ЛР9_Моделирование системы автоматического регулирования процесса нагревания (терморегулятор)

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)»

Томск 2022

Цель работы

Разработать математическую модель реального нагревателя, выполнить

моделирование системы управления на основе двухпозиционного реле,

проанализировать свойства модели.

Таблица 1 – Вариант задания

Порядок выполнения работы

Сделаем расчёт коэффициентом уравнения, описывающего процесс нагрева объекта (данное уравнение представлено в методическом указании).

Пользуясь исходными данными (Таблица 1), определяем:

0 = ос = 18

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

2

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

3

процессов и зависимости управляющего воздействия от времени при

различных значениях сигнала задания, все остальные параметры исходные:

1 = 2802 = 2903 = 300

Рисунок 3 – Переходный процесс при сигнале задания 280 °С

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

4

Рисунок 5 – Переходный процесс при сигнале задания 290 °С

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

5

Рисунок 7 – Переходный процесс при сигнале задания 300 °С

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

6

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

1 11001 = = 1100 Вт; 1 = = 0.45 = 2444.4

1 9902 = 0.9 = 990 Вт; 1 = = 0.45 = 2200

1 13203 = 1.2 = 1320 Вт; 1 = = 0.45 = 2933.3

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

Рисунок 10 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности

2444,4 Вт

7

Рисунок 11 – Переходный процесс при подводимой мощности 2200 Вт

Рисунок 12 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности

2200 Вт

8

Рисунок 13 – Переходный процесс при подводимой мощности 2933.3 Вт

Рисунок 14 – Зависимость управляющего сигнала от времени при подводимой мощности

2933.3 Вт

9

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.

10