Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности «Электрификация и автоматизация с х.»




страница1/4
Дата04.05.2016
Размер0.73 Mb.
  1   2   3   4

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Ирбитский аграрный техникум

ПМ 01.02 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОРГАНИЗАЦИИ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности «Электрификация и автоматизация с.-х.»



2014
Методические указания к выполнению курсового проекта по МДК 01.02 «Системы автоматизации сельскохозяйственных организаций».

Составитель: Мухин С.М., преподаватель специальных дисциплин.
Методические рекомендации составлены в соответствии с ФГОС СПО.
Автоматизация технологических процессов. Методические указания разработаны для студентов по специальности «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Содержат перечень тем курсовых проектов по автоматизации технологических процессов, а также описание их состава объема и содержания. В методических указаниях отражены вопросы анализа технологических процессов, обоснования принципа их автоматизации, изучения и математического описания объектов автоматизации, проектирования систем автоматического управления, оценки надежности и экономической эффективности систем.

Рассмотрено на

предметной (цикловой) комиссии

«__»_____________2014г.
Протокол №

Председатель

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


Курсовой проект по МДК 01.02 «Системы автоматизации сельскохозяйственных организаций» является подготовительным этапом к выполнению дипломного проекта студентами по специальностям «Электрификации и автоматизации сельского хозяйства».

В процессе выполнения курсового проекта у студентов систематизируются и закрепляются знания по технологическим процессам и их режимам, комплексной механизации и электрификации производства, средствам автоматики и теории автоматического управления, проектированию и эксплуатации систем автоматического управления и другим разделам технических дисциплин, связанных с автоматизацией сельскохозяйственного производства.

Кроме того, выполнение курсового проекта определяет формирование умения и накопление навыков использования теоретических знаний, справочной информации и результатов научно-исследовательских работ при решении практических задач проектирования и эксплуатации систем.

Студент выбирает тему курсового проекта из нижеприведенного перечня. По согласованию с преподавателем студент может положить в основу курсового проекта свою научно- исследовательскую или конструкторскую разработку, выполненную в процессе своей производственной деятельности или в порядке личной инициативы. В процессе проектирования студенты могут получать консультацию преподавателя. Зачет (оценка) по курсовому проекту выставляется по результатам его защиты в период экзаменационной сессии.

Курсовое проектирование должно выполняться на основе последних достижений индустриальных технологий сельскохозяйственного производства, современного технологического оборудования и средств автоматики с учетом требований действующих нормативов, методик расчетов и типовых проектных решений. Материалы по курсовому проектированию должны быть оформлены в соответствии с действующими ГОСТами и требованиями ЕСКД.

ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ



  1. Автоматизация очистительно-сушильных комплексов типа КЗС.

  2. Автоматизация зерноочистительных агрегатов типа ЗАВ.

  3. Автоматизация зерносушилок СЗШ-8 и СЗШ-16.

  4. Автоматизация барабанных зерносушилок СЗПБ-2, СЗСБ-4 и СЗСБ-8.

  5. Автоматизация процесса активного вентилирования зерна.

  6. Автоматизация шахтной зерносушилки.

7 Автоматизация процесса вождения трактора по копиру.

    1. Автоматизация процесса вождения трактора по проволоке.

    2. Автоматизация управления движением культиватора.

    3. Автоматизация процесса управления глубиной вспашки почвы плугом.

    4. Автоматизация управления высотой среза кормовых трав на силосоубо

рочных комбайнах.

    1. Автоматизация управления выравниванием остова зерноуборочного ком

байна.

    1. Автоматизация управления загрузкой молотилки зерноуборочного ком

байна.

    1. Автоматизация управления фрезой при обработке приствольных полос в

садах.

    1. Автоматизация управления температурой в парниках с почвенно- воздушным обогревом.

    2. Автоматизация управления температурой в ангарных теплицах.

    3. Автоматизация управления температурой в блочных теплицах.

    4. Автоматизация управления концентрацией растворов минеральных удобрений.

    5. Автоматизация управления вентиляцией в блочных теплицах.

    6. Автоматизация управления температурой поливной воды в теплице.

    7. Автоматизация управления поливом с помощью устройства УТ-12.

    8. Автоматизация управления подкормкой углекислым газом и досвечива- нием растений в теплицах.

    9. Автоматизация овощехранилищ с использованием устройства ШАУ-АВ.

    10. Автоматизация управления температурой в овощехранилище с помощью оборудования «Среда-1».

    11. Автоматизация фруктохранилищ.

    12. Автоматизация сортировки клубней картофеля.

