Курсовая работа: Синтез закона управления и настройка промышленного регулятора для стабилизации температуры в условиях возмущений

4. уравнениями с частными производными и интегральными уравнениями.

Современная теория управления включает так называемую теорию оптимального управления, с помощью которой можно разрабатывать оптимальные системы, то есть системы, при функционировании которых минимизируется или максимизируется некоторый выбранный заранее критерий качества.

Автоматическое регулирование широко применяется в электротермии, в электрических печах сопротивления, также применяется автоматическое управление работой различных механизмов печного аппарата.

В индукционных печах и устройствах автоматически регулируется напряжение источников питания и коэффициент мощности установки, длительность отдельных процессов нагрева и их тепловой режим. В дуговых и рудно-термических печах применяют автоматические регуляторы, стабилизирующие их режим и обеспечивающие поддержание их мощности на заданном уровне.

Некоторые из электротермических процессов вообще не могут быть осуществлены в промышленных масштабах без их автоматизации. В других случаях автоматизация снижает брак, улучшает качество изделий, повышает производительность труда, улучшает качество технологических показателей производства, высвобождение обслуживающего персонала и облегчает условия его труда.

В электрических печах сопротивления осуществляется нагрев различных материалов до заданной температуры.

Во многих случаях после нагрева следует период выдержки, необходимый для выравнивания температуры в нагреваемых изделиях или для прохождения в цепях процессов, требующих времени. В связи с этим, основная задача устройств автоматического регулирования температуры состоит в обеспечении нагрева изделий до заданной температуры и в поддержании на заданном уровне с точностью, соответствующей требованиям технического процесса. Эти требования могут изменяться в широких пределах.

Различные электронные печи получили широкое распространение. Их существенные особенности:

1. Возможность компенсации большого количества энергии в весьма малых объектах и получение высоких скоростей нагрева и любой необходимой температуры;

2. возможность обеспечения высокой равномерности нагрева изделий;

3. легкость регулирования подводимой мощности, а также, следовательно, температуры, легкость автоматизации регулирования температурного режима.

В данном курсовом проекте осуществляется исследование системы автоматического регулирования температуры на базе промышленного регулятора Р-111.

В процессе исследований необходимо получить математическую модель объекта управления в виде передаточной функции.

Осуществить выбор параметров настройки регулятора, при которых система удовлетворяет заданным требованиям по точности и качеству.

1 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕТРОПЕЧИ ВРТ-3

Автоматическое регулирование температурного режима осуществляется системами управления с обратной связью, вырабатывающими управляющие воздействия в зависимости от величины знака отклонения регулируемой величины от заданного значения.

В качестве объекта исследования рассмотрим промышленную электрическую печь СУОП-015.20/12М-43 в системе автоматической стабилизации температуры, выполненной на базе высокочастотного регулятора температуры ВРТ-3.

Система автоматической стабилизации температуры электропечи выполнена на промышленных приборах государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) аналоговой электрической ветви. Ее функциональная схема представлена на рис.1.1.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема системы стабилизации температуры на основе высокочастотного регулятора температуры ВРТ-3

На рис. 1.1 приняты следующие обозначения:

– И-102 - измерительный блок;

– Р-111 - регулятор;

– У-252 - усилитель мощности;

– ЭП - электрическая печь (объект управления);

– ДТ - датчик температуры.

Сигнал с датчика температуры ДТ поступает на вход измерительного блока И102. В приборе И-102 формируется сигнал рассогласования, равный разности сигнала задатчика (задатчик входит в состав И-102) и сигнала температуры.

Усиленный сигнал ошибки e поступает на вход регулирующего аналогового прибора Р-111, в котором могут быть сформированы П, ПИ, ПИД законы регулирования.

Реализация типовых законов регулирования осуществляется на базе операционного усилителя с использованием специально подключённых сопротивлений и емкостей на вход исполнительного устройства, которым является тиристорный усилитель мощности У-252.

Усиленный сигнал в виде напряжения подаётся в цепи нагрева электропечи.

В качестве возмущений используется два вида воздействий. Возмущения, вызванные изменением внутренних параметров электропечи, имитируются введением в активную зону печи металлических трубок из различных материалов (железо, алюминий, латунь) с различной теплоемкостью. Возмущение, вызванное внешней средой, создаётся вентилятором, т.е. принудительным воздушным охлаждением электропечи.