Настройка регуляторов и подбор оптимальных параметров по заданным критериям путем моделирования систем

Содержание

Введение…………………………………………………………………………4

1. Теоретическая часть………………………………………………………….5

2. Практическая часть....……………………………………………………….. 8

2.1. Задание.………………………………………………………………….. 8

2.2. Исходные данные……………………………………………………….. 8

2.3. Определение значений τ, Т_0Э, К₀ с использованием переходной

характеристики…………………………………………………………..9

2.4. Определение значений K_p и T_и по номограмме для процесса

с 20%-м перерегулированием…………………………………………10

2.5. Получение переходных характеристик по управляющему

воздействию и по помехе……………………………………………....11

Заключение………………………………………………………………………14

Список использованной литературы…………………………………………..15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель курсового проекта  настройка регуляторов и подбор оптимальных параметров по заданным критериям путем моделирования систем.

При выполнении данной курсовой работы задачами являются:

- для заданного объекта  автоматизации составить структурную  схему системы и рассчитать  исходные параметры настройки  регуляторов;

- оценить качество  переходного процесса, выбрать оптимальные параметры настройки;

- провести моделирование работы системы с использованием программного пакета MATLAB при выбранных параметрах настройки и в окрестности этих параметров.

Исходные данные

Вариант	Объект автоматизации	Объем автоматизации	Регулируемый параметр и его номинальное значение	Постоянная времени
6	Красочный аппарат машины глубокой печати	Регулирование уровня краски, регулирование вязкости краски, регулирование оптической плотности оттисков	Оптическая плотность оттисков, D0= 1,0	1 мин

 

Исходные данные для  настройки регулятора

Предпоследняя цифра  шифра	6
T1/T0	0,35

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть

В курсовой работе объектом автоматизации является красочный  аппарат машины глубокой печати (рис.1). Рассмотрим, как он устроен.

Рис.1. Красочный аппарат  машины глубокой печати

а – принципиальная схема;

б – ракельное устройство.

В отличие от высокой печати, в которой печатающие элементы формы приподняты относительно пробельных, и плоской печати, в которой печатающие и пробельные элементы расположены практически в одной плоскости, но обладают избирательным восприятием печатной краски, в способе глубокой печати краска переносится на запечатываемую поверхность из углубленных по отношению к пробельным печатающих элементов (ячеек, полученных гравированием поверхности цилиндра).

В глубокой печати применяются  краски пониженной вязкости. В их состав входят летучий растворитель (в большинстве  случаев толуол) и связующие вещества с пигментами.

Простейшим способом заполнения краской растровых ячеек печатной формы глубокой печати является погружение формного цилиндра в заполненную краской емкость (рис. 1, a). Краска также может наноситься при помощи специального заборного валика, благодаря чему при высоких скоростях печати она не пенится и не разбрызгивается. Более низкая по сравнению с формным цилиндром скорость вращения погруженного в краску валика обеспечивает нанесение равномерного слоя краски. Специальные боковые диски предотвращают разбрызгивание краски у краев формного цилиндра, а стекающая с цилиндра краска собирается в кювету, расположенную под красочной емкостью (она регулируется по высоте). Из кюветы краска поступает в красочный бак, размещаемый перед печатной секцией. Здесь она перемешивается со свежей краской, фильтруется, при необходимости разбавляется растворителем и подается в красочную емкость.

Обязательным элементом  каждой печатной секции машин глубокой печати является ракельное устройство. Ракель служит для удаления краски с поверхности пробельных элементов печатной формы и, поскольку от его конструкции и работы существенно зависит качество оттиска, его часто называют «душой» глубокой печати. Ракель представляет собой тонкий нож из упругой стальной ленты, слегка изогнутый и закрепленный в держателе (рис. 1,б). Чуть ранее в красочных системах машин глубокой печати применялась конструкция, состоящая из более толстого опорного ракеля и «обычного» ракеля. Применяемые в настоящее время ракельные устройства позволяют отказаться от опорного ракеля и использовать ракель с более толстым и коротким полотном и скошенным лезвием (рис. 1,б), который крепится не в держателе ракеля, а в зажиме.

Включается и выключается ракельное устройство (пневматический или гидравлический привод) при помощи двух взаимосвязанных рычажных систем (рис. 1,a): поворот осей которых обеспечивает подъем, опускание и прижим ракеля, позволяя адаптироваться к формным цилиндрам любых размеров. Кроме того, поворотом нижней опоры ракельное устройство отводится при замене формного цилиндра.

Для того чтобы предотвратить изнашивание лезвия и «полошение», ракель должен совершать медленное возвратно-поступательное движение. Осевое перемещение ракеля осуществляется либо от вала привода через кривошипно-шатунный механизм, либо при помощи реверсивной червячной передачи от отдельного двигателя. Следует отметить, однако, что пока не найдено оптимального соотношения числа ходов ракеля (по отношению к оборотам формного цилиндра) и его траектории движения с тем, чтобы препятствовать «пробиванию» заточенной кромки ракеля инородными частицами.