    13. Автоматизация сортировки плодов томата.

    14. Автоматизация сортировки листьев табака.

    15. Автоматизация процессов для приготовления травяной муки.

    16. Автоматизация процесса гранулирования кормов.

    17. Автоматизация процесса брикетирования кормов.

    18. Автоматизация процесса приготовления комбикормов.

    19. Автоматизация кормораздаточных поточных линий для КРС.

    20. Автоматизация управления раздачей кормов платформенными кормораздатчиками.

    21. Автоматизация процесса дозирования и смешивания концкормов на фермах КРС.

    22. Автоматизация раздачи жидких кормов.

    23. Автоматизация управления вытяжными вентиляционными установками

«Климат-4» на основе станции ШАП-5701.

    1. Автоматизация управления вытяжными вентиляционными установками

«Климат-4» на основе станции МК-ВУ3.

    1. Автоматизация приточно-отопительной установки для животноводческих

помещений.

    1. Автоматизация управления калориферной установкой электроподогрева СФОА.

    2. Автоматизация управления теплогенераторами типа ТГ-1,5 и ТГ-2,5.

    3. Автоматизация установок местного обогрева животных ИКУФ-1.

    4. Автоматизация линии уборки и погрузки навоза транспортерами типа ТСМ-9Б.

    5. Автоматизация процесса пневматического транспортирования навоза.

    6. Автоматизация доильной установки.

    7. Автоматизация управления санобработкой вымени.

    8. Автоматизация процесса управления линией кормления птиц.

    9. Автоматизация управления вентиляцией птичников.

    10. Автоматизация управления увлажнением воздуха в птичниках.

    11. Автоматизация инкубаторов.

    12. Автоматизация управления освещением в птичнике.

    13. Автоматизация управления сбором яиц.

    14. Автоматизация пометоуборочных установок.

    15. Автоматизация облучения птиц на птицефабриках.

    16. Автоматизация управления котельным оборудованием.

    17. Автоматизация теплогенераторов для воздушного отопления и вентиляции производственных помещений.

    18. Автоматизация электроводонагревательных установок.

    19. Автоматизация управления электродным водогрейным и паровым котлами.

    20. Автоматизация холодильных установок

    21. Автоматизация управления башенными водонапорными установками.

    22. Автоматизация управления безбашенной водонапорной станцией.

    23. Автоматизация процесса перекачки сточных вод.

    24. Автоматизация насосных станций для мелиорации.

    25. Автоматизация систем сельскохозяйственного газоснабжения.

    26. Автоматизация теплиц для выращивания грибов.

    27. Автоматизация процессов восстановления деталей сельскохозяйственной техники.

    28. Автоматизация процесса мойки сельскохозяйственных машин.

    29. Автоматизация процесса пастеризации молока.

    30. Автоматизация процессов переработки и консервации овощей.

    31. Автоматизация линии ремонта сельскохозяйственной техники.



СОСТАВ, ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

В состав расчетно-пояснительной записки входят следующие разделы:



      1. Введение (порядковый номер не присваивается).

      2. Анализ технологического процесса.

      3. Обоснование целесообразности автоматизации процесса. Определение цели и задач проекта.

      4. Обзор современных технических средств по автоматизации технологического процесса.

      5. Обоснование принципа автоматизации технологического процесса. Составление функциональной схемы системы автоматического управления (САУ) и функциональной схемы автоматизации технологического процесса.

      6. Анализ объекта автоматизации.

      7. Проектирование САУ.

        1. Разработка принципиальных схем САУ.

        2. Выбор и расчет технических средств автоматики.

        3. Анализ динамических показателей работы САУ.

        4. Разработка пультов и щитов управления. Выбор проводов и пуско- защитной аппаратуры.

      8. Оценка надежности работы САУ. Расчет периодичности технического обслуживания системы. Определение состава службы КИПиА.

      9. Оценка экономической эффективности САУ.

      10. Заключение (порядковый номер не присваивается).

      11. Список использованной литературы.

Графическая часть проекта включает:

Лист 1. Технологическая схема автоматизируемого процесса. Графики, схемы и чертежи, иллюстрирующие принцип автоматизации. Функциональная схема САУ. Функциональная схема автоматизации технологического процесса.

