ня клапаном; S (t) - прохідний перетин труби; L (t) - вимірюваний рівень
Малюнок 4.3 - Функціональна схема контуру регулювання рівня
У контур регулювання входять: датчик рівня, ПІД-регулятор і виконавчий механізм (клапан з приводом).
На основі функціональної схеми складаємо структурну схему (рисунок 4.4).
Wp (p) - передавальна функція ПІД-регулятора; Wкл (p) - передавальна функція регулюючого клапану; Wо (p) - передавальна функція ТВО; Wд (p) - передавальна функція датчика рівня
Малюнок 4.4 - Структурна схема контуру
На даному етапі необхідно привести вихідну структурну схему до структури з одиничною зворотним зв'язком. Перетворення здійснимо шляхом перенесення суматора, а фіктивне ланка відкинемо, оскільки при описі неважливо яким чином отримано Lзад (t).
Структурна схема з одиничною зворотним зв'язком представлена ??на малюнку 4.5.
Малюнок 4.5 - Структурна схема з одиничною зворотним зв'язком
Розраховуємо параметри передавальних функції ланок.
Датчик рівня. Для вимірювання рівня в системі встановлений рівнемір LM 7000. У документації описано, що він має властивості інерційної ланки з наступними параметрами: ТДУ=5с (постійна часу). Коефіцієнт посилення знайдемо з таких міркувань: найменшому значенню рівня 0,1 м відповідає вихідний сигнал - 0,004 А; найбільшому рівню - 1,4 м відповідає сигнал - 0,02 А. Звідси:
КДУ=(0,02-0,004)/(1,4-0,1)=0,012.
Тоді передавальна функція датчика рівня буде виглядати:
. (4.1)
Водоотделітель описуємо інтегруючим ланкою:
(4.2)
Де KР - коефіцієнт підсилення для ТВО, рівний 1/S, де S - площа водоотделителя (10 м2). Кр=1/10=0,1;
Знаючи значення параметра KР і підставивши його в формулу (4.2), запишемо передавальну функцію для водоотделителя:
.
Регулюючий клапан. В якості клапана використовується регулюючий клапан із механізмом виконавчим електричним однооборотной Siemens - 100/25-0,25. В технічній документації на клапан зазначено, що при розрахунках його слід вважати коливальним ланкою з постійними часу Т1кл=0,25, Т2кл=0,36. При визначенні передавальної функції враховуємо, що клапан має позиционер, сигнал на вході якого становить 4-20 мА.
Визначаємо коефіцієнт посилення таким чином. Вхідному сигналу 4 мА відповідає прохідний перетин 0 м2, а вхідному сигналу 20 мА відповідає прохідний перетин:
. (4.3)
Тоді:
К=(0,001-0)/(0,02-0,004)=0,063,
.
ПІД - регулятор. Використання ПІД - регулятора необхідно для компенсації коливального ланки. Регулятор являє собою комбінацію пропорційного, інтегрального і диференціального каналів. У загальному вигляді передавальна функція ПІД регулятора:
. (4.4)
Підставивши замість одержимо:
(4.5)
Так як у складі системи є інтегруюча ланка, то з ПІД-регулятора необхідно виключити інтегруючий канал, інакше передавальна функція системи матиме в знаменнику 2-ю ступінь і система буде нестійкою. Дослідження системи управління ведеться із застосуванням програми Matlab. Досліджувана система задається у вигляді структурної схеми, набираемой з типових ланок наявних в бібліотеці (малюнок 4.6).
Малюнок 4.6 - Структурна схема системи підтримки заданого рівня
Графік перехідного процесу при будь-яких значеннях коефіцієнтів - розбіжний (малюнок 4.7).
Таким чином, для даної системи необхідно використовувати ПІД-регулятор:=0;/=. Значення вибираємо для компенсації однієї складової коливального ланки. Вибираємо== 0,36.
Передавальна функція ПІД-регулятора виглядає наступним чином:
.
Вибираємо настройки ПІД-регулятора на основі порівняльного аналізу варіантів.
Приймемо=1, тоді=*=0,36 (настройки 1). При даних настройках перехідний процес апериодический (малюнок 4.8).
Час перехідного процесу складає=1,49 с.
Малюнок 4.7 - Графік перехідного процесу
Малюнок 4.8 - Графік перехідного процесу (настройки 1)
Для отримання логарифмічною амплітудної і фазової характеристики необхідно видалити зворотний зв'язок і задати точки вводу-виводу (input point, outpu...
