новая папка 2 / 71867

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени С. М. Кирова»

Кафедра управления, автоматизации и системного анализа

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания по выполнению контрольных работ для бакалавров

направленияподготовки35.03.02 «Технологиялесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»

Санкт-Петербург

2015

1

Рассмотрены и рекомендованы к изданию Научно-методическим советом

Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета

28 мая 2015 г.

Составитель кандидат технических наук, доцент С. И. Девятов

Отв. редактор кандидат технических наук, доцент В. А. Втюрин

Рецензент

кафедра управления, автоматизации и системного анализа СПбГЛТУ

Автоматика и автоматизация производственных процессов: ме-

тодические указания по выполнению контрольных работ для бакалавров направления подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств » / сост.

C.И. Девятов.– СПб.: СПбГЛТУ, 2015. – 16 с.

Вметодических указаниях приведены задания по дисциплине «Автоматика и автоматизация производственных процессов» для студентов заочной и очной форм обучения направления подготовки

35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств».

Темплан 2015 г. Изд. № 16.

2

ВВЕДЕНИЕ

Данные методические указания предназначены для бакалавров направления подготовки 35.03.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» очной и заочной форм обучения, изучающих дисциплину «Автоматика и автоматизация производственных процессов».

В методических указаниях изложены общие указания по методике выполнения контрольной работы по соответствующим разделам дисциплины «Автоматика и автоматизация производственных процессов».

Контрольная работа состоит из двух заданий. Для выполнения первого задания требуются знания элементной базы автоматики и основ теории автоматического регулирования. Для второго задания – знания по теории алгебры логики и реализации алгоритма управления на электрических контактных и бесконтактных логических элементах автоматики.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ №1

Выбор варианта для контрольной работы по дисциплине: «Автоматика и автоматизация производственных процессов» для студентов заочной формы обучения производится по первой букве фамилии студента потаблице:

В числителе – тип варианта системы автоматического регулирования (САР). В знаменателе – числовые значения параметров К и Т передаточных функций системы автоматического регулирования.

Вариант САР №1

Система автоматического регулирования курса корабля

На рис. 1.1 представлена структурная схема системы автоматического регулирования (стабилизации) курса корабля.

Различают курс корабля (относительно меридиана), заданный φз и действительный φд. Заданный курс корабля задается оператором в виде

3

напряжения U1 изменением угла поворота потенциометрического датчика (ЗЭ), который поступает на вход элемента сравнения (ЭС). Сигнал о дейст-

вительном курсе корабля φд поступает с выхода системы автоматического регулирования на воспринимающий элемент (ВЭ ) – потенциометр (ось которого соединена с компасом корабля). На выходе воспринимающего элемента напряжение U2 пропорционально действительному курсу корабля φд. С выхода элемента сравнения ЭС напряжение, равное U = U1 – U2, называемое ошибкой управления, поступает на вход усилителя электронного (УЭ), где происходит усиление входного сигнала и передача его на исполнительный элемент (ИЭ) – электродвигатель. При этом вращение ротора электродвигателя передается через редуктор на объект управления (ОУ) – рулькорабля, чтоприводиткизменениюдействительногокурсакорабляφд.

При совпадении курса корабля действительного φд с заданным φз ошибка управления U становится равной нулю и ротор электродвигателя (ЭД) останавливается. При возмущающем воздействии на корабль (изменившемся ветре или течении) действительный курс корабля, изменяется, что приводит вновь к появлению ошибки управления U и система автоматического регулирования снова корректирует его, добиваясь равенства

действительного курса корабля φд заданному φз.

W5 ( p)

Рис. 1.1. Структурная схема системы автоматического регулирования курса корабля (авторулевой), где W ( p) – передаточныефункции элементов автоматики

САР: W1 ( p) = K1; W2 ( p) = K2 ; W3 ( p) = K3 / p(T1 p +1); W4 ( p) = K4 / (T2 p +1) ; W5(p) = K5

Значения K и T передаточных функций элементов автоматики по вариантам приведены в табл. 1.1

4

Таблица 1 . 1

Значения K и T передаточных функций

Вариант САР №2

Система автоматического регулирования давления в автоклаве

Нарис. 1.2 представленаструктурнаясхемасистемыавтоматическогорегулирования (стабилизации) давления в автоклаве. Необходимое давление в автоклаведляпропиткидревесныхконструкций задаетсяоператоромспультауправления с помощью задающего элемента (ЗЭ) – потенциометрического датчика. Выходной сигнал с задающего элемента в виде напряжения U1 поступает на элемент сравнения (ЭС). Действительное давление в автоклаве Pд измеряется с помощью воспринимающего элемента (ВЭ) – датчика давления, включенного на выход системы автоматического регулирования. Выходной сигнал с воспринимающего элемента в виде напряжения U2 (величина которого пропорциональна действительному давлению в автоклаве) поступает на второй вход элемента сравнения (ЭС). Выходное напряжение с элемента сравнения называется ошибкойуправленияиопределяетсякак U = U1 – U2.

