Расчет комбинированной автоматической системы регулирования температуры на выходе печи F02 (стр. 3 из 3)

Тт_Г – температура топливного газа;

Т_Г – температура технологического газа.

2. Неконтролируемые:

Q_ПОТ – тепловые потери;

С_Г – состав газа.

Температура в печи F02 является основным регулируемым параметром.

Основным регулирующим параметром является расход воздуха.

Для управления технологическим процессом установки У-251 применен программно-технический комплекс системы I/A SERIES фирмы Фоксборо (США).

В процессе ступенчатого изменения расхода воздуха был снят динамический процесс в печи по каналу управления.

Печь F02 как объект управления характеризуется:

· коэффициент усиления = 3 ⁰С/%хро;

· чистое запаздывание = 0,8 мин;

· время переходного процесса =4 мин;

В процессе ступенчатого изменения расхода технологического газа был снят динамический процесс в печи по каналу возмущения.

Печь по каналу возмущения характеризуется:

· коэффициент усиления = 3,3 ⁰С/%хро;

· чистое запаздывание = 2 мин;

· время переходного процесса = 10 мин;

Передаточные функции, получаем по методу Симою,

Здесь:

Передаточная функция по каналу управления:

Отсюда

Передаточная функция по каналу возмущения:

Отсюда

5.Расчёт частотных характеристик объекта регулирования

АЧХ объекта регулирования

мин^-1

ФЧХ объекта регулирования

КЧХ объекта регулирования

6. Предварительный выбор системы регулирования

Предварительно выбираем комбинированную систему регулирования температуры в печи F02 с компенсацией возмущения по каналу изменения расхода, поступающего в печь технологического газа. В качестве закона регулирования выбираем ПИ-закон, обеспечивающий астатическое регулирование достаточно высокого качества. Сигнал с устройства компенсации возмущения будем подавать на вход объекта управления.

7. Расчет и исследование системы регулирования

Расчёт одноконтурной системы регулирования.

Для данного технологического процесса является недопустимым выход регулируемого параметра из диапазона допустимых значений, так как в этом случае срабатывает аварийная блокировка и происходит остановка печи.

Таким образом, динамика переходного процесса более важна, чем время затухания процесса.

Рассчитаем настройки регулятора одноконтурной системы регулирования температуры в печи по каналу управления.

Соберем замкнутую систему управления, используя в ней ПИ-регулятор с параметрами, рассчитанными по методу Циглера-Никольса.

Для этого определим критические настройки П-регулятора.

При значении

переходный процесс становится незатухающим с периодом колебаний T_кр=3 мин, и частотой

Отсюда находим:

Построим переходной процесс в системе при подаче управляющего воздействия:

Учитывая, что передаточная функция разомкнутой системы есть

Найдем передаточную функцию замкнутой системы по выражению

и построим АЧХ замкнутой системы:

Из АЧХ находим значение рабочей частоты _р = 1,71 мин^-1

Расчет комбинированной АСР температуры на выходе печи F02

Структурная схема комбинированной АСР при подаче компенсирующего сигнала на вход объекта

Преобразованная структурная схема комбинированной АСР при подаче компенсирующего сигнала на вход объекта

Поскольку компенсирующее воздействие приложено ко входу ОУ, то передаточная функция идеального компенсатора находится в соответствии с выражением:

Как видно, компенсатор реализуем, поскольку он не содержит звеньев с отрицательным запаздыванием и порядок числителя передаточной функции не больше порядка знаменателя.

Поскольку идеальный компенсатор сложен в реализации, рассчитаем параметры реального компенсатора, частотные характеристики которого близки к характеристикам идеального в диапазоне частот от [0; 1,71] мин^-1.

Реализуем его как колебательное звено и звено с запаздыванием.

Из условия инвариантности при нулевой частоте получаем, что коэффициент усиления компенсатора равен k = 1,1.

Передаточная функция колебательного звена с запаздыванием имеет вид:

, где Т=0,81.

Построим частотные характеристики полученного компенсатора и сравним их с требуемыми.

АЧХ идеального и реального компенсаторов

Точками на графиках показаны характеристики реального компенсатора, а сплошной – идеального.

КЧХ идеального и реального компенсаторов

Точками на графиках показаны характеристики реального компенсатора, а сплошной – идеального.

Значение КЧХ идеального и реального компенсатора на рабочей частоте:

Структурная схема комбинированной системы.

Построим переходной процесс в системе при подаче возмущающего воздействия, и сравним его с тем же процессом при отключенном компенсаторе.

Переходной процесс в системе при подаче возмущения

Оценим качество полученных переходных процессов:

При отключенном компенсаторе:

1. Время регулирования t_р=40 мин;

2. Перерегулирование

;

3. Время достижения первого максимума: t_max=3 мин;

4. Квадратичный интегральный критерий качества:

;

При включенном компенсаторе:

5. Время регулирования t_р=35 мин;

6. Перерегулирование

;

7. Время достижения первого максимума: t_max=7 мин;

8. Квадратичный интегральный критерий качества:

;

Заключение

Из полученных характеристик видно, что качество переходного процесса в комбинированной системе выше, чем в одноконтурной АСР. По показателям качества комбинированная АСР превосходит одноконтурную систему. Можно сделать заключение, что применение комбинированной АСР для данного объекта является целесообразным.

Список использованной литературы

1. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1985.

2. Регламент 3У151, 2005 г.

3. В.Ф. Комиссарчик Автоматическое регулирование технологических процессов. Учебное пособие.- Тверь, 2001.- 248с.