In order to analyze and design control systems, we use quantitative mathematical characteristics of our links. The scheme with quantitative characteristics is shown on figure 6.
Чтобы проанализировать работу этой схемы, используем численные характеристики входящих звеньев. Схема с числовыми характеристиками представлена на рисунке 4.
SYSTEM №1Система №1
Figure 4 - MATLAB – model of the of smoker automation system under product temperature control
Рисунок 4 - MATLAB – модель системы автоматики коптильни при управлении по температуре продукта.
При включении модели дисплеи покажут конечные значения температуры плитки и продукта.
Figure 5 – Temperature transients under product temperature control.
Рисунок 5 - Графики переходных процессов при управлении по температуре продукта.
Temperature transients in links of the model are displayed on figure 5. We can see wide fluctuation in heater temperature which takes place till the moment of switching it off as a result of worming up the temperature sensor in the product. Overshooting runs as much as 5400. After temperature extreme up there is extreme down. Transient is damping and lasts for 50 model seconds (100 minutes of real time). The heater temperature reached 6300 that was though acceptable, but undesirable.
График изменения температуры звеньев показан на рисунке 5. На графике видно резкое повышение температуры плитки, пока не наступило ее отключение в результате прогрева датчика температуры, помещенного в продукт. Перерегулирование достигает 5400. За резким подъемом следует и резкое падение температуры. Переходный процесс устойчив и продолжается 50 модельных секунд (100 минут реального времени). Температура плитки поднималась до 6300С, что допустимо, но нежелательно: раскалённые плитки долго не живут.
***********
Temperature transients of air, walls and product have substantial oscillations as well. Their nature is in delay of slowly reacting product, where temperature sensor is placed. While product and sensor are slowly warming up, heater quickly raise their temperatures up to very high values. Then at last product and sensor temperatures reach set value and the heater is switched of. But residual heat energy from overheated air and heater proceeds rising product temperature. It comes to oscillations. Is it possible to damp them?
Переходные процессы по температуре воздуха, стенок аппарата, и продукта также имеют существенную колебательность. Причина этого явления заключается в запаздывании медленно реагирующего продукта, куда помещён термодатчик. Во время медленного прогрева продукта и датчика нагреватель быстро достигает больших значений температуры. Затем, наконец, продукт и термодатчик достигают заданной температуры и нагреватель автоматически отключается. Но остаточная тепловая энергия перегретых воздуха и плитки продолжает поднимать температуру продукта. Это приводит к колебаниям. Можно ли успокоить процесс и убрать колебания?
***********
Conclusion
Given example with the domestic appliance – smoker shows, that it is not right way for automatization - simple switching a regulator to an object. It needs to analyze dynamics of the whole system. As a result system may be complicated. Also a method of dynamic systems modeling is presented. The next part will explain mathematical formulas, used in models. They are TRANSFER FUNCTIONS.
Заключение
Приведенный пример с бытовой коптильней показывает, что нельзя автоматизировать процесс, просто подключив регулятор к объекту. Следует проанализировать динамику всей полученной системы в целом. Тогда может выясниться, что требуется что-то посложнее.
*********
QUALITY OF REGULATION RISING
Повышение качества регулирования
Notion of quality of regulation Понятие качества регулирования
В понятие качества могут входить различные показатели в зависимости от задачи. Это может быть перегулирование, т.е. пусковое превышение параметра, например, температуры при включении системы её регулирования. Это может быть колебательность системы, т.е. количество волн за время переходного процесса. Это может быть длительность переходных процессов. При сравнении систем предпочтение отдаётся тем, которые без больших колебаний быстро и точно выводят параметр на заданное значение. Таким образом, выбор вариантов автоматики делается по качеству работы систем.
Эксперимент и компьютерное моделирование показали, что пока продукт прогреется до заданной температуры, плитка сильно перегревается. Это служит причиной возникновения колебания температуры всех звеньев системы. Для устранения колебаний могут быть применены несколько способов. Ни один из них не является панацеей, но может помочь добиться желаемого результата при правильной настройке всей системы. Рассмотрим некоторые из них и подумаем, чем они могут помочь.
Methods of regulation quality rising
Способы улучшения качества регулирования
Если причиной является медлительность прогревания продукта, не проще ли регулировать температуру воздуха? Он прогревается быстрее, чем продукт и плитка не будет успевать сильно перегреваться.
SYSTEM №2 Система №2
Figure 6 –Model and temperature transients under air temperature control.
Рисунок 6 – Модель и графики переходных процессов при управлении по температуре воздуха.
Сравнение графиков 5 и 6 показывает, действительно, время прогрева воздуха меньше, чем продукта. Плитка успевает нагреться до меньшей температуре и в этом схема имеет преимущество. Однако время прогрева продукта значительно больше. В этом её недостаток. Здесь возможен компромисс.
SYSTEM №3 Система №3
Рассмотрим вариант управления по температуре плитки. Модель и графики переходных процессов при управлении по температуре плитки представлены на рисунке 7.
Figure 7 –Model and temperature transients under heater temperature control.
Рисунок 7 – Модель и графики переходных процессов при управлении по температуре плитки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.