ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

В г. Смоленске

М.Г. БОБЫЛЕВ, А.В. БРЕДНИКОВ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К лабораторной работе №3

По курсу

«МЕТРОЛОГИЯ, СЕРТИФИКАЦИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

Смоленск 2016

УДК 621.1-52(076)

Б-72

Утверждено учебно-методическим советом филиала МЭИ в г. Смоленске в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по направлению 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»

Подготовлено на кафедре промышленной теплоэнергетики

Рецензент к.т.н., доц. филиала МЭИ в г. Смоленске В.С. Ковженкин

Б-72 Бобылев, М.Г., Бредников, А.В. Методические указания к лабораторной работе №3 по курсу «Метрология, сертификация, технические измерения и автоматизация теплоэнергетических процессов» [Текст]: методические указания / М.Г. Бобылев, А.В. Бредников – Смоленск: РИО филиала МЭИ в г. Смоленске, 2016. – 22 с.

Рассматривается описание лабораторного стенда, методика выполнения и обработки результатов исследования, контрольные вопросы к защите лабораторной работы и перечень литературы для самостоятельной подготовки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является:

· Изучение технической структуры и функционального состава типовой двухпозиционной системы регулирования со встроенным во вторичный измерительный прибор контактным устройством регулятора.

· Получение навыков в определении расчетным и экспериментальным путем параметров изменения регулируемой величины.

ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

Задание № 1. Изучить принципиальную схему ACР температуры электропечи. Выяснить назначение и взаимодействие ее основных элементов, органов настройки и контроля.

Задание № 2. Определить экспериментально характеристику разгона регулируемого объекта при ступенчатом возмущении.

Задание № 3. Определить расчетным и экспериментальным путем амплитуду и период автоколебаний регулируемой величины при работе системы в режиме симметричных колебаний и использовании самопишущего потенциометра в качестве регулирующего прибора.

Задание № 4. Определить расчетным и экспериментальным путем амплитуду, период и постоянную составляющую автоколебаний регулируемой величины в режиме несимметричных колебаний.

Задание № 5. Определить экспериментальным путем амплитуду и период автоколебаний регулируемой величины при работе системы в режиме симметричных колебаний и использовании микропроцессорного регулятора в качестве регулирующего прибора.

Задание № 6. Исследовать двухпозиционную систему автоматического регулирования в режиме неполного оттока энергии.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой АСР температуры электропечи на основе двухпозиционного контактного регулятора, встроенного в автоматический самопишущий потенциометр типа КСП4 (КСП). Общий вид лицевой панели лабораторного стенда представлен на рис. 3.1 и рис. 3.2.

Рис. 3.1. Общий вид лицевой панели лабораторного стенда

Рис. 3.2. Общий вид КСП-4

Обозначения на рис. 3.1 и рис. 3.2:

P1 – цифровой амперметр (используется в качестве основного прибора для измерения силы тока); P2 – аналоговый амперметр (используется в качестве индикатора); H1, H2 – индикаторы включенного состояния объекта и регулятора соответственно; S1 – ключ включения объекта; S2 – ключ включения регулятора; S3 – ключ переключения режима оттока энергии; S4 – переключатель типа регулирующего прибора; БУ – блок управления типа БУ-21; КСП – автоматический потенциометр типа КСП-4; ДУП – дистанционный указатель положения типа ДУП-М; ТРМ – измеритель-регулятор микропроцессорный двухканальный типа 2ТРМ1; 1 – задатчик скорости записи; 2 – каретка; 3 – рычаг; 4 – нижняя планка; 5 – тумблеры "Прибор" и "Диаграмма".

Вид сверху на задатчик регулятора, доступный при выдвижении прибора КСП нажатием на рычаг и перемещением нижней планки на себя, представлен на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Вид сверху на задатчик регулятора

Принципиальная электрическая схема стенда приведена на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Принципиальная электрическая схема стенда

Объектом регулирования является электрическая печь с нагревателем НЭ. Температура в пространстве печи измеряется двумя термопарами ТП1 и ТП2 гр. ХА, сигнал первой подается на автоматический потенциометр КСП, имеющий встроенный контактный регулятор – КР, сигнал второй – на измерительный вход микропроцессорного регулятора ТРМ. Выходные контакты электромагнитного реле ТРМ коммутируют ток через НЭ при управлении от ТРМ.

