Моделирование объекта управления

В соответствии с правилами  эксплуатации печи подача сырых окатышей на обжиговую ленту осуществляется  при заблаговременно включенном приводе и при достижении в горне заданной температуры.  Принимая во внимание, что разгон ленты завершается  в моделируемой системе примерно к исходу 1-й секунды, подача окатышей  и формирование нагрузки на ДПТ начинаются с задержкой в 1 секунду. Это, в частности, позволяет избежать чрезмерного перерегулирования по высоте слоя в начальный момент времени в случае одновременного пуска ДПТ и подачи окатышей (см. формулу двумерной статической характеристики H(P,V) = 5.055*P/V).

5. На третьем этапе сформирована модель САР поддержания высоты слоя окатышей. Последняя реализует классический принцип управления по отклонению. При этом в контур, наряду с объектом управления входят исполнительное устройство, которым будет управляемый тиристорный выпрямитель, а также регулятор, устройство сравнения и датчик высоты слоя окатышей.

Выбор и обоснование типов, параметров и характеристик звеньев осуществлены в процессе построения структурной  модели САР.

С учетом накладываемого по условиям технологии ограничения на диапазон скорости  перемещения конвейера в модель управляемого тиристорного выпрямителя введена нелинейность типа “Усиление с ограничением”. Это обеспечивает линейное изменение его выходного напряжения в пределах 200 - 240 В, что соответствует изменению скорости конвейера от 1.3  до 1.5 м/мин.

6. С целью получения необходимого качества регулирования  выполнена оптимизация структуры и параметров регулятора проектируемой САР.

А) Первоначально проведены исследования для САР с П – регулятором.

Имея в распоряжении программу ООМ (объектно-ориентированного моделирования) VisSim, вместо достаточно громоздких аналитических способов оптимизации регуляторов, в дипломной работе при определении оптимального значения параметра регулятора использован метод направленного поиска (проб и ошибок).

Анализ результатов проведенного моделирования показал, что качество регулирования САР с П - регулятором очень низкое: ошибка установившегося режима составляет 7% задания, что свидетельствует о недостаточной величине статического коэффициента усиления контура. Но увеличение последнего невозможно, т.к. это приводит к уменьшению запаса устойчивости по амплитуде менее критического значения 8 дБ. Т. е. используя П - регулятор выполнить требования по хорошему качеству регулирования не возможно. Поэтому следующим шагом было применение ПИ-регулятора, более совершенного, чем П- регулятор.

Б) При формировании модели САР с ПИ – регулятором реализовано ряд особенностей:

• модель САР  сформирована в оболочке приложения Simulink. Этот переход от VisSim обусловлен отсутствием в последнем элементов, обеспечивающих коммутацию цепей модели;
• в модели с помощью блока SubSystem создана подсистема PI- reg  – параллельная модель ПИ - регулятора;

                 

• разгон двигателя постоянного тока  происходит без подачи окатышей при включенном в прямой цепи П - регуляторе. Включение ПИ - регулятора (вместо П - регулятора) осуществляется в момент подачи окатышей.

Для реализации такого алгоритма  работы с помощью блока SubSystem сформирована подсистема Logic Switch.

Анализ результатов моделирования  САР с ПИ – регулятором графиков показал, что САР  в целом справляется с задачами слежения и стабилизации (статическая ошибка отсутствует). Время отслеживания и время компенсации возмущения менее 1 с. Однако наблюдаются:

• повышенная колебательность при отработке задания и возмущения;
• “вялая” отработка возмущения при начале подачи окатышей на движущуюся ленту.

           Нелинейность  объекта управления при столь  малых изменениях воздействий  не проявляется. 

В) Заключительным шагом является введение и оптимизация ПИД – регулятора.

Особенности модели:

• модель САР сформирована в оболочке приложения Simulink;

• в модели с помощью блока SubSystem создана подсистема PID - reg (рис.3.32) – параллельная модель ПИД – регулятора;

• используя программу ООМ (объектно-ориентированного моделирования) Simulink реализован приближенный способ оценки оптимальных параметров ПИД- регулятора;
• разгон двигателя постоянного тока  происходит без подачи окатышей при включенном в прямой цепи П - регуляторе. Включение ПИД - регулятора (вместо П - регулятора) осуществляется в момент подачи окатышей.

Для реализации такого алгоритма  работы используется ранее  сформированная подсистема Logic Switch.  

Целенаправленно варьируя значения коэффициента усиления и постоянных времени ПИД - регулятора проведено исследование по изучению их влияния на качество поведения проектируемой САР в динамике и статике.

Результаты моделирования  позволили выбрать параметры ПИД - регулятора близкие к оптимальным: коэффициент усиления равен – 0.7 и постоянные времени Tи = 0.32 с, T_Д = 0.02 с.

Анализ графиков показывает, что САР  хорошо  справляется с задачами слежения и стабилизации (статическая ошибка отсутствует). Время отслеживания составляет  0.4 с и время компенсации возмущения 1 с.

7. Таким образом, цель достигнута, и задачи исследования выполнены: модель САР стабилизации высоты (толщины) слоя окатышей, подаваемых конвейером в обжиговую печь, построена, оптимизирована и исследована.

              Качество регулирования полученной  модели хорошее и она может  быть рекомендована для разработки  на ее основе проекта технической  реализации САР. 

8. Материал раздела может  представлять определенный интерес и в учебно - методическом плане для ВУЗов соответствующего профиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                               Заключение.

