Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Кубанский Государственный Аграрный Университет
Факультет Водохозяйственного Строительства и Мелиорации
Кафедра СЭВО
Расчётно-графическая работа
Выполнил: студент гр. ВС-0904
Пронько Н.В.
Проверила:
Орехова В.И.
Краснодар 2013
Исходные данные для расчета:
- коэффициент передачи объекта регулирования КА = 1.4 см/%;
- постоянная времени Т = 600 с;
- время запаздывания τ = 300 с.
В расчетно-графической работе определяется устойчивость замкнутой системы автоматического регулирования по амплитудно-фазовой характеристике разомкнутой системы регулирования с помощью критерия Найквиста .
Объектом регулирования для всех вариантов является участок канала между двумя затворами.
Регулируемый параметр – уровень воды в конце участка, регулирующий орган – затвор в начале участка.
Рисунок 1 – Схема автоматического регулирования уровня воды.
Условные обозначения:
- датчик уровня (L) с электронным выходом (E)
исполнительный механизм (электрический двигатель)
Динамическая характеристика объекта по каналу регулирующего воздействия задана экспериментально временной характеристикой (рисунок 2), которая приближенно может быть выражена следующим аналитическим выражением:
,
где H(t) – изменение уровня воды в функции времени при ступенчатом изменении положения затвора, см;
K [см/%] – коэффициент передачи объекта регулирования, который определяется величиной изменения уровня воды (выходной величиной объекта) при ступенчатом изменении положения затвора на 1% от полного хода;
t – текущее время, с;
τ – время запаздывания, с;
T – постоянная времени, с.
Рисунок 2 – Характеристика объекта.
K =, [см/%]
На основании временной характеристики объект регулирования (участок канала) может быть представлен в виде двух звеньев, соединённых последовательно. Одно звено – инерционное звено первого порядка с передаточной функцией W1(p)= , а второе звено чистого запаздывания с передаточной функцией W2(p) = e-pT.
Так как звенья соединены последовательно, то передаточная функция объекта регулирования по каналу регулирующего воздействия W0(p) запишется:
W0(p) = W1(p)×W2(p) =
Построения амплитудно – фазовой характеристики объекта с запаздыванием следует начинать с амплитудно – фазовой характеристики без запаздывания W1(jω) = .
Для этого звена
- амплитудно – частотная характеристика:
A(ω) =;
- фазочастотная характеристика:
φ(ω) = arctg Tω;
- вещественная часть амплитудно – фазовой характеристики:
R(ω) =;
- мнимая часть амплитудно – фазовой характеристики:
J(ω) =;
Данные расчета удобно представить в табличной форме (таблица 1).
Таблица 1 – Построение АФХ
|
1. ϕА(ω)=arctg Tω |
0 |
-15 |
-30 |
-45 |
-60 |
-70 |
-80 |
-85 |
|
2. tg ϕА(ω)=Tω |
0 |
-0,268 |
-0,577 |
-1 |
-1,732 |
-2,747 |
-5,671 |
-11,43 |
|
3. ω= Tω/T=tgϕ/T |
0 |
-0,00045 |
-0,00096 |
-0,00167 |
-0,00289 |
-0,00458 |
-0,00945 |
-0,01905 |
|
4. A0(ω)=k/√T2∙ω2+1 |
1,4 |
1,352279 |
1,212619 |
0,989949 |
0,700015 |
0,478902 |
0,243119 |
0,122019 |
|
5. ϕτ(ω)=ω∙τ∙57 |
0 |
-7,638 |
-16,4445 |
-28,5 |
-49,362 |
-78,2895 |
-161,624 |
-325,76 |
|
6. ϕ0(ω)=ϕА(ω)+ϕτ(ω) |
0 |
-22,638 |
-46,4445 |
-73,5 |
-109,362 |
-148,29 |
-241,624 |
-410,755 |
График амплитудно–фазовой характеристики инерционного звена представляет собой полуокружность, расположенную в IV квадранте комплексной плоскости с радиусом k/2, центр которой расположен на вещественной оси на таком же расстоянии от начала координат
Задаваясь значениями ω, следует определить несколько (5-9) годографа векторов ОА1, ОА2, …, ОА9.