Лист 2. Принципиальная схема САУ.
ВВЕДЕНИЕ (3% от объема)

При написании введения (впрочем, как и других разделов расчетно- пояснительной записки) следует придерживаться принципа «от общего к частному». Так, в начале введения следует остановиться на основных задачах отечественного сельского хозяйства, привести количественные данные по объемам производства различных видов с.-х. продукции. Далее изложение необходимо конкретизировать по отношению к отрасли: животноводству, растениеводству, пчеловодству и т.д. Затем следует еще более узкая конкретизация материала по виду продукции и условиям ее производства. Например, выращивание овощей в условиях защищенного грунта, производство молока на фермах КРС с беспривязным содержанием животных. При этом материал желательно сопровождать современными количественными показателями, иллюстрируя их динамику и научно обосновывая оптимальные значения.

Наконец, из всего производственного цикла следует выделить технологический процесс, предложенный для автоматизации в рамках задания на курсовое проектирование. Здесь следует охарактеризовать значение комплексной механизации и электрификации производства. Необходимо показать, что без применения современных средств автоматики достижение поставленных рубежей невозможно. Таким образом, введение к курсовому проекту доказывает целесообразность предстоящей работы и позволяет приблизиться к формулированию цели и задач проекта.

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА (10% от объема)

Разработку любой системы автоматизации начинают с анализа технологического процесса. Технологический процесс представляет собой совокупность целенаправленных операций, выполняемых одной или несколькими машинами. По возможности анализ технологического процесса следует производить в два этапа. На первом этапе, стараясь избегать упоминания о машинах, агрегатах и оборудовании, привести биологические основы процесса. Например, при анализе процесса пастеризации молока подробно изложить цель и сущность пастеризации, проследить историю развития различных методов первичной обработки молока, привести количественные характеристики режимов пастеризации, произвести их сравнительный анализ. Здесь же целесообразно выявить зависимость эффективности пастеризации от тщательности выдерживания ее параметров. Например, если студент планирует заниматься автоматизацией процесса пастеризации с точки зрения поддержания температуры и продолжительности нагрева молока, то здесь необходимо уточнить и наглядно представить зависимость кислотности продукта от отклонения экспозиции.

На втором этапе анализа следует разобраться в технических средствах для реализации исследуемого процесса. Применительно к нашему примеру здесь следует привести различные схемы пастеризаторов: для порционной и поточной обработки. В этом же разделе необходимо подойти к конструкции конкретного промышленного пастеризатора. Именно того пастеризатора, работу которого предстоит автоматизировать. Следует привести подробные технические характеристики выбранного пастеризатора, изобразить его общий вид, разобраться в особенностях эксплуатации.

Вместе с тем анализ технологического процесса в два этапа возможен не всегда. В этих случаях физическая (или биологическая) сущность процесса рассматривается без отрыва от технических средств. Однако и в том, и в другом случае необходимо с максимальной точностью изучить технологию и изобразить процесс графически в виде технологической схемы.

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ПРОЕКТА ( 2% от объема)

Содержание этого небольшого раздела является логическим завершением предыдущего. Действительно, анализ предложенного технологического процесса в свете основной идеи введения показал, что автоматизация представляет собой прием, обеспечивающий существенное повышение эффективности производства.

Здесь необходимо сформулировать основную цель, достигаемую автоматизацией, а также определить перечень решаемых при этом задач. Цель и задачи проекта не должны быть искусственными, надуманными. Они должны органически вытекать из требований технологического режима и оставаться недостигнутыми при использовании традиционного оборудования. Формулируя цель и задачи будущей работы, надо хорошо представлять — что даст внедрение автоматизации и чем может быть обусловлен экономический эффект.

Экономическую эффективность автоматизации можно определить только после завершения проекта, когда полностью выбраны все элементы оборудования. Вместе с тем предварительное технико-экономическое обоснование должно быть сделано до начала разработки. Прежде всего необходимо определить источник экономической эффективности, то есть фактор, за счет которого она может быть достигнута. Источниками экономической эффективности могут быть:


  1. повышение производительности труда;

  2. высвобождение рабочей силы;

  3. экономия топлива и электроэнергии;

  4. экономия материалов ( кормов, лекарств, удобрений, гербицидов и т.д.);

  5. улучшение качества продукции, увеличение сроков хранения;

  6. повышение надежности оборудования;

  7. повышение уровня организации производства;

  8. улучшение информации о процессе и ее использования для управления;

  9. повышение продуктивности, сохранности животных и птиц;

  10. экономия основных фондов.

Кроме того, автоматизация может привести к положительному социальному эффекту, заключающемуся в исключении монотонного и неквалифицированного труда. Рост производительности оборудования, экономии энергии и материалов могут привести к эффекту, эквивалентному увеличению производственной мощности, уменьшению дефицита в рабочей силе. Повышение качества продукции всегда равноценно ее количественному росту, так как ведет к экономии ресурсов. Все эти источники должны быть четко сформулированы и обоснованы.