Напряжение на лабораторный автотрансформатор Т2. к которому подключена печь, подастся от сети через ключ S1, при этом загорается лампочка табло "объект включен" (H1). Напряжение от сети в печь контактного регулятора подается через ключ S2, при этом загорается лампочка табло "регулятор включен" (H2).

Напряжение на КСП подается через тумблер "Прибор" потенциометра.

Блок управления БУ, пусковое устройство ПУ, исполнительный механизм ИМ используются в данной схеме только для дистанционной установки начальной силы тока через нагреватель. В процессе регулирования они не участвуют.

В цепи регулятора с целью увеличения коммутируемою тока включено электромагнитное реле – К, размыкающие контакты которого (К.1 и К.2) включены в цепь нагревателя.

Диод VD обеспечивает неполный отток энергии при замыкании ключа S3 (при переводе его в положение "Неполный отток энергии") за счет исключения одного полупериода синусоиды.

Ключ S4 обеспечивает переключение регулирующего прибора (КСП либо ТРМ).

При управлении от КСП АСР работает следующим образом.

Если температура в электропечи имеет величину ниже заданной, контакты KР разомкнуты и катушка реле К обесточена, его размыкающий контакт находится в замкнутом состоянии, через нагревательный элемент печи протекает ток, температура в пространстве печи увеличивается. При достижении температурой ее заданного значения замыкаются контакты КР, срабатывает реле К и размыкает свои контакты в цепи нагревателя. Вызванное этим понижение температуры до ее заданного значения вызывает новое замыкание контакта К, что приводит к новому нарастанию температуры и т.д.

Таким образом, в процессе работы АСР регулируемая величина все время колеблется около своего заданного значения, т.е. наблюдаются устойчивые автоколебания регулируемой величины.

Для оценки качества регулирования представляют интерес амплитуда А и период Т этих колебаний, а также смещение средней линии колебаний а_о от заданного значения регулируемой величины (постоянная составляющая). Эти величины показаны на примерном графике изменения регулируемой величины (рис. 3.5).

В лабораторной работе для целей двухпозиционного регулирования помимо самопишущего потенциометра КСП используется микропроцессорный регулятор 2ТРМ1.

Измеритель-регулятор микропроцессорный 2ТРМ1 совместно с первичным преобразователем (в данном случае с термопарой) предназначен для измерения и регулирования физических параметров (в данном случае температуры), значение которой внешним датчиком может быть преобразовано в сигналы постоянного тока или напряжения. Далее эти сигналы аналого-цифровым преобразователем переводятся в цифровой код и используются для обработки и индикации. Коммутация тока через НЭ осуществляется контактами электромагнитного реле, встроенного в ТРМ.

Рис. 3.5. График изменения значения температуры

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Для определения параметров изменения регулируемой величины расчетным путем по характеристике разгона регулируемого объекта используется метод гармонического баланса.

Расчет базируется на следующих упрощенных предположениях:

- регулируемый объект при частотах автоколебаний, возникающих в системе, пропускает только первую гармонику этих колебаний;

- динамические свойства регулируемого объекта достаточно близки к свойствам последовательно включенных апериодического и запаздывающего звеньев, параметры которых определяются из характеристики разгона, как указано на рис. 3.6;

- зона возврата релейного элемента регулятора значительно меньше амплитуды автоколебаний, так что ею можно пренебречь.

Рис. 3.6. Кривая разгона объекта регулирования

В соответствии с принципом гармонического баланса, незатухающие колебания в системе состоящей из регулятора и регулируемого объекта (рис. 3.7, а) могут возникать в том случае, если при подаче на вход разомкнутой системы (рис. 3.7, б) гармонических колебаний с некоторой частотой и амплитудой на выходе устанавливаются колебания, совпадающие по амплитуде и фазе с входными.

При этом автоколебания регулируемой величины могут быть симметричными и несимметричными относительно заданного значения регулируемой величины.

Рис. 3.7. Замкнутая (а) и разомкнутая (б) системы регулирования

Статические характеристики регулятора показаны на рис. 3.8.

Выходные колебания регулятора имеют форму прямоугольной волны. С целью линеаризации характеристики регулятора за выходные колебания принимают первую гармонику его выходных колебаний.