Для построения амплитудно – фазовой характеристики объекта регулирования W0(jω) = следует каждый вектор амплитудно – фазовой характеристики W1(jω) (ОА1, ОА2, …, ОА5) повернуть на угол φ = ω·τ ·57 по часовой стрелке.
Далее необходимо определить критическое значение коэффициента настройки Кр кр пропорционально – интегрального регулятора (ПИ). Амплитудно – фазовая характеристика ПИ регулятора Wр(p) записывается:
,
где kp и Ти – коэффициенты настройки регулятора.
Амплитудно – фазовая характеристика разомкнутой системы автоматического регулирования, состоящая из объекта и регулятора, имеет вид:
W(jω) =W0(jω)·Wp(jω) = W0(jω)·, при kp = 1
W(jω) = W0(jω) + W0(jω) = W0(jω) + W0(jω)
Таким образом, для построения амплитудно – фазовой характеристики разомкнутой системы с ПИ регулятором при kp = 1 и некотором заданном значении Tи следует к каждому годографу вектору (ОВ4, ОВ5, ОВ6) амплитудно – фазовой характеристики объекта прибавить вектор длиной ОД = -, повернутый на 90° по часовой стрелке.
Пересечение амплитудно – фазовой характеристики разомкнутой системы с точкой – 1 может произойти только при частоте ωкр , при которой амплитудно – фазовая характеристика W(jω) пересекает отрицательную вещественную полуось. Поэтому условие границы устойчивости может быть записано следующим образом:
Кр кр · Rк = 1,
где Rк – длина отрезка, отсекаемого на отрицательной вещественной полуоси характеристикой W(jω).
Из этой формулы определяется величина критического коэффициента передачи регулятора Кр кр, при превышении которого система теряет устойчивость:
Кр кр = .
Построение семейства амплитудно – фазовых характеристик разомкнутой системы для единичного коэффициента передачи регулятора и различных значений времени изодрома рекомендуется производить в следующем порядке:
Определяем точки для построения амплитудно – фазовой характеристики при Tи =700, 900, 1200 с и значениях ω = 0,0009; 0,0016; 0,0028
|
Ти=700 |
Ти=900 |
Ти=1200 |
|
|
1 |
-0,84853 |
-0,65997 |
-0,49497 |
|
2 |
-0,34643 |
-0,26944 |
-0,20208 |
|
3 |
-0,14943 |
-0,11622 |
-0,08717 |
Получив семейство амплитудно – фазовых характеристик, определяют графоаналитическим методом критические значения коэффициентов настройки Кр кр для каждого значения коэффициента интегральной части регулирования Ти =Ти1, Ти =Ти2, Ти =Ти3.
Определив соответствующие критические значения коэффициентов Кр кр1, Кр кр2, Кр кр3 для соответствующих значений Ти, следует построить в плоскости параметров настройки ПИ – регулятора Кр кр - Ти границу области устойчивости.
Кр кр1 ==2,6;
Кр кр2 ==2,5;
Кр кр3 ==2,4.
Приложение 1
|
Наименование устройства |
Схема устройства |
Принцип действия, конструкция |
Достоинства |
Недостатки |
Основные гидравлические параметры. Место рекомендуемой установки и условия работы |
|
Регулятор прямого действия (Франция, фирма “Нейражж”) |
Поддерживает постоянный уровень на оси затвора. Работа основана на принципе уравновешивания всей конструкции. Равенство моментов от веса конструкции с поплавком-противовесом 3 и гидростатического давления сохраняется при любом открытии щита 1, стабилизируя уровень верхнего бьефа,. Регулятор имеет в верхнем бьефе гидравлический демпфер 2 и камеру для поплавка 4. |
Простота конструкции |
Невозможность централизованного управления и сложность изменения установки. Не применим при перепадах |
Сооружения на каналах внутрихозяйственной и хозяйственной сети при затопленном истечении на расходы до 10м3/с. |
|
|
Регулятор прямого действия |
Затвор цилиндрического типа. Работа основана на уравновешивании цилиндрического затвора 1 и поплавка 2. При повышении уровня воды в нижнем бьефе поплавок: всплывает и цилиндр перекрывает отверстие. Камера поплавка соединена отверстием 3 с нижним бьефом |
