Величина статической и динамической ошибки лежат
в переделах допустимых значений;
· Время регулирования также
удовлетворяет сформулированным требованиям;
· Значение расхода ,
при отрицательной подаче возмущения, оказалось отрицательным, что не имеет
физического смысла и не может быть реализовано.
Следовательно, необходимо проанализировать
работу системы при меньших возмущениях или наложить ограничения на регулирующие
воздействия: если , то принять .
Подадим возмущение по с
процентом отклонения 20%.
Рис. 4.2.3 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий
Рис. 4.2.4 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ 0,2 моль/л: а) ; б) ;в) ;г) .
Анализ результатов моделирования представленных
на рис. 4.2.3 - рис. 4.2.4 показывают:
· Величина статической и динамической ошибки лежат
в переделах допустимых значений;
· Время регулирования также
удовлетворяет сформулированным требованиям;
· Значения расходов и
при
подаче возмущений имеют физический смысл.
1) ∆ t 1 = 10 , Процент
отклонения 33%
Рис. 4.2.5 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆t 1 =10 :
а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 4.2.6 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆t 1 =
- 10 :
а) ; б) ;в) ;г) .
2) ∆ t 2 = 10 ,
Процент
отклонения 25%
Рис. 4.2.7 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆t 2 =
10 :
а) ; б) ;в) ;г) .
программа математический
автоматизированный реактор
Рис. 4.2.8 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆t 2 =
- 10 :
а) ; б) ;в) ;г) .
а) б)
в) г)
Рис. 4.2.9 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ = 20 :
а) ;
б) ;в) ;г) .
Рис. 4.2.10. Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ = - 20 :
а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 4.2.11. Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ 1
= 0,2 л/мин: а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 4.2.12. Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ 1
= - 0,2 л/мин: а) ; б) ;в) ;г) .
Анализ результатов моделирования представленных
на рис. 4.2.5. и рис.4.2.12. показывает:
· Величина статической и динамической ошибки лежат
в переделах допустимых значений;
· Время регулирования также
удовлетворяет сформулированным требованиям;
· Значения расходов и
при
подаче возмущений имеют физический смысл.
Ковариантность с заданным возмущением означает
способность системы отслеживать изменение задания в отсутствие других
возмущений.
Рис. 4.3.1 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при : а) ;
б) ;в) ;г) .
Рис. 4.3.2 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при : а) ;
б) ;в) ;г)
Рис. 4.3.3 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при : а) ;
б) ;в) ;г) .
Рис. 4.3.4 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при а) ;
б) ;в) ;г) .
3. ∆ t зад
= 20% = 18 ,
∆ = 25% = 0,088
моль/л
Рис.4.3.5. Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ,
Рис. 4.3.5 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ,
По результатам исследования инвариантности и
ковариантности можно сделать следующие выводы:
· система устойчива, так как переходные процессы
управления затухают при ;
· система инвариантна к возмущениям с
отклонением в 20-33% и ковариантна с заданием с отклонением 20-25%.
Многомерная система несвязанного управления
нелинейным объектом при использовании линейных ПИ алгоритмов работы регуляторов
работоспособна.
5. Моделирование системы управления
с более сложной структурой
Реализация каскадной системы регулирования
температурой имеет вид представленный на рис. 5.1.
Рис. 5.1 Структурная каскадная схема
регулирования
- концентрация
компонента В на входе с заданным значением
- оптимальная
температура объекта с заданным значением на входе
- оптимальная
температура хладоагента с заданным значением на входе
- концентрация
компонента А на выходе из аппарата
- концентрация
компонента B на выходе из
аппарата
- концентрация
компонента C на выходе из
аппарата
концентрация
компонента D на выходе из
аппарата
- оптимальная
температура объекта на выходе из аппарата
- температура
хладоагента на выходе из аппарата
5.1 Программа моделирования
системы управления в среде Mathcad
Вектор-функция правых частей диф.уравнений
модели
При отсутствии возмущения на объект и при
условии задания в качестве исходных данных значений переменных в статике
процесс регулирования представляет собой прямые линии параллельные оси времени.