Рис. 3.8. Статические характеристики регулятора для случая симметричных (а) и несимметричных (б) автоколебаний:

, – относительное изменение подвода тепла к объекту в процессе регулирования

Отношение первой гармоники выходных колебаний к гармоническому синусоидальному входному воздействию, записанное в комплексной форме, называют эквивалентным комплексным коэффициентом передачи нелинейного звена – . Ввиду безинерционности регулятора, этот коэффициент не зависит от частоты входных колебаний, а зависит только от их амплитуды – и значения величины .

Для случая несимметричных автоколебаний зависит, кроме того, от отношения:

где – время включения регулятора, c,

– период синусоидальных входных колебаний, c.

Условие существования автоколебаний определяется формулой:

, (1)

где – значение амплитудно-фазовой характеристики регулируемого объекта для частоты автоколебания .

При подстановке в формулу (1) конкретных значений комплексного коэффициента передачи нелинейного регулятора и амплитудно-фазовой характеристики объекта получены расчетные формулы, используемые в данной работе.

Вследствие линеаризации характеристики регулятора и аппроксимации динамической характеристики объекта регулирования, расчетные формулы являются приближенными. Значения расчетных величин, вычисленные по этим формулам, получаются завышенными по сравнению с экспериментальными.

Частота и амплитуда колебаний определяются следующими величинами:

· время транспортного запаздывания ;

· постоянная времени объекта (определяется инерционностью объекта);

· величина гистерезиса (смещение средней линии колебаний от заданного значения регулируемой величины) .

Для объектов с большой инерционностью (большим значением постоянной времени объекта ) и с малым запаздыванием регулирование происходит с постоянными колебаниями до 5-15% от задания.

· чем больше гистерезис , отношение − тем больше амплитуда колебаний.

· чем больше время запаздывания и постоянная времени объекта − тем больше период колебаний .

Точность регулирования технологического параметра, например, температуры, зависит от величины гистерезиса. Чем меньше гистерезис, тем точнее регулирование, но тем чаще включается нагреватель и тем самым больше износ коммутационных элементов (например, реле). Однако, для реальных объектов, обладающих большой инерционностью, частое включение нагревателя не характерно. Уменьшая гистерезис можно повысить качество регулирования до некоторого предела, определяемого параметрами объекта регулирования (тепловой инерцией, мощностью нагревателя, тепловой связью нагревателя и объекта и др.).

Выделяют несколько методов повышения качества двухпозиционного регулирования.

Метод неполного притока и оттока энергии.

Рассмотрим в общем случае систему автоматического регулирования объекта с самовыравниванием при двухпозиционном регуляторе с несимметричной статической характеристикой без зоны неоднозначности при наличии запаздывания в системе.

Диапазон колебаний регулируемой величины в этом случае запишется [1]:

, где

− коэффициент передачи;

− регулирующее воздействие регулятора, характеризующее приток энергии;

− регулирующее воздействие регулятора на объект, характеризующее отток энергии.

Для данного объекта , постоянная время и время запаздывания постоянны, поэтому величина может быть уменьшена только за счет уменьшения величины коммутируемой энергии регулятором и .

После достижения регулируемой величиной заданного значения для поддержания ее на заданном уровне, как правило, требуется энергии значительно меньше.

Для уменьшения положительной амплитуды колебаний целесообразно после вывода системы на режим уменьшить величину . Это достигается, например, при регулировании температуры электрической печи путем переключения нагревательных элементов с параллельного на параллельно-последовательное включение.

Таким образом, неполным притоком энергии можно уменьшить положительную амплитуду колебаний регулируемой величины.

Если при достижении регулируемой величиной заданного значения полностью прекратить подачу энергии в объект, то уменьшение регулируемой величины будет происходить быстро. По этой причине в связи с запаздыванием в системе отрицательная амплитуда колебаний будет иметь большое значение. Если при достижении заданной температуры подачу энергии полностью не прекращать, а только уменьшать на некоторую величину, то уменьшение регулируемой величины будет происходить медленнее и соответственно меньше будет отрицательная амплитуда колебаний регулируемой величины.

Таким образом, благодаря неполному притоку и оттоку энергии диапазон колебаний регулируемой величины уменьшается.

Метод неполного притока и оттока энергии является эффективным средством улучшения качества двухпозиционного регулирования. При этом также облегчается режим работы регулятора в связи с уменьшением величины коммутируемой им энергии.

Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование.

Двухпозиционное релейно-импульсное регулирование осуществляется регулятором, состоящим из двухпозиционного и импульсного устройств. Первое переключается в зависимости от входного сигнала регулятора. Импульсное устройство служит для формирования импульсов на выходе из регулятора, полярность и длительность которых зависят от полярности входного сигнала регулятора [1].

Полярность выходной величины двухпозиционного устройства противоположна полярности входного сигнала. Полярность выходной величины импульсного устройства совпадает с полярностью входного сигнала регулятора и постоянна по величине.

При поступлении от импульсной части регулятора воздействия, противоположного по знаку воздействию от двухпозиционной части, процесс изменения регулируемой величины в объекте замедляется, и ее отклонение от задания уменьшается.

Прерывистое двухпозиционное регулирование.

Одним из методов повышения качества регулирования в двухпозиционных САР является использование в них прерывистых двухпозиционных регуляторов. Структурная схема САР с данным регулятором приведена на рис. 3.9 [2].

Рис. 3.9. Структурная схема САР с двухпозиционным прерывистым

регулятором

ОУ – объект управления; ДР – обычный двухпозиционный регулятор;

Пр – прерыватель; УГ – управляющий генератор; z – входной сигнал объекта или системы регулирования; y – выходной сигнал объекта или системы регулирования; x_р – регулирующий сигнал; x_у – управляющий сигнал генератора; x_пр – сигнал прерывания; 𝜺 – сигнал рассогласования; y_здн– задающий сигнал; u = z-x_пр.– результирующий сигнал.

Процесс прерывистого двухпозиционного регулирования характеризуется частыми включениями регулятора и снижением амплитуды колебаний. При уменьшении периода следования управляющих импульсов мы получим процесс, где средняя амплитуда колебаний регулируемой величины очень мала, но число включений значительно возрастает.

Двухпозиционное статическое регулирование.

Структурная схема САР с двухпозиционным статическим регулятором приведена на рис. 3.10 [2].

Сигнал рассогласования определяется следующим образом: . Передаточная функция звена АЗ в данной схеме определяется по выражению: .

Рис. 3.10. Структурная схема САР с двухпозиционным статическим

регулятором

ОУ – объект управления; ДР – обычный двухпозиционный регулятор;

АЗ – апериодическое звено первого порядка; y_ос– сигнал обратной связи; u = z-x_р– результирующий сигнал.

Увеличение коэффициента обратной экспоненциальной связи приводит к резкому снижению амплитуды колебаний и, соответственно, к существенному увеличению общего количества включений рабочего органа за время эксперимента. Таким образом, изменяя значения параметров и корректирующего звена, можно значительно уменьшать амплитуду колебаний. При этом увеличивается число включений регулятора.

Двухпозиционное регулирование с дополнительным воздействием по первой производной.

Структурная схема двухпозиционной САР с дополнительным воздействием по первой производной показана на рис. 3.11.

Рис.3.11. Структурная схема двухпозиционной САР с дополнительным

воздействием по первой производной

ОУ – объект управления; ДР – обычный двухпозиционный регулятор; РДЗ – реальное дифференцирующее звено; y^’ – продифференцированный сигнал объекта; u = z-x_р– результирующий сигнал.

Сигнал рассогласования определяется следующим образом: . Передаточная функция РДЗ в данной схеме определяется по выражению: .

При использовании метода двухпозиционного регулирования с воздействием по первой производной амплитуда колебаний имеет небольшое значение, колебания симметричны относительно задания, при этом, не происходит значительного роста числа включений рабочего органа. Варьирование настроек дифференцирующего элемента в широких пределах не приводит к значительным изменениям качества процесса.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание № 1. Изучение стенда.

1. Рассмотреть лицевую панель стенда (рис. 3.1, рис. 3.2) и ознакомиться с расположением всех органов управления на стенде, выяснить их назначение. Изучить принципиальную электрическую схему АСР (рис. 3.4).

2. Проверить работоспособность стенда.