Простота конструкции. Высокая надежность в эксплуатации
|
Необходимость применения высоких цилиндров при больших перепадах. |
Сооружения на каналах хозяйственной сети при перепадах более 0,4 м на расход до 1.0 м3/с. |
|
|
Регулятор непрямого действия предложение Э.Э. Маковского |
Принцип действия основан на регулировании выходного отверстия камеры секторного затвора 1 с клапаном 2, соединенным с клапаном датчика 5, имеющего поплавок. Входное отверстие 3 всегда открыто. Герметическая камера |
Высокая точность стабилизации уровня. Простота изменения установки и возможность |
Сложность конструкции, повышенные требования по уходу при эксплуатации |
На каналах оросительных систем с расходами до 10 м3/с при затопленном и незатопленном истечении. |
|
|
Регулятор непрямого действия предложение Ш.С. Бобохидзе |
Конструкция уравновешивается противовесом 2. регулятор имеет мощный поплавок 3, размещенный в камере со сливным порогом 1 на отметке уровня верхнего бьефа и донным отверстием небольшого сечения 4 для отвода воды. |
Высокая точность стабилизации уровня. Возможность полного открытия отверстия. |
Сложность централизованного управления |
сооружения на каналах с расходами свыше 3 м3/с при затопленном и незатопленном истечении. |
|
|
Устройство для автоматическогорегулирован ия расхода воды в оросительных каналах Г.Ф.Домбровского, авт.свид. №91822. |
Поддержание расхода воды в пределах заданного режима осуществляется на основе изменения величины выпускного отверстия 1 и подпорном щите 2 пропорционально изменению затвора. Регулировка расхода осуществляется при помощи регулировочного щита 3 и дополнительного груза 4. |
Возможность регулировать установку на заданный расход |
Сложность конструкции, отложение наносов в верхнем бьефе. |
Устанавливается на открытых оросительных каналах. |
|
|
Устройство для регулирования расхода воды В.К. Гладкова, авт.свид. №140374 |
При уровне верхнего бьефа, не опущенном положении. По нормального, задвижка 1 определенное открытие задвижки. Вода из камеры 2 начинает сливаться в низший бьеф. |
Предложенная конструкция отличается простотой. Наличие только одной задвижки создает благоприятные возможности для автоматизации управления: устройством. |
Большой собственный вес. |
Применяется в донных водопускных галереях судоходных шлюзов, в донных водосбросах и т.п. Затворы этого типа могут применяться при напорах, доходящих до 100 м и более |
|
|
Универсальный щит стабилизатор для лотковых каналов |
Выполняет функции как стабилизации транзитного расхода, так и функции стабилизации постоянной подачи воды из старшего лоткового канала в младший. При максимальном расходе пропуска транзитов щит стабилизатор 1 находится в крайнем верхнем положении, в при уменьшении величины транзитного расхода воды передвигается вниз подъемным механизмом 2 |
Колебания расходов и напоров в лотковом канале практически не влияет на работу стабилизатора. Щит-стабилизатор отличается высокой надежностью, простотой конструкции и эксплуатации. |
Наличие подвижных частей. |
Применяется на оросительных системах предгорной зоны |
|
|
Регулятор непрямого действия (Укргипроводхоз УкрНИИГиМ)
|
Работа основана на пригрузке диафрагмы 1 водой, поступающей через входное отверстие 2 при закрытом выходном отверстии 3. При понижении уровня воды в чеке поплавок 4 поворачивает клапан, отверстие открывается, диафрагма прогибается от избыточного давления, идет пополнение воды в чек. |
Простота конструкции, высокая точность регулирования. |
Необходимость периодически заменять гибкую диафрагму.
|
Водовьпуск в рисовые чеки, пропуск расходов до 50 - 70 л/с. Время закрытия АР 5 - 10 с. |
|
|
Автоматический водовыпуск постоянного расхода конструкции П.И. Коваленко, Н.Я.Васюкова, И.Х. Музыченко. |
Состоит из плавающей воронки С мерными водосливами 1, закрепленной к поплавкам 2. Расход воды поступает в колодец по трубе 3 переменного сечения и обеспечивает постоянство расхода через донный щелевой водослив 4 при изменении напора. |
Простота конструкции. Высокая точность стабилизации расхода. |
Для полного прекращения расхода необходимо устройство дополнительного затвора. |
Водовьпуски из каналов внутрихозяйственной сети при уклонах больше критических. |
|
|
Водовыпуск из канала с бурным потоком. |
Конструкция водовыпуска основана на принципе деления потока по вертикали и обеспечивает постоянство выпускаемого расхода независимо от уровня воды в лотковом канале. Принцип действия основан на отщеплении нормированных расходов без нарушения структуры потока, для чего имеется специальной формы вкладыш. |
Простота конструкции. Возможность водоучета без Применения счетчиков. |
Сложность изменения установки. |
Водовьпуски постоянного расхода при больших колебаниях уровня воды в верхнем бьефе. |
|
|
Щитовой водовыпуск-регулятор автомат постоянного расхода конструкции Г.Л.Абарцумяна и А.К.Кашикемяна на авт. свид. № 106034 |
Стабилизация расхода достигается за счет работы щита 1, имеющем отверстие прямоугольной формы 2, за которым установлена водоприемная коробка 3, в крышке которой сделан фигурный вырез 4 с отогнутыми вверх кромками 5. |
Отсутствие движущихся(в работе) частей. |
Требует сравнительно большой строительной глубины, больших перепадов. Невозможна гидравлическая промывка наносов ограничен пропуск органического мусора, Плавника. |
Фронтальный отбор воды в пределах. Предназначен для. автоматизации, водораспределения и учета воды на. открытых каналах оросительных систем |
|
|
Стабилизатор расхода воды с двумя наклонными козырьками (РД) конструкции И.Б. Хамадова, АА. Гартунга, Л.С. Китвака и Л.А Ома, авт. свид. № 168025. |
Постоянство расходов достигается за счет изменения гидравлических сопротивлений и сжатия потока с увеличением уровня воды в верхнем бьефе. Наклонный козырек 1 предназначен для увеличения гадравлических сопротивлений потока и вертикального сжатия струи. Установку расхода (программу работы) изменяют регулированием открытия затвора 2. |
Прост в изготовлении, установке и эксплуатации; дешев; имеется возможность переоборудования в стабилизаторы обычных плоских щитов. |
Требует гидравлических перепадов 15 - 50 см; для изменения установки требуется значительная мощность привода. |
Фронтальный отбор воды в пределах до 5м3/с Отводы межхозяйственных и распределительных каналов с влекомыми наносами и защитой от плавника |
|
|
Полигональ ный водослив постоянного расхода. Разработан институтом «Укогипроводхоз». |
Увеличенный водослив позволяет производить сброс воды значительном количестве при относительно малой форсировке. Устраивается из крупногабаритных железобетонных плит. |
Простота конструкции и надежность в работе, удобен в эксплуатации. |
Здание подпоров. |
Боковой отбор воды на различные расходы. |
|
|
Автоматический регулятор уровня воды гидравлического действия для трубчатых водовыпусков. |
Предназначен обеспечить» заданные уровни или расходы на отводе канала, оборудованного трубчатым водовыпуском. Под действием гадростатического давления со стороны верхнего бьефа прислонный щит 1, соединенный с затвором 2, отключается, пропуская некоторый расход в НБ. Когда уровень воды в регулирующем бьефе становится выше заданного, поплавок 3 всплывает поднимает клапан 4, перекрывая сбросное отверстие 5, в результате вода поступает в емкость затвора 2, последний прикрывает отверстие водовыпуска. |
Регулятор не подвержен засорению плавающим мусором. Экономия поливной воды, большой срок службы. |
Сложность конструкции и эксплуатации. |
Применяется на оросительных системах предгорной и долинной зонах. О = 0,3 : 0,5 мэ/с, допустимый перепад уровней 0,2 - 2,0 м. |
|
|
Гидравлический регулятор уровня АЧО(АЧС) разраб. с исп. авт. свид. № 405228. |
АЧО (АЧС) служит для автоматизированного водораспределения на внутрикартовой сети рисовых оросительных систем. |
Повышение производительности труда поливальщиков в 2 раза, экономия поливной воды на 10%. |
Террасность чеков должна быть не более30 см, длина картавых оросителей и сбросов не более 500 м. |
Оснащаются водовыпуски (сбросы). Расход сооружения 40 л/с, диапазон гидравлического перепада 30 — 60 см. |
PAGE 8