На рис. 5.1.1 представлены графики изменения выходных переменных и упрощающих
воздействий для изложенных условий.
Рис. 5.1.1 Процесс регулирования при
отсутствии возмущений а) ; б) ; в) ; г) ; д) ; е) ; ж) ; з) ;и) .
Для уточнения параметров подадим
возмущение по . Процент
отклонения 20%. .
Исходя из требований к безопасности ведения
технологического процесса и требований к качеству продукции величины допустимых
значений статической ошибки, динамической ошибки и времени регулирования
принимаются следующими:
Рис. 5.1.2 Процесс регулирования концентрации
при возмущении
Рис. 5.1.3 Процесс регулирования температуры при
возмущении
Можно сделать вывод, что настройки регулятора
удовлетворены. Следовательно, значения параметров алгоритмов регулирования,
вычисленные методом подстановки, следующие:
) ∆ =
0,2
моль/л , Процент отклонения 20%
Рис. 5.2.1 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих воздействий
при ∆ =
0,2 моль/л а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 5.2.2 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ 0,2 моль/л а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 5.2.3 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ = 20 :
а) ; б) ;в) ;г) .
Рис. 5.2.4 Изменение регулируемых переменных
(Св, t) и регулирующих
воздействий при ∆ = - 10 :
а) ; б) ;в) ;г) .
Анализ результатов моделирования представленных
на рис.5.2.1 - рис. 5.2.12 показывают:
· Величина статической и динамической ошибки лежат
в переделах допустимых значений;
· Время регулирования также
удовлетворяет сформулированным требованиям;
· Значения расходов и
при
подаче возмущений имеют физический смысл.
При исследовании объекта на инвариантность к
возмущениям, сравнив таблицу 5 и таблицу 7, можно сделать вывод, что реализация
каскадной системы регулирования температурой будет более приемлемой. Так как
моделирование системы управления с более сложной структурой обладает меньшей
динамической ошибкой, и регулирующее воздействие не выходит за установленные
пределы регулирования.
1. Ротач
В.Я., Автоматизация настройки систем управления. - М.: Энергоатомиздат. 1984;
2. Кузьменко
А.Н., Курсовая работа по ТПП. - ИГХТУ. 2013.
Похожие работы на - Синтез и моделирование многомерной системы управления реактором Курсовая работа (т). Информационное обеспечение, программирование.
Доклад по теме Alcohol and the Workplace
Курсовая работа: Организация нормирования труда
Реферат по теме Основные педагогические идеи А.И. Герцена
Курсовая работа по теме Анализ основных производственных фондов
Реферат: Жесты как язык общения
Бродский Полное Собрание Сочинений Скачать Торрент
Курсовая работа по теме Разработка технологии выполнения колорирования волос
Реферат: Школа Германии. Скачать бесплатно и без регистрации
Отчет По Практике Финансиста
Реферат: Каменев Л.Б. и Зиновьев Г.Е. политические портреты
Реферат по теме Расчет полупроводникового выпрямителя с фильтром и транзисторного усилителя
Курсовая работа: Разработка специализированного программного модуля для решения указанной задачи
Курсовая работа по теме Аккадская (вавилоно-ассирийская) литература
Ответ на вопрос по теме Программа вступительных экзаменов по обществознанию в 2004г. (МГУ)
Дипломная работа: Аудит расчетов по НДС
Реферат: Зенон Элейский, его парадоксы и понятия бесконечности
Прогноз Диссертация
Контрольная работа по теме Электрическое и электромеханическое оборудование
Контрольная работа по теме Продовольственные рынки. Кадровые службы субъектов товарного рыка
Реферат: Деньги единой Европы
2.
Реферат: Concert Life Essay Research Paper Concert Life
Похожие работы на - Олимпийские объекты и инфраструктура в Сочи