Если действительное давление в автоклаве, ниже заданного ошибка управления U = U1 – U2 в виде напряжения со знаком «+» поступает на вход электронногусилителя (УЭ) и после усиления по мощности на исполнительный элемент (ИЭ) – электродвигатель. Ротор электродвигателя начинает вращаться и приводит в действие насос подачи консерванта, который поступает в объект управления (ОУ) – автоклав, что вызывает повышение в нем действительного давления. При достижении действительного давления заданного ошибка управления U становится равной нулю, что вызывает остановку исполнительного элемента– электродвигателя.

5

Рис. 1. 2. Структурная схема системы автоматического регулирования давления в автоклаве, где W ( p ) – передаточные функции элементов автоматики САР:

W1 ( p) = K1; W2 ( p) = K2 ; W3 ( p) = K3 / (T1 p +1)(T2 p +1);

W4 ( p) = K4 / T3 p; W5 ( p) = K5.

Значения K и T передаточных функций элементов автоматики по вариантам приведены в табл. 1. 2.

Таблица 1 . 2

Значения K и T передаточных функций

2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ № 1

2.1. Составление передаточных функций разомкнутой и замкнутой систем автоматического регулирования

Каждая из заданных систем может быть представлена в виде обобщенной структурной схемы (рис. 2.1), на которой обозначено: ОУ – объект управления; АУУ – автоматическое управляющее устройство; ВЭ – воспринимающий элемент.

6

Рис.2.1. Обобщенная структурная схема замкнутой системы автоматического регулирования

Для составления передаточных функций системы уясним физический смысл символов этой схемы:

U1 – задающее воздействие в виде, удобном для сравнения; Y – выходной параметр системы;

U2 – действительное значение выходного параметра САР; является сигналом обратной связи и приведено к виду, удобному для сравнения; U– ошибка управления (рассогласование), равная: U = U1 – U2;

u – управляющее воздействие на объект;

F – возмущающее воздействие на объект управления (ОУ). Передаточная функция разомкнутой системы W(p) выражает отноше-

ние изображений сигналов Y (р) и X (р) и находится как произведение всех передаточных функций последовательных звеньев W(p), входящих в контур обратной связи:

W ( p) = Y ( p) = ∏n Wi ( p).

X ( p) i =1

Передаточная функция замкнутого контура регулирования Ф(р) устанавливает зависимость выходного параметра от задающего воздействия:

Необходимо получить выражения указанных передаточных функций для заданной структуры САР в известных выражениях передаточных функций звеньев.

2.2. Определение устойчивости заданной системы автоматического регулирования

по алгебраическому критерию устойчивости

Устойчивость системы автоматического регулирования определяется по характеристическому уравнению замкнутой САР, которое, в свою очередь, определяется по передаточной функции замкнутой системы автоматического регулирования, записанной в общем виде:

7

Характеристическое уравнение получается из формулы Ф(р) приравниванием знаменателя к нулю:

a0 p3 + a1 p2 + a2 p + a3 = 0.

Далее из коэффициентов полинома составляется матрица, которая для уравнения третьего порядка имеет вид

a1 a3 a0 a2

Устойчивость системы автоматического регулирования по алгебраическому критерию устойчивости определяется по коэффициентам характеристического уравнения и по матрице.

Система автоматического регулирования считается устойчивой, если выполняются три условия.

Первое условие. Значение коэффициента при p3 больше нуля, т. е. а0 >0. Второе условие. Определитель матрицы первого порядка больше ну-

ля, т. е. 1 = а1 > 0.

Третье условие. Определитель матрицы второго порядка больше нуля,

т. е. 2 = а1а2 –а0а3> 0.

В случае невыполнения хотя бы одного из условий – система автоматического регулирования неустойчива.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ № 2

Выбор варианта для задания производится по последней цифре номера зачетки студента по таблице:

8

При выполнении задания №2 используется таблица реализации логических функций на электрических контактных и бесконтактных логических элементах:

9

– после применения правила отрицания конъюнкции;– после применения правила отрицания дизъюнкции.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЯ № 2

По заданной формуле включения исполнительного элемента

у = ас + b(а + с)

необходимо выполнить следующие действия:

–раскрыть скобки в формуле включения исполнительного элемента

y= ac + b(a + c) = ac + ba + cb;

–записать формулу включения с двойным отрицанием

у = а с + b a + b с = а с + b а + b с ;

– преобразовать формулу включения в однотипные логические функции, используя правило отрицания дизъюнкции:

у = а +b = аb

или правило отрицания конъюнкции:

y = ab = a +b.

10