CC BY
1
УДК 66-5
Захарова А.В.
магистрант 1 курса ЮРГПУ(НПИ), г. Новочеркасск, РФ
Научный руководитель: Макаренко В.Г.,
Кандидат технических наук, доцент,
ЮРГПУ(НПИ) г. Новочеркасск, РФ
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ КИСЛОТНОСТИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ НА ВЫХОДЕ ИЗ ДОНЕЙТРАЛИЗАТОРА
Аннотация
Проведен расчет оптимальных настроек регулятора методом Циглера-Никольса.
Ключевые слова:
автоматическая система регулирования (АСР), переходной процесс, показатели качества.
Zakharova A.V.
1st-year master's student of BashSU, Novocherkassk, Russia
Scientific supervisor: Makarenko V.G.,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor,
YURSPU(NPI) Novocherkassk, Russia
DEVELOPMENT OF A SYSTEM FOR AUTOMATIC REGULATION OF THE ACIDITY OF AMMONIUM NITRATE AT THE OUTLET OF THE DONEUTRALIZER
Annotation
The calculation of the optimal settings of the regulator by the Ziegler-Nichols method is carried out.
Keywords:
аutomatic Control System (ASR), The transition process, quality indicators.
Системы автоматического регулирования применяются для регулирования различных технологических параметров (температура, давление, уровень, расход и т.д.) в объекте управления. В системах автоматического управления системы автоматического регулирования являются подсистемами САУ, их применяют для регулирования параметров при управлении процессом.
Основополагающий принцип действия любой системы автоматического регулирования заключается в том, чтобы находить отклонения регулируемых параметров, характеризующих работу объекта или протекание процесса от требуемого режима и при этом воздействовать на объект или процесс так, чтобы устранять эти отклонения.
Рисунок 1 - Принципиальная схема АСР кислотности в донейтрализаторе. Источник: разработано автором
Общая структурная схема АСР кислотности донейтрализатора с принципом регулирования по отклонению приведена на рисунке 2 (рис. 2).
рНзд (Y(t) 4-20мА)
e(t) 4-20мА
I(p)
4-20мА
Рп
20-100КП
РР
ЭП
FaM
pH
ИМ
ОУ рНметр
|(д)
4-20мА
Рисунок 2 - Структурная схема АСР кислотности донейтрализатора
Источник: разработано автором
Основные элементы: РР - автоматический регулятор; ЭП - Электропневмо преобразователь; ИМ -исполнительный механизм; ОУ - объект управления; рН метр. Возмущающие воздействия: Fпар - расход пара, Fдоломита - расход доломита, Т раствора доломита - температура раствора доломита. Переменные: Y(t) - задающий сигнал; Е^) - ошибка регулирования; 1(р) - выходной сигнал регулятора; Рп - давлене создаваемое пнематическим преобразователем; 1(д) - сигнал датчика рН-метра.
При моделировании настроек регулятора используется схема построенная в прикладной программе МВТУ представленная на рисунке (рис. 3):
Рисунок 3 - Структурная схема АСР Источник: разработано автором
Для определения коэффициентов регулятора используем метод Циглера-Никольса.
При коэффициенте усиления 5,66 система находится на границе устойчивости представлен на рисунке (рис. 4).
у
О юо 2 О О 40 О ЬОО ьОО TQQ SOÜ ЮОО
Рисунок 4 - АСР на границе устойчивости Источник: разработано автором
Далее с помощью таблицы 1 вычислим коэффициенты П регулятора
Таблица 1
Параметры П регулятора
Kn
П-регулятор 0,5 k*
Источник: разработано автором
где к* - коэффициент по методу Циглера-Никольса равный 5,66
кп = 0,5*5,66=2,83 Определим коэффициенты ПИ регулятора из таблицы 2
Таблица 2
Параметры ПИ регулятора
Kn ku
ПИ-регулятор 0,45k* 0,54k*/T*
Источник: разработано автором
Исходя из таблицы 2 и найденных параметров по методу Циглера-Никольса получаем для ПИ регулятора: кп = 2,547 и ки = 0,030564.
Т*- время между двумя соседними максимумами = 100 [с]. Определим коэффициенты ПИД регулятора из таблицы 3
Таблица 3
Параметры ПИД регулятора
kn ku Kd
ПИД-регулятор 0,6k* 1,2k*/T* 0,075k*T*
Источник: разработано автором
Коэффициенты ПИД регулятора П = 3,396 И =0,06792 Д = 42,45
Построение графиков переходных процессов АСР с различными типовыми законами регулирования Качество регулирования численно может быть охарактеризовано прямыми показателями качества, которые можно определить непосредственно из кривых переходных процессов АСР рисунок 5.
Рисунок 5 - Переходные характеристики при скачкообразном воздействии График переходного процесса АСР с П-регулятором:
Рисунок 6 - АСР с П-регулятором Источник: разработано автором
График переходного процесса АСР с ПИ-регулятором:
Рисунок 7 - АСР с ПИ-регулятором Источник: разработано автором
График переходного процесса АСР с ПИД-регулятором:
Рисунок 8 - АСР с ПИД-регулятором Источник: разработано автором
Моделирование системы и определение показателей качества работы АСР
Для определения показателей качества переходного процесса регуляторов приведем расчеты степени затухания переходного процесса: П регулятор
Ф
А1-А3 ' А1
(1)
где А1 и А3 - максимумы двух соседних величин перерегулирования. Все допустимые ф значения находятся в диапазоне 0 <ф <0,3 П регулятор
ПИ регулятор
ПИД регулятор
0,95-0,7 „ „„ ф = 0-- = 0,26
0,95
1,16-1,05___
ф = --— = 0,09
1,16
1,29-1,01 „ ф = 1-— = 0,22
1,29
Полное время регулирование системы с П регулятором составляет 600 (с). (см.рис. 6) Полное время регулирования системы с ПИ регулятором составляет 400 (с). (см.рис.7) Полное время регулирования системы с ПИД регулятором составляет около 200 (с). (см.рис.8) По формуле определим перерегулирование системы: П регулятор
ДУтах-Усс Усс
*100%,
(2)
где ДУтах — максимальное отклонение от заданой величины
Усс — заданное значение.
6 _ 0,95-0,7
0,95
■ *100 = 26%
ПИ регулятор
ПИД регулятор
5 = *Ю0 = 14%
1,16
о
5 = I2-! *100 = 23%
1,29
Из приведенных выше расчетов можно сделать вывод:
Переходной процесс с использованием П закона регулирования имеет: малый коэффициент затухания, динамическую ошибку превышающий критерий качественной работы, высокую статическую ошибку, оптимальное время регулирования.
Переходной процесс с использованием ПИ закона регулирования имеет: малый коэффициент затухания, приемлемую динамическую ошибку, малую статическую ошибку, оптимальное время переходного процесса.
Переходной процесс с использованием ПИД регулятора имеет: малый коэффициент затухания, большую динамическую ошибку, малую статическую ошибку и оптимальное время регулирования.
Исходя из суждений, приведенных выше подходит ПИ регулятор, так как имеет малую динамическую ошибку, оптимальное время переходного процесса, малый коэффициент затухания.
© Захарова А.В., 2024
