Регулирование химического реактора с перемешивающим устройством, в котором протекает экзотермическая реакция

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра систем автоматизации

                                                 КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Теория автоматического управления»

                                                                                              Выполнил: ст. гр. АТП – 03

                               Мантров М.Ю.

                                                                                               Проверил: д. т. н., профессор

                           Мышляев Л. П.

Новокузнецк 2006

Содержание

1.Выбор объекта автоматизации_____________________________________

2.Синтез и анализ САР по возмущению_______________________________

3.Синтез и анализ типовой САР_____________________________________ 

3.1.Постановка задачи синтеза типовой САР_________________________

3.2.Выбор закона регулирования___________________________________

3.3.Проверка устойчивости системы________________________________

3.4.Чувствительность системы к вариациям динамических параметров объекта_  

3.5.Оценка качества регулирования типовой САР____________________

4.Выбор и анализ прогнозирующей САР _____________________________

4.1.Описание САР Смита_________________________________________

4.2.Построение переходных процессов и определение их параметров___

4.3.Влияние вариаций параметров объекта на показатели качества регулирования_ 

Заключение______________________________________________________

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРА ТУРЫ________________________________

1 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим объект регулирования - химический реактор с перемешивающим устройством, в котором протекает экзотермическая реакция (рис. 1). Температура в реакторе должна находится на некотором постоянном уровне , при котором химическая реакция протекает наилучшим образом.

В основном управление данным объектом осуществляется по каналу регулирования «расход хладоагента — температура в реакторе».

Пусть основной канал регулирования—«расход хладагента- температура в реакторе» — аппроксимируется одним апериодическими звеном первого порядка с запаздыванием. Запаздывание обусловлено временем движения хладогента от подающего устройства до реактора.

;

где T₁—  постоянная времени основной тепловой емкости реактора -коэффициент передачи, -время транспортного запаздывания, при этом T₁ =3 мин,    =10 =2 мин. С учетом значений параметров модель будет иметь вид:

1)датчик температуры, 2) регулирующий клапан,

3) датчик расхода газа   4) датчик влажности

Рисунок 1- химический реактор с перемешивающим устройством

1.2 Модель погрешности измерений

При измерениях всегда присутствует погрешность. Погрешность можно охарактеризовать как отклонение  результата измерения Х_изм. от истинного значения Х_ис измеряемой величины.

Погрешность измерения складывается из множества составляющих погрешностей: систематической погрешности, инструментальной погрешности, методической погрешности и т.д.

Относительная  погрешность измерения температуры с помощью датчика температуры составляет  ,  погрешность датчика измерения расхода , погрешность датчика влажности  .   

1.3.  Модель исполнительного механизма

Исполнительный механизм в системе представлен регулирующим клапаном. Расходная характеристика клапана представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Расходная характеристика регулирующего органа

Из графика видно, что при  открытии клапана на 0-12 % и 75-100 % зависимость расхода от процента открытия имеет нелинейный характер. Этот факт связан с конструктивными особенностями регулирующего органа. Данные участки не являются рабочими, т.е. при нормальном функционировании системы автоматического процент открытия регулирующего органа должен составлять 12-75%.

1.4.  Внешние контролируемые и неконтролируемые воздействия

Данный объект подвержен воздействию внешних контролируемых и неконтролируемых воздействий. К внешним контролируемым воздействиям можно отнести содержание в подающейся  реакционной смеси водяного пара.  Модель этого воздействия представлена инерционным звеном первого порядка:

,

Где -коэффициент передачи,   мин - время инерции, =2 мин-время запаздывания.

2. Синтез и анализ САР по возмущению

3.1. Постановка задачи структурного и параметрического синтеза

Дано:

1.  Математическая модель объекта регулирования в виде передаточной функции.

2.  Математическая модель внешних контролируемых возмущений в виде передаточной функции

3.  Набор структур типовых САР по возмущению

4.  Требуется:

1.  Выбрать из заданного набора структуру САР по возмущению.

2.  Определить параметры законов регулирования;

3.  Построить переходные процессы и определить их показатели;

4.  Определить влияние вариаций параметров объекта на показатели качества регулирования.

2.1 Синтез структуры и параметров САР по возмущению.

Рассмотрим объект управления в виде структурной схемы, представленной