Разработка регулятора для лабораторного стенда
Кафедра
Автоматизации Технологических Процессов и Производств
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по дисциплине
«Автоматизация технологических процессов»
Тема:
«Разработка регулятора для лабораторного стенда»
Пермь 2011
ОГЛАВЛЕНИЕ
Постановка задачи на проектирование
Программирование контроллера
Снятие характеристик и получение модели объекта
Расчет настроек ПИ и ПИД регулятора методом Циглера -Никольса
Расчет настроек ПИ и ПИД регулятора методом CHR и Ротача В.Я.
Моделирование системы в программном пакете Matlab
Выбор настроек регулятора
Отклики объекта
Заключение
Приложение
Постановка задачи на проектирование
В качестве объекта управления примем контур учебного стенда “FESTO”, по которому транспортируется
жидкость от одной ёмкости к другой, центробежный насос с приводом от
асинхронного двигателя, уровнемер, контролер Siemens Simatik S300. Параметром, характеризующим выполнение задачи,
поставленной перед установкой, служит уровень жидкости в емкости B402.
Процесс необходимо проводить таким образом, чтобы поддерживать
определённое, чаще всего постоянное, значение уровня L. Это и будет целью управления данного контура.
Рис.1 Лабораторный стенд Festo «Станция розлива»:
- ЖК дисплей; 2 - конвейер; 3 - емкость В401; 4 - клемная колодка; 5 -
поплавковый контактор 4В10; 6 - ультразвуковой уровнемер 4В1; 7 - емкость В402;
8 - пневматический клапан V304; 9 - насос Р401; 10 - пневматический механизм
4М4.
Программирование контроллера
Контроллер программировался на языке Step7
SIMATIC
STEP 7 - программное обеспечение фирмы Siemens AG
<#"527256.files/image002.gif">
Расчет настроек ПИ и ПИД регулятора методом
Циглера -Никольса
Циглер и Никольс предложили два метода настройки ПИД регуляторов. Один из
них основан на параметрах отклика объекта на единичный скачок, второй - на
частотных характеристиках объекта управления.
Для расчёта параметров ПИД регулятора по первому методу Циглера-Никольса
используются всего два параметра: a и L.
Формулы для расчёта коэффициентов ПИД регулятора сведены в табл. 1.
Таблица 1
Разгонная характеристика:
T,с
a=0,17
L=7
Параметры регулятора рассчитанные по таблице 1:
|
|
ПИ
|
ПИД
|
|
Кп
|
2,33
|
3,82
|
|
Ти
|
4,52
|
2,32
|
|
Тд
|
|
0,52
|
Расчет настроек ПИ и ПИД регулятора методом CHR и Ротача
В.Я.
В отличие от Циглера и Никольса, которые использовали в качестве критерия
качества настройки декремент затухания, равный 4, Chien, Hrones и Reswick (CHR)
использовали критерий максимальной скорости нарастания при отсутствии
перерегулирования или при наличии не более чем 20%-ного перерегулирования.
Такой критерий позволяет получить больший запас устойчивости, чем в методе
Циглера-Никольса.
CHR метод дает две разные системы параметров регулятора. Одна из них
получена при наблюдении отклика на изменение уставки (табл 2) , вторая - при
наблюдении отклика на внешние возмущения. Какую систему параметров выбирать -
зависит от того, что важнее для конкретного регулятора: качество регулирования
при изменении уставки, или ослабление внешних воздействий.
контроллер автоматизация модель регулятор
Таблица 2
Воспользуемся таблицей 2 для расчёта настроек регулятора. Данные берутся
из метода Циглера -Никольса(a=0,17
L=7)
|
|
ПИ
|
ПИД
|
|
Кп
|
2,06
|
3,53
|
|
Ти
|
4,08
|
1,98
|
|
Тд
|
|
0,99
|
Рассчитываем настройки ПИ и ПИД регулятора в программе Linreg
Методом Ротача В.Я.
|
|
ПИ
|
|
Кп
|
5,61
|
6,74
|
|
Ти
|
3,86
|
2,66
|
|
Тд
|
|
0,645
|
Моделирование системы в программном пакете Matlab
|
|
ПИД
|
ПИ
|
|
Ротач В.Я.
|
Циглер-Никольс
|
CHR
|
Ротач В.Я.
|
Циглер-Никольс
|
CHR
|
|
Попадание в 5% зону (с)
|
11
|
9
|
9
|
5
|
11
|
11
|
|
max выброс %
|
17
|
15
|
15
|
0
|
0
|
0
|
Выбор настроек регулятора
Сведём в таблицу основные характеристики настроек регуляторов взятых с
графиков. Графики в приложении.
Наилучшим вариантом для данного объекта будет ПИ-регулятор рассчитанный
по методу Ротача В.Я.
Отклики объекта
Отклик на изменение задания(ПИ-регулятор, метод Ротача В.Я.)
Отклик на возмущение(ПИ-регулятор, метод Ротача В.Я.)
Заключение
В данной курсовой работе рассчитан регулятор для контура учебного стенда
“FESTO”, по которому транспортируется
жидкость. В качестве оптимальных настроек выбран ПИ-регулятор, рассчитанный по
методу Ротача В.Я. Он имеет минимальный выброс и быстрее остальных выходит на
заданный режим.
Настройки этого ПИ-регулятора проверены непосредственно на самом объекте
управления.