Настройка параметров одноканального регулятора температуры прецизионной электрической печи сопротивления (ЭПС) периодического действия

Лабораторная работа №2

по дисциплине «Локальные САР»

Цель работы: приобретение навыков настройки параметров одноканального регулятора температуры прецизионной  электрической печи сопротивления (ЭПС)  периодического действия.

Задачи работы.

1.  Приобрести навыки математического моделирования локальной САР на примере прецизионной ЭПС периодического действия.

2.  Определить параметры объекта регулирования исходя из анализа его  переходной характеристики возле номинального режима.

3.  Определить параметры настройки ПИ-регулятора исходя из того, что основное возмущение в системе происходит при внесении детали в печь (снижение температуры, изменение инерционности системы), а при стабилизации температуры допустимо 20% перерегулирование.

Средства для выполнения работы - математическое моделирование системы с использованием графической оболочки Simulinkв вычислительной среде MatLab версии 5.3.

Загрузка пакета осуществляется с рабочего стола системы Windows, а вызов графической оболочки - набором команды Simulink3, либо пиктограммой.

В качестве шаблона для работы используется блок-диаграмма модели, выдаваемая преподавателем.

          Общие сведения

Схема электрическая принципиальная моделируемой САР представлена рис.1.

Прототипом для исследуемой модели служит установка с лабораторной печью сопротивления небольшой мощности.

Изменение мощности нагревателей в ЭПС осуществляется за счет изменения угла отпирания встречно-параллельно включенных тирристоров в силовом блоке (БТ). Для синхронизации работы БТ с блоком управления тирристорами (БУТ) последний подключается к напряжению силовой сети.  Регулятор (Р)необходимо включать в сеть таким образом, чтобы на его работу не влияли колебания сети. Реально это производится от другого фидера питающей подстанции.

Система управления представлена блок-диаграммой согласно рис..2. Блок уставки напряжения, индикаторные и регистрирующие приборы позволяют получить переходные характеристики загруженной и незагруженной ЭПС.

При выполнении работы параметры системы оговариваются для каждой бригады.

Нелинейность объекта управления обусловлена квадратичной зависимостью мощности ЭПС от напряжения и обратно пропорциональной зависимостью от сопротивления спирали нагревателей. Сопротивление нагревателей линейно зависит от температуры. Определенную нелинейность вносит регулятор напряжения тирристорный: действующее значение напряжения нелинейно зависит от напряжения управления. Указанные зависимости учтены  в математической модели ЭПС. На рис.3 приведена схема блока для расчета мощности, а на рис. 4 – для определения сопротивления спирали в нагретом состоянии (вложенность обеспечивается использованием из библиотеки Simulink блока Subsystem).

Свойства тиристорного регулируемого источника питания заданы параметрически (табулированными характеристиками с помощью блока LookUpTable).

С учетом изложенного для решения второй задачи необходимо определить коэффициент передачи объекта управления, время переходного запаздывания и эквивалентную постоянную времени объекта управления (ОУ)[1].

Коэффициент передачи объекта для перегрева  и определяется в безразмерной форме. С учетом малых приращений в окрестностях рабочей (номинальной) точки он рассчитывается по о условию:

Для определения параметров настройки регулятора кроме k_об необходимо в окрестностях рабочей точки получить переходную характеристику объекта управления. Для этого необходимо настройку модели объекта управления (см. рис. 2) выполнить таким образом, чтобы для начальной уставки напряжения объект вышел бы в предварительный установившийся режим (например, начальное значение напряжения не выходе регулятора 0.4 В, конечное 0.42 В, время действия первого напряжения 10 с, а затем происходит подъем напряжения вследствие ввода в действие второй ступеньки. Для того, чтобы определить эквивалентную постоянную времени объекта , необходимо с применением модифицированной Вами схемы, выполнить моделирование разогрева печи с учетом инерции детали и без неё.