Ракель относится  к быстро изнашивающимся элементам  печатной машины и требует регулярной замены (желательно перед каждым новым тиражом). При установке ракеля он выравнивается параллельно поверхности формного цилиндра. В современных системах это обеспечивается гидравлическим прижимным механизмом с системой выбора давления и функцией самовыравнивания. Угол установки ракеля, который во многом определяет качество печати, является контролируемым параметром при воспроизведении сложных оригиналов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Практическая  часть

2.1. Задание:

1. для заданного объекта автоматизации составить структурную схему системы и рассчитать исходные параметры настройки регулятора;
2. провести моделирование работы системы с использованием программного пакета MATLAB при выбранных параметрах настройки и в окрестности этих параметров;
3. оценить качество переходного процесса и выбрать оптимальные параметры настройки регулятора.

2.2. Исходные данные:

ПИ-регулятор

Т_о = 1 мин

Т₁/ Т_о=0,35

К_o = 1

Передаточная функция  объекта равна:

Передаточная функция  датчика:

Передаточная функция  ПИ-регулятора равна:

Диапазон настройки  регулятора:

=1÷10

=5÷2000с

 

Расчет предварительных  параметров настройки регулятора осуществляется по экспериментально снятой переходной характеристике и номограмме, учитывающей закон регулирования.

2.3. Определение значений τ, Т_0Э, К₀ с использованием переходной характеристики.

Переходную характеристику будем снимать, используя следующую  структурную схему:

Зная, что Т₁/ Т_о=0.35 и Т₀=1 мин, найдем Т₁:

Т₁=0,35 мин.

Подставляя исходные данные, мы получаем следующие передаточные функции:

 – передаточная функция  объекта.

 – передаточная функция  датчика.

С использованием программного пакета MATLAB смоделируем представленную выше структурную схему и снимем необходимые показатели с переходной характеристики.

К графику переходной характеристики проведем касательную в точке ее перегиба.

Переходная характеристика:

Рис. 2. График переходной характеристики

Найдем:

- время чистого запаздывания  τ;

- эквивалентную постоянную  времени Т_оэ.

В итоге получаем следующие  значения:

τ = 1,1;   Т_оэ = 1,9;   К₀=1

2.4. Определение значений K_p и T_и по номограмме для процесса с 20%-м перерегулированием.

Зная τ и Т_оэ, можно найти K_p и T_и, используя номограмму (рис. 3).

Рис. 3. Номограмма для  определения оптимальных параметров настройки ПИ – регулятора статических объектов (процесс с 20 %– ным перерегулированием)

τ/ Т_оэ=0.58

По номограмме определяем, что  , а .

Следовательно Т_и=1,98 с,

K_p=0,81

Передаточная функция  ПИ-регулятора принимает вид:

2.5. Получение переходных характеристик по управляющему воздействию и по помехе.

Составим структурную  схему (рис.4) системы автоматического регулирования:

Рис.4. Структурная схема  системы автоматического регулирования

Получим графики переходной характеристики (рис.5) при подаче в систему управляющего сигнала и помехи.

Рис.5. Графики переходных характеристик при подаче в систему управляющего сигнала и помехи

Исследуем сигнал по управляющему воздействию.

По графику видно, что переходная характеристика стремится к единице, то есть к значению управляющего сигнала. Ее максимальное значение не превышает значение 1.2, то есть укладывается в 20% коридор, и входит в 10% коридор при достижении t_рег=5,2 мин.

Перерегулирование

Время регулирования t_р=5,2c

Исследуем возмущающий сигнал.

Переходная характеристика стремится к 0. Ее максимальное значение превышает значения 0.2, то есть не укладывается в 20% коридор и в 10% после достижения t_рег.

Так как второй график не удовлетворяет требованиям, мы должны подобрать другие параметры, представленные ниже на структурной схеме (рис.6):

Рис.6. Измененная структурная  схема системы автоматического  регулирования

Рис.7. Графики переходных характеристик при подаче в систему управляющего сигнала и помехи при измененных параметрах

Теперь оба графика (рис.7) удовлетворяют требованиям и входят в заданный коридор.

Перерегулирование .

Время регулирования t_р=4,8 мин.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы мы ознакомились с практическими способами определения параметров настройки регуляторов и моделированием систем управления. Рассчитали значения параметров настройки регулятора при заданном законе регулирования, оценили качество регулирования и осуществили корректировку параметров настройки системы. Определенное по номограмме время изодрома (Т_и) оказалось подходящим для настройки регулятора, а соответствующая переходная характеристика при управляющем воздействии входила в 20% коридор, и перерегулирование составляло 17%.  Переходная характеристика возмущающего сигнала не укладывалась в 20% коридор, перерегулирование составляло 45%. После корректировки коэффициентов возмущающего сигнала перерегулирование составило 18%. Таким образом были получены оптимальные настройки ПИ-регулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Винокурова О.А., Нечаев А.В. Моделирование систем управления: Лабораторные работы. – М.: Изд-во МГУП, 2011.

2. Щербина Ю.В. Технические средства автоматизации. Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУП, 2008.