2.1. Вставить вилку сетевого шнура стенда в розетку. Открыть автоматический потенциометр КСП4. Убедиться, что на приборе установлена скорость записи 600 мм/час (задатчик скорости указан на рис. 3.1 и рис. 3.2). Включить тумблеры "Прибор" и "Диаграмма" (рис. 3.2). Выждать около двух-трех минут. Стрелка прибора должна показать значение температуры в помещении. При этом на диаграммной бумаге будет записано это значение. Тумблер "Диаграмма" выключить.

2.2. Поставить ключ S1 в положение "вкл." Должно высветиться табло "объект включен" Поставить ключ S2 в положение "вкл.". Должно высветиться табло "регулятор включен". Ключ S2 вернуть в положение "откл".

2.3. Включить цифровой амперметр Р1 кратковременным нажатием кнопки AUTO OFF POWER. В дальнейшем следует периодически повторять включение прибора P1, так как он имеет встроенный таймер автоматического отключения. С помощью блока управления БУ-21, пользуясь кнопками "больше" и "меньше", установить величину силы тока проходящего через нагреватель 0,7 А. Выждать время (около 30 мин.) пока температура в печи не примет новое установившееся значение (перестанет изменяться). Для удобства определения установившегося значения при температуре более 300 °С включить тумблер "Диаграмма". Здесь и в дальнейшем значения температуры определяются по прибору КСП. Зафиксировать значение температуры, показываемое прибором 2ТРМ1, соответствующее установившемуся состоянию, т.к. данное значение используется в опыте № 5.

Согласно заданию № 1 в отчете фиксируется:

1 Структурная схема взаимодействия основных элементов АСР (указать размерность сигналов на выходе блоков АСР).

2 Перечень основных элементов стенда с кратким указанием назначения.

Задание №2. Экспериментальное определение кривой разгона регулируемого объекта.

1. Убедиться, что регулируемая величина (температура в электропечи) приняла новое установившееся состояние (не изменяется во времени).

2. НЕЗНАЧИТЕЛЬНО качнуть каретку прибора (сделать отметку на бумаге) и, ОДНОВРЕМЕННО, ключ S1 перевести в положение "откл.". Выждать, пока температура в печи не снизится до ≈ 150°С. Тумблер "Диаграмма" выключить. Включить объект при значении силы тока 0,7 А.

3. Из полученной кривой разгона (после выполнения всех заданий и снятия диаграммной бумаги) определить динамические параметры объекта:

– время запаздывания, с;

– постоянную времени объекта, с;

– коэффициент передачи объекта, °С/ед.возмущ.

Порядок определения и ясен из рис. 3.6, где показан примерный вид кривой разгона. Касательная АВ к кривой разгона должна проводиться в точке ее перегиба. Коэффициент передачи определяется из формулы:

, (2)

где – установившееся отклонение температуры от се начального заданного значения, °С;

– величина ступенчатого возмущения, которую в данном случае удобно выражать в относительных единицах:

, (3)

где – изменение подвода тепла к нагревателю, произведенное во время проведения опыта:

– некоторая базовая величина подвода тепла.

Из последних двух формул следует, что относительное изменение подвода тепла может быть выражено с помощью формулы:

, (4)

где – некоторое базовое значение силы тока, А.

В качестве базовой величины силы тока можно принять 0,7 А, что соответствует подводу тепла в печь при заданном неизменном значении температуры в ней. В этом случае относительное изменение подвода тепла в опыте равно 1, так как = 0.

Согласно заданию № 2 в отчете фиксируются:

1. Кривая разгона объекта.

2. Расчет динамических параметров объекта.

Задание №3. Определение амплитуды и периода колебаний регулируемой величины в режиме симметричных колебаний при использовании КСП в качестве регулирующего прибора.

Симметричным режимом колебаний регулируемой величины называется такой режим работы АСР, при котором средняя линия колебаний регулируемой величины совпадает с ее заданным значением.

Симметричный режим возможен только тогда, когда величина подвода тепла к нагревателю при включенном контакте К вдвое больше величины подвода тепла, которое необходимо, чтобы регулируемая величина находилась на ее заданном значении. В нашем случае регулируемая величина находится на заданном значении при силе тока через нагреватель равной 0,7 А, т.е. при подводе тепла (при относительном подводе тепла равном 1).

Для того, чтобы иметь удвоенный, по сравнению с этим, подвод тепла, необходимо, чтобы при включенном контакте К через нагреватель протекал ток , величина которого находится из условия:

, (5)

т.е.

