ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ  ФАКУЛЬТЕТ 

КАФЕДРА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ 
 
 
 
 
 
 

      ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовой  работе

КР – 806 – 10.1 - ______ -03 

по дисциплине «Теория автоматического управления» 

на тему __________________________________________ 

                   _________________________________________________ 

            _________________________________________________ 
 
 
 
 
 

                                          Выполнил  

                                                      ___________________ 

                                          Руководитель  

                                                      ___________________ 
 
 

Волгоград 2006

 

 

Содержание 
 

    Исходные  данные. Требования к САУ -----------------------------------------------4

    Введение ------------------------------------------------------------------------------------5

    1. Функциональная схема САУ --------------------------------------------------------6

    2. Алгоритмическая схема САУ -------------------------------------------------------8

    3. Анализ устойчивости исходной  САУ --------------------------------------------12

    4. Синтез корректирующих устройств  САУ ---------------------------------------14

    5. Анализ характеристик скорректированной  системы --------------------------18

    Заключение---------------- ----------------------------------------------------------------19

  Список использованной  литературы -------------------------------------------------20  
 
 
 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исходные  данные. Требования к САУ 

Вариант 5.5 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ  ПЕЧИ 

      Согласно  техническим условиям во внутреннем объеме электрической печи 1 требуется поддерживать постоянную температуру. Температура измеряется термопарой 2. Термо - э. д. с термопары сравнивается с напряжением задающего потенциометра 3 и разностный сигнал усиливается электронным усилителем 4, а затем выходным магнитным усилителем 5. Нагревательный элемент 6, питаемый выходным током магнитного усилителя обогревает печь. 

      Уравнения элементов системы  имеют следующий  вид:

Электрическая печь с нагревательным элементом    T₀ dQ / dt + Q = k₀ i ;

Магнитный усилитель                       T₁ di / dt + i = k₁ U_у;

Электронный усилитель           U_у = k₂ U;

Элемент сравнения            U = U₀ - U_T;

Термопара                        T₂ dU_T / dt + U_T = k_Т Q ; 

где k₀ - коэффициент передачи сушильного шкафа;

      k₁ - коэффициент усиления магнитного усилителя;

      k₂ - коэффициент усиления электронного усилителя;

      k_Т - коэффициент передачи термопары;

      T₀ - постоянная времени объекта управления (электрической печи);

      T₁ - постоянная времени магнитного усилителя

      T₂ - постоянная времени термопары 
 
 

Введение

 

      Системы автоматического управления температурой любого объекта очень распространены в нашей жизни.

      Приведем  пример использования данной САУ. Возьмем в рассмотрение пекарню, где производят хлебобулочные изделия. На этом заводе требуется использование печи для выпечки изделий, для  приготовления которых необходимы различные температуры приготовления. Для обеспечения быстрого и качественного изменения температуры печи можно применять систему автоматического регулирования, которая будет рассматриваться в нашей работе.

      Рассмотренная нами схема является универсальной  и ее структура может быть использована для регулирования других параметров. 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Функциональная схема  САУ

 

        Функциональная  схема системы автоматического  управления температурой печи приведена на рисунке 2.

    

Рисунок 2 – Функциональная схема САУ 
 

   Функциональная  схема системы  автоматического  управления температурой печи реализуется следующими функциональными блоками:

    ЗУ – задающее устройство оказывает воздействие g(t) на вход системы. При этом величина задающего воздействия в соответствии с заданием может быть постоянной, если необходимо поддерживать постоянное значение регулируемой величины X₀, или изменяться по определенному закону, если в технологическом процессе по этому закону должна изменяться регулируемая величина. Реализуется на принципиальной схеме задающим потенциометром 3. Задает напряжение U₀; которое будет сравниваться с термо-ЭДС термопары. 

  СЭ – сравнивающий элемент – элемент, сравнивающий значения двух (или нескольких) сигналов. Выходной сигнал этого элемента равен разности поступающих на их вход сигналов. Выполнен на упрощенной принципиальной схеме в виде совокупности термопары 2 и задающего потенциометра 3. СЭ определяет сигнал рассогласования между напряжением U₀ с задающего устройства и термо-ЭДС. (сравнение U=U₀ -U_Т.)

   

  У – усилитель, выполненные на упрощенной принципиальной схеме в виде электронного усилителя 4. Увеличивает величину входного напряжения в К раз. 

  УМ – усилитель мощности представленный на принципиальной схеме в виде тиристорного преобразователя. Здесь, поступающий на вход тиристорного преобразователя, сигнал Uу усиливается по мощности; 

  РО – регулирующий орган - устройство, непосредственно воздействующее на объект регулирования для поддержания заданного значения регулируемой величины или изменения ее по заданному закону. Реализуется на принципиальной схеме нагревательным элементом и электрической печью; 

  ОУ – объект управления. В качестве него выступает сама печь, температуру которой мы регулируем. 

   ИП – измерительный преобразователь - элемент, измеряющий значения регулируемой величины и преобразующий их в эквивалентные значения сигнала, как правило, другой физической природы, более удобной для последующей передачи и использования. На принципиальной схеме представлен в виде термопары 2.  Термоэлектрический термометр (термопара), измеряет значение температуры объекта регулирования и преобразует их в эквивалентные значения термо-ЭДС 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Классифицируем  САУ: 
 
 
 

Классифицируем  САУ:

1) По алгоритму функционирования:

По характеру  алгоритма функционирования АСР  подразделяются  на стабилизирующие, программные и следящие.

Стабилизирующей АСР называется система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении, т.е. наша система – стабилизирующая;

2) По виду энергии,  используемой в  системе: электрическая;

3) По наличию дополнительных  источников энергии:

относится к  системам непрямого регулирования, т.к. в системе есть усилитель;

4) По числу регулируемых  величин: одномерная;

5) По числу контуров  регулирования: одноконтурная(одна ООС);

6) По виду математического  описания: линейная;

7) По виду сигналов, используемы в  системе: непрерывная;

8) По характеру ошибки  регулирования: система статическая, об этом говорит отсутствие интегрирующего звена. 

2. Алгоритмическая схема САУ

 

       Для составления алгоритмической схемы  системы автоматического управления получим передаточные функции каждого функционального элемента схемы.

       2.1 (У - Усилитель) Согласно заданию при коэффициенте усиления электронного усилителя его выходное напряжение при подаче на вход напряжения U будет равно:

Применим преобразования Лапласа и получим операционную форму записи уравнения,  из которой  найдем передаточную функцию:

В результате получили безынерционное звено.

      2.2 (УМ – усилитель мощности) Магнитный усилитель описывается дифференциальным уравнением:

Его передаточная функция будет иметь вид:

В результате было получено инерционное звено.

      2.3 (РО – регулирующий орган) Электрическая печь с нагревательным элементом описывается дифференциальным уравнением:

        

Его передаточная функция будет иметь вид:

      

Получили инерционное  звено.

      2.4 (ИП – измерительный преобразователь) Термопара описывается дифференциальным уравнением:

      

Его передаточная функция будет иметь вид:

       -инерционное звено 
 
 
 
 
 
 
 

 

      Рисунок 3  -  Алгоритмическая схема нескорректированной системы 

       Найдем  передаточную функцию разомкнутой системы:

      Найдем  передаточную функцию замкнутой системы относительно регулируемой величины по задающему воздействию: