Школа Инженерная школа энергетики

НОЦ И.Н. Бутакова Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Отчет по лабораторной работе

по дисциплине «Управление техническими системами»

«Моделирование системы автоматического регулирования процесса нагревания (терморегулятор)»

Выполнил студент

гр. 5Б05 Цыбиков А.А. ^{(дата, подпись)}

Проверил:

к.т.н., доцент ИШЭ Атрошенко Ю.К. ^{(дата, подпись)}

Томск 2022

Цель работы

Разработать математическую модель реального нагревателя, выполнить моделирование системы управления на основе двухпозиционного реле, проанализировать свойства модели.

Таблица 1 – Вариант задания

№ вар.	N, Вт	m, кг	c, Дж (кг )	S,	,		Экспериментальные данные
									tохл, ч
2	1100	1.2	420	280	15	18	15	200	0.8

Порядок выполнения работы

Сделаем расчёт коэффициентом уравнения, описывающего процесс нагрева объекта (данное уравнение представлено в методическом указании). Пользуясь исходными данными (Таблица 1), определяем:

В качестве регулятора в лабораторной работе используется двухпозиционное реле с зоной возврата. Переходная характеристика его показана на рисунке 1.

Рисунок 1 – Переходная характеристика двухпозиционного реле с зоной возврата

Величина ε определяет допустимую погрешность регулирования. Например, если, а = –10, b=10, то температура нагревателя будет изменяться в диапазоне ±10 °С. В лабораторной работе |a|=|b|=∆_доп.

Так как реле будет выполнять операцию включения/выключения, следует задать U₁=1, U₂=0.

Моделируем систему регулирования. Структурная схема системы автоматического регулирования представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматического регулирования

Необходимо выполнить моделирование работы системы регулирования процесса нагревания для заданных значений температур S, S+10, S+20, для различных значений мощности N, 0,9N, 1,2N. Приведем графики переходных процессов и зависимости управляющего воздействия от времени при различных значениях сигнала задания, все остальные параметры исходные:

Рисунок 3 – Переходный процесс при сигнале задания 280 °С

Рисунок 4 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 280 °С

Рисунок 5 – Переходный процесс при сигнале задания 290 °С

Рисунок 6 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 290 °С

Рисунок 7 – Переходный процесс при сигнале задания 300 °С

Рисунок 8 – Зависимость управляющего сигнала от времени при сигнале задания 300 °С

Приведем графики переходных процессов и зависимости управляющего воздействия от времени при различных значениях подводимой мощности, все остальные параметры исходные:

Рисунок 9 – Переходный процесс при подводимой мощности 2444,4 Вт

Рисунок 10 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности 2444,4 Вт

Рисунок 11 – Переходный процесс при подводимой мощности 2200 Вт

Рисунок 12 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности 2200 Вт

Рисунок 13 – Переходный процесс при подводимой мощности 2933.3 Вт

Рисунок 14 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности 2933.3 Вт

Вывод

В ходе выполнения данной работы была разработана математическая модель реального нагревателя и выполнено моделирование системы управления на основе двухпозиционного реле. Изменяя параметры системы, были выявлены следующие зависимости:

1) При увеличении температуры задания увеличивается время регулирования.

2) При снижении подводимой мощности увеличивается время регулирования, так как при изменяющемся количестве энергии, которое необходимо подвести, подводимая энергия в секунду (мощность) уменьшилась. При увеличении подводимой мощности наблюдается обратная зависимость.