Исследование САР температуры бойлера. Поведение системы при изменении ее параметров. Описание бойлера

Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ САР ТЕМПЕРАТУРЫ БОЙЛЕРА

Цель работы:ознакомиться с построением нелинейной САР. Изучить поведение системы при изменении ее параметров.

Описание бойлера

Описание работы системы

Бойлер предназначен для подогревания воды до заданной температуры и её поддержания в процессе работы системы. Система состоит из нагревателя, бойлера (бак, с теплоизоляционным покрытием), а также датчиков температуры, определяющих уставки (пределы), в которых должна поддерживаться температура воды в бойлере. Нижняя уставка, при которой нагреватель начинает работу, и верхняя, при которой процесс нагрева воды прекращается.

В начальный момент времени включается нагреватель и продолжает работать  до достижения заданной максимальной температуры, тогда он отключается. С течением времени вода в бойлере остывает из-за потерь тепла  через стенки бойлера, и поступления холодной воды взамен израсходованной горячей воды. При достижение минимальной температуры включается нагреватель, и процесс повторяется.

Переходные характеристики

Рисунок 1 – Структурная схема системы поддержания температуры воды в бойлере.

Рисунок 2 – Статическая характеристика “релейный элемент с гистерезисом”.

Релейный элемент управляет включением и отключением нагревателя.

Передаточная функция линейной части бойлера, включая нагреватель, имеет вид:

, где К – коэффициент усиления на входе.

Так К определяется из экспериментальных данных. В бойлере вода нагревается на 60^о  за 1 час. Передаточной функции  соответствует уравнение . Отсюда k=60 С ^о/час. Примем 1 час реального времени за 1 секунду модельного времени. Тогда k=60 С ^о/сек.

Описание модели без запаздывания.

В начальный момент времени подает напряжение, выполняя роль Источника нагрева.

Это значение напряжение суммируется со знаком минус с заданным возмущением, означающим поступление холодной воды (т.е расход горячей воды). Получившееся значение подается на Объект нагрева, обозначенный в схеме интегрирующим звеном. Переходная функция интегрирующего звена имеет вид как показано на рис.

Вся линейная часть нелинейной системы охвачена обратной связью, замкнутой на перемножитель. В обратную связь включен релейный элемент с заданными уставками колебаниями температуры. Пока температура находится в заданных пределах – реле находится во включенном состоянии. Как только температура превышает верхнюю уставку, как реле выключается (на перемножитель подается нулевой сигнал), и нагреватель выключается. В течение некоторого времени вода остывает, и при достижении нижней уставки – реле включается, запуская процесс нагрева заново.

Выполнение лабораторной работы

1.  Модель без запаздывания

1.1.  Построение схемы бойлера

Откройте файл ЛР4_Схема_1_Бойлер.mrj с пультом управления. Постройте в файле схему как показано на рис. 3.

Рисунок 3 – Модель бойлера без запаздывания

Задайте параметры системы:

1) Мощность источника нагрева 1 кВт (Время - 0, Y0 -1, YK - 1);

2) Начальная температура 20^о (задать как начальное условие интегратора);

3) Нагревать до 60 ^о, нижняя уставка 55 ^о ;

4) Коэффициент усиления интегратора – 40;

5) Параметры сумматора: 1 -0.30;

6) Потребление холодной воды – случайный нормальный процесс,

Нижнее значение 0,05 – потери тепла через стенку бойлера,

Верхнее значение 0,05+1  (обычное потребление),

0,05+2 (увеличенное потребление).

1.2 Создание связи схемы с пультом

Задайте имена внешних сигналов (по отношению к структурной схеме). Внешние сигналы позволяют передать информацию об управлении с виртуального пульта управления в структурную схему Проекта.

Для этого переместите курсор на свободное место в схемном окне и выполните однократный щелчок правой клавиши «мыши»: откроется дополнительное командное меню схемного окна.  В этом меню щелчком левой клавиши «мыши» необходимо выбрать опцию Внешние сигналы: откроется диалоговое окно Входные сигналы модели. Переместите курсор на кнопку с красной стрелкой  ¬  в верхнем правом угле окна и выполните три щелчка левой клавишей «мыши»: появится таблица, которую Вы должны заполнить так же, как это выполнено на рисунке 4. Введенные в 2-ом столбце значения по умолчанию для управляющих