А.

Порядок проведения опыта следующий:

1. Определить из кривой разгона заданное (установившееся) значение температуры.

2. Установить стрелку задатчика регулятора (рис. 3.3) в потенциометре в положение, соответствующее заданному значению температуры, предварительно ослабив фиксатор задатчика (рис. 3.3) вращением против часовой стрелки, по окончании установки закрепить фиксатор вращением по часовой стрелке. Для обеспечения доступа к задатчику регулятора необходимо нажать на рычаг слева в нижней части передней панели КСП и потянуть за нижнюю планку внутренний блок КСП на себя (рычаг и нижняя планка обозначены на рис. 3.2). Заданное значение температуры соответствует установившемуся значению при .

3. С помощью блока управления БУ установить величину тока через нагреватель, равную 1 А.

4. Включить тумблер "Диаграмма" KCП4.

5. Убедиться, что ключ S4 находится в положении "КСП". Ключ S2 перевести в положение "вкл.".

6. Получить запись колебаний регулируемой величины в течение двух-трех периодов колебаний.

7. После окончания всех заданий и снятия диаграммной бумаги измерить амплитуду и период колебаний.

8. Полученные результаты сравнить с данными, найденными аналитическим путем из уравнений:

, (6)

, (7)

где А – амплитуда колебаний регулируемой величины.

Поскольку уравнение (6) трансцендентное, можно применить графический метод решения. Уравнение представить в виде:

Составить таблицу:

F₁, F₂ T, c
0	–	–
20	–	–
40	–	–
–	–	–
–	–	–
200	–	–

Вычислить значения F в долях π и занести в таблицу. Для области, где F ₁ ≈ F ₂ , построить графики F ₁ и F ₂ в зависимости от периода колебаний Т. В точке пересечения F ₁и F ₂ определить искомую величину Т.

Зад a ние № 4. Определение амплитуды, периода и смещения средней линии колебаний регулируемой величины в режиме несимметричных колебаний при использовании КСП в качестве регулирующего прибора.

Несимметричным режимом колебаний регулируемой величины называется режим, при котором средняя линия колебаний не совпадает с заданным значением регулируемой величины. Как правило, системы двухпозиционного регулирования работают в несимметричных режимах.

Порядок проведения опыта следующий:

1. Дождаться очередного включения тока через НЭ.

2. С помощью блока управления БУ установить силу тока через нагреватель равную 1,3 А.

3. Зарегистрировать два-три периода колебаний регулируемой величины.

4. После окончания всех заданий и снятия диаграммной бумаги из кривой процесса регулирования найти экспериментальные значения А и a _о (a _о – смещение средней линии от заданного значения в °С).

5. Найденные результаты сравнить с данными, полученными аналитическим путем с помощью формул:

, (8)

, (9)

где – относительная величина подвода тепла в нагреватель, определяемая по формуле:

А.

Зад a ние №5. Определение амплитуды и периода колебаний регулируемой величины в режиме симметричных колебаний при использовании 2ТРМ1 в качестве регулирующего прибора.

Порядок проведения опыта следующий:

1. Осуществить вход на первый уровень программирования 2ТРМ1 кратковременным нажатием кнопки ПРОГ.; пользуясь кнопками "больше" и "меньше" на приборе 2ТРМ1, установить заданное значение температуры, зафиксированное на ТРМ в опыте №1. Выйти из режима программирования, четыре раза нажав кнопку ПРОГ. либо дождавшись автоматического выхода.

2. Дождаться очередного включения тока через НЭ.

3. С помощью блока управления БУ установить силу тока через нагреватель, равную 1 А.

4. Перевести переключатель S4 в положение "ТРМ"

5. Зарегистрировать два-три периода колебаний регулируемой величины.

6. После окончания всех заданий и снятия диаграммной бумаги из кривой процесса регулирования найти экспериментальные значения А и a _о (a _о – смещение средней линии от заданного значения в °С).

7. Найденные результаты сравнить с данными, полученными в задании №3.

Задание № 6. Исследовать двухпозиционную систему автоматического регулирования в режиме неполного оттока энергии, оценить эффективность данного режима.

Порядок проведения опыта следующий:

1. Дождаться очередного включения тока через НЭ и перевести переключатель режима оттока энергии S3 в положение "Неполный отток энергии".

