Анализ системы автоматического регулирования температуры приточного воздуха в картофелехранилище (стр. 2 из 3)

;

Дифференциальный усилитель (ДУ):

,

Дифференциальный усилитель состоит из двух звеньев. Первое звено осуществляет вычитание напряжения

из напряжения

Второе звено усиливает разность

:

; ;

Двигатель;

Редуктор (Р):

; ;

Регулирующий орган (смесительный клапан)

,

где

- угол поворота заслонки клапана

- степень смешивания %

;

Устройство (потенциометр) обратной связи УОС

,

Составим структурную схему САР.

Рис.3 Структурная схема САР. температуры приточного воздуха в картофелехранилище

Рис.4 Структурная схема САР температуры приточного воздуха в картофелехранилище.

Определение закона регулирования системы

Законом регулирования называют математическую зависимость, в соответствии с которой управляющее воздействие на объект формировалось бы безинерционным регулятором в функции от ошибки системы.

Закон регулирования во многом определяет свойства системы. Определим закон регулирования рассматриваемой САР. Для этого найдем передаточную функцию, определяющую взаимосвязь управляющего воздействия на объект и ошибки:

Заменим звенья, охваченные местной обратной связью одним эквивалентным звеном:

Подставив значения, получим:

Окончательно для безинерционного регулятора получаем:

Зависимость управляющего воздействия от ошибки показывает, что в рассматриваемой системе применен П-закон регулирования.

Определение передаточных функций системы по управляющему и возмущающему воздействию и для ошибок по этим воздействиям.

Передаточная функция САР по управляющему воздействию определяет взаимосвязь между применением регулируемой величины Y и изменением задающего воздействия Yз:

Передаточная функция САР по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением регулируемой величиной Y и изменением возмущающего воздействия F:

,

где

- передаточная функция цепи звеньев от места приложения возмущающего воздействия до регулируемой величины.

Передаточная функция для ошибки по управляющему воздействию определяет взаимосвязь между изменением сигнала ошибки и изменением задающего воздействия:

Для рассматриваемого объекта передаточная функция САР температуры в теплице для ошибки по управляющему воздействию:

Передаточная функция по возмущающему воздействию определяет взаимосвязь между изменением ошибки и изменением возмущающего воздействия F:

Определение запасов устойчивости системы. Анализ устойчивости системы

Устойчивость - это свойство системы возвращаться в исходный или близкий к нему установившийся режим после снятия воздействия, вызвавшего выход из установившегося режима.

Неустойчивая система является не работоспособной, поэтому проверка устойчивости является обязательным этапом анализа системы.

Анализ устойчивости по критерию Гурвица

Определим устойчивость САР температуры в теплице. Для этого воспользуемся любой из полученных в предыдущем пункте передаточных функций, из которых следует, что характеристическое уравнение системы:

Для анализа устойчивости воспользуемся условиями устойчивости для уравнения четвертой степени:

Все коэффициенты характеристического уравнения положительны.

Проверяем второе условие:

Полученный результат показывает, что система устойчива.

Анализ устойчивости по критерию Найквиста

Этот критерий основан на использовании амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) разомкнутой системы. Разомкнем систему и запишем передаточную функцию:

Все звенья разомкнутой системы устойчивы, поскольку одно звено имеет второй порядок, два звена - первый порядок и коэффициенты их характеристических уравнений положительны.

Частотная передаточная функция разомкнутой системы:

Для построения АФЧХ разомкнутой системы представим частотную передаточную функцию в виде:

, тогда

, получаем:

По этим выражениям, придавая

значения от 0 до ∞, строим на комплексной плоскости АФЧХ разомкнутой системы.

Таблица 2. - Результаты расчёта.

w	0	0,005	0,01	0,015	0,02	0,03	0,04
U (w)	4	2,13	0,69	0,15	-0,08	-0,24	-0,27
jV (w)	0	-2,17	-1,89	-1,43	-1,09	-0,68	-0,44

Определим запасы устойчивости

Основное распространение в качестве меры запаса устойчивости получили вытекающие из критерия Найквиста две величины - запас устойчивости по фазе ∆φ и запас устойчивости по амплитуде ∆А. При проектировании САУ рекомендуется выбирать ∆φ≥30º и ∆А≥1. Для нашей САР температуры в теплице ∆φ=73º и ∆А=0,86, что удовлетворяет рекомендуемым величинам запасов устойчивости по фазе и амплитуде. Следовательно, это показывает, что наша система устойчива.