Проект автоматизации насосной станции рудника для донасыщения анолита в скважинах в ОАО «Саянскхимпласт»: Пояснительная записка, страница 10

Дифференциальное уравнение, описывающее объект, будет иметь вид

                                        .                                               (2.17)

В соответствии с (2.17) запишем передаточную функцию объекта

                                        .                                                (2.18)

2.6.4.3 Инструментальная модель объекта регулирования

Реализовать модель будем в пакете MATLAB, при этом воспользуемся инструментом визуального моделирования SIMULINK.

Инструментальная модель объекта регулирования представлена на   рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 –  Инструментальная модель трубопровода

2.6.4.4 Модель системы автоматического регулирования расхода

Структурная схема САР расхода представлена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 –  Структурная схема САР расхода

Условные обозначения, отображенные на рисунке, расшифровываются ниже.

ОР – объект регулирования;

СУ – согласующее устройство;

НО – нуль орган;

ПИД – ПИД-регулятор;

ИМ – исполнительный механизм;

РО – регулирующий орган;

– величина возмущающего воздействия (расход воды на входе);

– величина регулируемого параметра (расход воды на выходе);

∆– сигнал рассогласования;

U – сигнал регулятора;

P₁– давление перед регулирующим органом;

– степень открытия клапана;

З – задатчик.

В соответствии со структурной схемой разработаем модель САР расхода (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 –  Модель САР расхода

Блок Truba представлен на рисунке 2.5.

Блок Rashodomer представлен на рисунке 2.8. И представляет собой инструментальную модель расходомера. На выходе блока формируется сигнал 4-20мА, в соответствии с пределами измерений расходомера (0–0,0010277м³/с).

Рисунок 2.8 –  Блок Rashodomer

Блок PID представлен на рисунке 2.9. И представляет собой модель ПИД–регулятора. На выходе блока формируется сигнал 4-20мА. Блок реализует передаточную функцию

                                        .                                                (2.19)

Рисунок 2.9 –  Блок PID

Блок zad=mun представляет собой номинальное значение степени открытия клапана, выраженное в mA. Результат суммирования этого значения с сигналом от  ПИД-регулятора представляет собой сигнал управления на позиционер (U, mA).

Блок Pozitioneer представлен на рисунке 2.10. И представляет собой модель позиционера. На выходе блока формируются сигнал «открыт/закрыт», давление воздуха на притоке к МИМ. Принцип действия позиционера следующий: при отклонении сигнала задания от текущей степени открытия клапана на величину большую, чем зона нечувствительности, позиционер либо подает воздух на МИМ, либо выпускает в атмосферу. Блок Relay исполняет роль зоны нечувствительности позиционера, в которой положение клапана не будет изменяться.

Рисунок 2.10 –  Блок Pozitioneer

Блок Положение представлен на рисунке 2.11. И представляет собой модель датчика положения. На выходе блока формируются сигнал – степень открытия клапана, выраженный в миллиамперах.

Рисунок 2.11 –  Блок Положение

Блок MIM представлен на рисунке 2.12. И представляет собой модель исполнительного механизма. На выходе блока формируется степень открытия штока. В зависимости от расхода (приток или отток) воздуха на МИМ (Q) изменяется нормальный объем воздуха в МИМ (Vnorm). В зависимости от величины объема воздуха изменяется давление в ИМ (Pmim), как следствие – степень открытия клапана (mu).

Рисунок 2.12 –  Блок MIM

Блок Rashod КИП представлен на рисунке 2.13. На выходе блока формируется параметр – расход воздуха КИПиА через позиционер.

Блок RO представлен на рисунке 2.14. И представляет собой модель регулирующего органа. На выходе блока формируется расход воды, через регулирующий орган. Расход зависит от давления на входе РО (P1), давления на выходе РО (P2) и степени открытия клапана (mu).

Блок Rashod voda представлен на рисунке 2.15. На выходе блока формируются сигнал – расход воды, через регулирующий орган.

Рисунок 2.13 –  Блок Rashod КИП

Рисунок 2.14 –  Блок RO

Рисунок 2.15 –  Блок Rashod voda

Блок zad=Qn (рисунок 2.7) формирует задающий сигнал, подаваемый на нуль орган (сумматор), соответствующий номинальному значению расхода, выраженный в миллиамперах.

Блок Perereg (рисунок 2.7) рассчитывает перерегулирование и статическую ошибку переходного процесса. Является информативным во время исследования модели системы.

2.6.4.5 Результаты моделирования

Исследование модели происходило по переходным процессам (рисунки 2.16..2.19). В связи с тем, что задание для регулятора может изменяться (регулятор находится в составе каскадного регулятора), проводилось исследование при различных значениях задатчика (максимальным и минимальным [23]).

Рисунок 2.16 – Переходный процесс при настройке P=1; I=0; D=0

Рисунок 2.17 – Переходный процесс при настройке P=15; I=0; D=0

Рисунок 2.18 – Переходный процесс при настройке P=10; I=0,5; D=0

Рисунок 2.19 – Переходный процесс при настройке P=3,3; I=0,15; D=0

Результаты исследований модели представлены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 –  Результаты исследований модели

P	I	D	Время регули-рования	Перерегу-лирование, %	Статичес- кая ошибка, %	Примечания
1	0	0	–	0	6,3	Большая статическая ошибка
15	0	0	9,5	12,54	2,5	Наблюдаются затухающие колебания частоты
15	0,5	0	17,5	20,81	≈ 0	Сильно затухающие колебания, большое значение перерегулирования
3,3	0,15	0	17,9	0,10	≈ 0	Отсутствует статическая ошибка

2.6.4.6 Обсуждение результатов моделирования

В результате проведенных исследований можно сделать выводы:

-  приемлемым регулятором можно считать ПИ-регулятор;

-  приемлемыми параметрами настройки можно считать: P = 3,3, I = 0,15.

2.6.5 Моделирование системы автоматического регулирования концентрации соляной кислоты