2. Зарегистрировать два периода колебаний регулируемой величины.

3. Перевести переключатель S3 в положение "Полный отток энергии".

4. Выключить КСП (перевести тумблеры "Диаграмма" и "Прибор" в положение "откл."), ключ S2 перевести в положение "откл.", с помощью БУ установить ток через НЭ менее 1 А (например, 0,7 А), ключ S1 перевести в положение "откл.", вернуть ключ S4 в положение "КСП", отключить цифровой амперметр А1 кратковременным нажатием кнопки AUTO OFF POWER, вытащить вилку сетевого шнура из розетки, снять диаграммную ленту под контролем преподавателя.

Определить значения амплитуды и периода колебаний и сравнить их со значениями, полученными в результате выполнения задания №5.

Согласно заданиям 3,4, 5 и 6 в отчете фиксируются:

1. Диаграммная бумага с записью процессов регулирования.

2. Экспериментальные величины А, Т, a _о.

3. Расчетные формулы, таблицы, графики и значение А, Т, a _о, полученные аналитически.

4. Сравнение экспериментальных и аналитически полученных данных. Расчет погрешности теоретического определения А, Т, a _о.

5. Расчет абсолютной и относительной погрешности АСР в симметричном, несимметричном режимах работы и при режиме неполного оттока энергии.

б. Выводы об эффективности и точности работы АСР, о результативности применения метода гармонического баланса для расчета параметров процесса регулирования, об эффективности метода неполного оттока энергии.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких основных элементов состоит АСР?

2. Какой тип регулятора применяется в данной АСР и какие статические характеристики он имеет?

3. Какой вид имеет кривая разгона изучаемого объекта регулирования, какими динамическими звеньями она может быть аппроксимирована?

4. Каким образом можно определить, что объект регулирования находится в установившемся состоянии? Как определяется задание регулятору?

5. Что такое ступенчатое возмущение на объект и каким образом его можно нанести в изучаемой системе? Какова величина возмущения?

6. Как записывается условие существования автоколебаний для разомкнутой АСР по методу гармонического баланса? Каковы модуль и фазовый сдвиг в случае автоколебаний?

7. Что такое эквивалентный комплексный коэффициент передачи нелинейного звена?

8. Каковы условия возникновения симметричного и несимметричного режимов работы двухпозиционной АСР?

9. Чем объяснить расхождение между значениями величин параметров процесса регулирования, полученными аналитически и экспериментально?

10. В каких случаях применяются на практике позиционные системы регулирования? Приведите примеры позиционных систем регулирования, применяемых в бытовой технике.

11. Перечислите способы повышения качества двухпозиционного регулирования.

12. В чем заключается метод неполного оттока энергии?

13. Наблюдается ли улучшение ли качества регулирования при применении микропроцессорного регулятора 2ТРМ1?

14. Чем объясняется расхождение между значениями температуры в показаниях 2ТРМ1 и КСП4?

ЛИТЕРАТУРА

1. Клюев А.С. Двухпозиционные автоматические регуляторы и их настройка. – М.: Энергия, 1967.

2. Чупин, А.В., Пачкин, С.Г. Методические указания по дисциплине «Автоматизация пищевых производств» для студентов, обучающихся по специальности 220301 «Автоматизация пищевых процессов и производств», всех форм обучения: методические указания / А.В. Чупин, С.Г. Пачкин – Кемерово: КемТИПП, 2008.

СОДЕРЖАНИЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ……………………………………………………………………3

ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ………………………………………………………….3

ОПИСАНИЕ СТЕНДА……………………………………………………………3

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ……………………………...7

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ…………………………………………14

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ…………………………………………………...20

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………...21

Учебно-методическое издание

Бобылев Михаил Георгиевич, Бредников Андрей Викторович

Методические указания к лабораторной работе №3 по курсу «Управление, сертификация и инноватика»

Технический редактор М.А. Андреев

Корректор Л.И. Чурлина

Темпплан издания филиала МЭИ в г. Смоленске, 2016, метод.

Подписано в печать . .2016 г.

Формат 60×84¹/₁₆. Тираж 30 экз. Печ. л. 1,5. Усл. печ. л. .

Издательский сектор филиала МЭИ в г. Смоленске,

214013 г. Смоленск, Энергетический проезд, 1.

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 33; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!