 

 

•    сердцевиной процесса проектирования САР является создание, исследование и при необходимости параметрическая или структурная оптимизация модели. До последнего времени при разработке систем управления преобладали методы проектирования и расчета, свойственные классической теории автоматического управления (ТАУ). Однако с появлением новых компьютерных программных средств появилась возможность упростить и сделать более наглядным и эффективным процесс работы инженера по проектированию. Анализ последних позволил в качестве инструмента компьютерного моделирования САР остановиться на универсальных системах блочного имитационного визуально-ориентированного математического моделирования VisSim и Simulink;
• построена, оптимизирована и исследована модель разрабатываемой САР;

• выполненное технико-экономическое обоснование данного проекта свидетельствует о том, что он выгоден для реализации на предприятии, так как годовой экономический эффект составляет 1 020 764,8 руб., а срок окупаемости- 4 месяца;

• в разделе безопасности жизнедеятельности приведен анализ вредных примесей на предприятии при производстве окатышей;
• материалы работы могут представлять определенный интерес как в практическом, так и учебно-методическом плане для ВУЗов соответствующего профиля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 

1. Глинков Г. М., Маковский В. А. АСУ ТП в черной металлургии. Учебник для ВУЗов. - М.:”Металлургия”, 1999.- 310 с.
2. Авдохин В. М. Основы обогащения ископаемых. Учебник для вузов 2-е изд.,  в 2-х томах.-М.: издательство “Горная книга”, 2008: - т.1. Обогатительные процессы.- 417 с.
3. Ладыгичев М. Г. и др. Сырье для черной металлургии: Справочное издание. В 2-х томах. Т. 1. Сырьевая  база и производство окускованного сырья.- М. : Машиностроение – 1, 2001.- 896 с.
4. Смирнов А. А. и др. Информационные системы в металлургии. Учебник для вузов. - Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2004.- 495 с.
5. Майзель Г. М. и др. Автоматизированная система управления процессом производства железорудных окатышей на обжиговой конвейерной машине // Сталь.-2003. -№1. –с.33-36.
6. Евстюгин С. Н. и др. Совершенствование технологии производства железорудных  окатышей на обжиговых машинах конвейерного типа // Сталь. – 2008. -№12. – с. 2-5.
7. Абзалов В. М. и др. Эффективность модернизации обжиговых машин ОК-306 и пути дальнейшего совершенствования производства железорудных окатышей в ОАО “ЛебГОК” // Сталь. – 2003. -№1. – с. 6-8.
8. Евстюгин С. Н. и др. МК “Уралмаш” – НПВО ТОРЭКС: комплексный подходк созданию технологических линий по производству окатышей // Сталь. – 2008. -№12. – с. 3-5.
9. Бесекерский В. А. , Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. – СПб.: Профессия, 2007. – 752 с.
10. Гудвин Г. К. и др. Проектирование систем управления. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. -911 с.
11. Сирота А. А. Компьютерное моделирование и оценка эффективности сложных систем.- М.: Техносфера, 2006. -280 с.
12. Колесов Ю. Б., Семиченков Ю. Б. Моделирование систем. Динамические и гибридные системы. Учебное пособие. – СПб.: БХВ - Петербург, 2006. -224 с.
13. Колесов Ю. Б., Семиченков Ю. Б. Моделирование систем. Объектно - ориентированный подход. Учебное пособие. – СПб.: БХВ - Петербург, 2006. -192 с.
14. Колесов Ю. Б., Семиченков Ю. Б. Практикум по компьютерному моделированию. – СПб.: БХВ - Петербург, 2007. -352 с. + CD.
15. Маликов Р. Ф. основы систем компьютерного моделирования. Учебное пособие. – Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. -266 с.
16. Дьяконов В. П. Simulink 5/6/7. Самоучитель.- М.: ДМК – Пресс, 2008. -784.
17. Герман – Галкин С. Г. Mathlab & Simulinl. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: Корона – Век, 2008. – 368 с.
18. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в Mathlab, SimPower Systems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. -288 с.
19. Дьяконов В. П. Vissim + Mathcad + Matlab. Визуальное  математическое моделирование. – М.: Солон – Пресс, 2004. – 384 с.
20. Е. Макаров. Инженерные расчеты в Mathcad 14. - СПб.: Питер, 2007. – 592 с.
21. Очков В. Ф. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия. - СПб.: БХВ - Петербург, 2009. -512 с.
22. Касаткин А. С. Немцов В. М. Курс электротехники. Учебник  для вузов. – М.: Высшая школа, 2007. -542 с.
23. Электротехнический справочник. Т. 2. Составитель И. И. Алиев. – М.: ИП РадиоСофт, 2008. -480 с.
24. Кацман М. М. Электрические машины. – М.: Издат. центр “Академия”, 2007. - 496 с.
25. Федосов Б. Т. Идентификация объектов управления. Пособие по курсовому и дипломному проектированию. РИИ: Рудный, 2008.
26. Онищенко Г. Б. Электрический привод. Учебник для ВУЗов. – М.: Издат. центр “Академия”, 2006. - 288 с.
27. Федосов Б. Т. Задания и методические указания  выполнению лабораторной работы по курсам: “ТАУ”, “Системотехника” и “Теория линейных и нелинейных систем” на тему: Синтез. Структурно – параметрическая оптимизация САР. Электронный документ формата chm (1.65 Мб). Рудный, 2007.
28. Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия – Телеком, 2009. -608 с.