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
Данное техническое задание распространяется на разработку и испытание системы автоматического управления процессом копчения продуктов. Основной целью функционирования данной системы является регулирование температуры, которая должна подняться до определенного значения для осуществления процесса горячего копчения.
Основанием для разработки является задание на курсовой проект по дисциплине «Теория автоматического управления».
Тема: «Разработка САУ процессом копчения продуктов».
1.3 Технические требования
1.3.1. Технические параметры:
Окончательные требования к потребляемой мощности, чувствительности и инвариантности системы уточняют в процессе разработки.
1.3.2. Принцип работы
Продукты (например, рыба) вручную укладываются в коптильную камеру. Далее на ТЭН подается напряжение, и он начинает нагревать температуру в камере до 120 о С и поддерживать эту температуру в течение необходимого времени. При этой температуре и происходит процесс горячего копчения.
1.3.3. Требования к надежности
Требования к надёжности согласно ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники».
Средняя наработка на отказ, не менее 20000 ч
Средняя наработка на сбой, не менее 5000 ч
Среднее время на восстановление работоспособности, менее 2 ч
Средний срок службы с учетом проведения восстановительных
работ, не менее 10 лет
Коэффициент технического использования, не менее 0.95
1.3.4. Условия эксплуатации
Условия эксплуатации согласно ГОСТ 21552-84 «Средства вычислительной техники» и ГОСТ 25467-82 «Изделия электронной техники».
Климатическое исполнение и категория изделия – УХЛ4.2.
Температура окружающего воздуха от -45 до +40 ºC
Относительная влажность(при 35ºC) от 40 до 90%
Атмосферное давление от 84 до 107 кПа
Группа исполнения изделия по стойкости к механическим факторам – М1.
Диапазон вибрационных нагрузок от 1 до 35 Гц
Амплитуда ускорения 5 м/с2
2.1 Обзор литературы
Рынок рыбных продуктов в России – один из наиболее динамично развивающихся и перспективных и характеризуется неизменно растущим покупательским спросом. Это вполне объяснимо, потому что кроме несомненных вкусовых достоинств рыбопродукты обладают огромной биологической ценностью: рыба содержит множество полезных микроэлементов, белки легко усваиваются организмом человека, рыбий жир включает в себя большое количество незаменимых полиненасыщенных кислот.
Богатство водных ресурсов нашей страны позволяет значительно расширить ассортимент рыбопродуктов. Чтобы производить продукт отменного качества и при этом добиться ощутимого снижения себестоимости, необходимо активно внедрять современные средства автоматизации.
Одним из основных видов переработки рыбы является копчение: горячее и холодное. Качество конечного продукта зависит от предварительной подготовки рыбы, плотности дыма и соблюдения необходимого температурного режима. Для автоматизации процесса копчения в камерах изготовления рыбных деликатесов широко используется универсальный двухканальный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ151.
К задачам, которые необходимо решить при разработке системы, относятся:
2.2.Обоснование выбора элементов системы
В состав системы входят: трубчатый электронагреватель, датчик температуры.
Выбор ТЭН
Для постепенного нагрева воздушной среды в коптильной камере выберем ТЭН мощностью 1 кВт и напряжением 380 В.
Выбор датчика температуры
Основной критерий для выбора датчика – возможность работы при высоких температурах. Первичный измерительный преобразователь ТТ-2000 РТ100 может работать даже при 200о С, поэтому удовлетворяет нашему требованию.
3.1 Математическое описание системы
Структурная схема системы:
Передаточные функции звеньев:
- апериодическое звено
- коэффициент чувствительности
Т=3 – период срабатывания датчика
Преобразуем:
Заменим ,
Получаем дифференциальное уравнение:
Запишем уравнение теплового баланса для коптильной камеры с учетом внешних воздействий:
Запишем уравнение теплового баланса для воздуха в коптильной камере:
Система испытывает внешнее воздействие. Температура воздуха внешней среды изменяется каждые 15 минут:
Подставляя коэффициенты:
- удельная теплоемкость стали,
- удельная теплоемкость воздуха,
- масса камеры,
- масса воздуха внутри камеры,
- масса воздуха вне камеры
И заменяя переменные:
Получаем систему дифференциальных уравнений в нормальной форме Коши и добавим в уравнение зависимости датчика и исполнительного устройства закон управления, который необходимо найти:
3.2 Метод АКАР
Выберем нелинейную макропеременную, причем нелинейность обусловим переменным температуры:
Продифференцируем макропеременную:
Основное функциональное уравнение имеет вид:
Подставив в это уравнение производную макропеременной и макропеременную, найдем закон управления:
Подставим найденный закон управления в исходную систему и линеаризуем ее:
Составим матрицу А:
Найдем определитель матрицы , приравняем его к нулю и найдем корни характеристического уравнения. Выберем переменные так, чтобы корни этого уравнения были отрицательны:
3.3 Анализ основных характеристик синтезированной системы
Синтезированная система с регулятором и наблюдателем имеет следующие технические характеристики:
Время переходного процесса 90 с
Величина перерегулирования 0
Ошибка в установившемся состоянии 0
Запас устойчивости по фазе ∞
Запас устойчивости по модулю ∞
В результате синтезированная САУ с регулятором отвечает всем техническим требованиям, заданным в техническом задании.
3.3 Проверка системы на инвариантность
Для проверки синтезированной системы на инвариантность подадим на объект управления возмущение. Структурная схема с графиком переходного процесса, смоделированного в программе VisSim, приведена в приложении. По графику можно увидеть, что величина ошибки, вызванной внешними воздействиями стремится, к нулю и время затухания ошибки меньше времени переходного процесса. Это означает, что система инвариантна.
В ходе курсового проектирования были рассмотрены различные варианты построения разработанной системы. После проведения анализа было выбрано решение, которое наиболее точно соответствует требованиям технического задания.
Подводя анализ технического предложения, можно заметить, что система автоматического управления процессом копчения продуктов инвариантна к внешним возмущениям, удовлетворяет требуемым параметрам, также отвечает показателям качества.
TS+1
ПИП
U(x)
ТЭН
Uвх=20 В
+
k
ТОУ
K1
T
-