Необходимо различать трудовой, энергетический, материальный. структурный и технологический эффекты автоматизации. На этапе технико- экономического обоснования важно выяснить, какой из этих эффектов основной. Если эффект достигается путем повышения производительности труда и высвобождения рабочей силы, то он называется трудовым. Для его оценки необходимо подсчитать экономию заработной платы.

Если основной эффект достигается благодаря экономии топлива или электроэнергии, то его называют энергетическим. Эффект от экономии материалов является материальным. К нему также можно отнести эффект за счет повышения надежности систем автоматики. Эффекты от повышения продуктивности, качества продукции и срока ее хранения составляют технологический эффект. Наконец, структурный эффект достигается за счет того, что отпадает потребность в постоянном присутствии человека. Высвобождаются рабочие проходы, необходимые для обслуживания машин, средства механизации и автоматизации сращиваются с технологическим оборудованием, которое становится дешевле. Таким образом, структурный эффект определяется снижением капитальных затрат и по крайней мере двух составляющих эксплуатационных издержек: затрат на амортизацию и на текущий ремонт.

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

(10% от объема)

Раздел должен включать критический обзор современных технических средств по автоматизации заданного технологического процесса.

Известно, что для автоматизации одних и тех же процессов в разное время разрабатывались и выпускались различные устройства. Например, для управления микроклиматом в картофелехранилищах могут быть использованы комплекты оборудования «ШАУ-АВ» и «Среда-1», для управления вентиляционным оборудованием в животноводческих помещениях — системы «Климат-4» и «МКВАУ-3» и т.д. По существу, при написании этого раздела ведется работа с технической литературой. Однако задачей является не просто описание известных систем, а их критический анализ. При этом в первую очередь следует отмечать те недостатки существующего оборудования, которые, по мнению студента, могут быть устранены в процессе дальнейшего проектирования.

При выполнении раздела обычно возникает вопрос: насколько подробно надо описывать известные технические решения? — Поскольку материал носит описательный характер, не следует перегружать объем расчетно- пояснительной записки технологическими и в особенности электрическими схемами. Нет необходимости приводить данные исследовательского плана, подробные описания последовательности работы электрических схем управления, комментировать временные диаграммы работы, давать описания пультов и щитов. Вместе с тем здесь необходимо словесно описать работу оборудования и основные принципы автоматического управления. Размещенного в этом разделе материала должно быть достаточно для принятия решения о направлении проектирования.

ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПА АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА. СОСТАВЛЕНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ САУ (5% от объема)

На данном этапе работы предстоит составить общее представление о принципе автоматизации технологического процесса. Необходимо найти место проектируемой САУ в общепринятой классификации. Это позволит четче формулировать текущие задачи и решительнее приступать к составлению схем. Разрабатываемую САУ необходимо классифицировать по уровню автоматизации управляемых системой функций: система децентрализованного, централизованного, автоматизированного или автоматического контроля и управления. Кроме того, САУ следует определить по виду алгоритма управления (неадаптивная, адаптивная), по назначению (контроля, защиты, технологического управления), по принципу управления (по отклонению, по возмущению, комбинированная, иерархическая), по задачам управления (стабилизации, следящая, программная), по виду структуры (замкнутая, разомкнутая), по числу контуров (одноконтурная, многоконтурная), по действия на управляющий орган (прямого, косвенного действия), по характеру установившегося состояния (статическая, астатическая, встречной компенсации, комбинированная), по характеру физических процессов (непрерывная, дискретная), по линейности (линейная, квазилинейная, релейная, цифровая).

Ответы на поставленные вопросы должны быть обоснованными, подкрепленными ссылками на предложенный технологический процесс. В результате осуществленной классификации будут вырисовываться основные взаимосвязи отдельных элементов САУ. Эти взаимосвязи должны быть отражены в функциональной схеме САУ и функциональной схеме автоматизации технологического процесса.

АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ. (10% от объема)

Поскольку многие современные сельскохозяйственные технологические процессы являются довольно сложными, для создания работоспособных САУ необходимо располагать полной информацией об объекте автоматизации. Как правило, объект автоматизации задан, а проектирование системы сводится к проектированию управляющего устройства. Однако в том случае, если проектирование автоматизации проводится одновременно с технологическим проектированием, правомерно прежде сформулировать требования к самому объекту автоматизации. Для этого необходимо прежде всего выявить его статические, динамические и энергетические характеристики, а также оценить управляемость объекта и определить меры для улучшения его характеристик.

После того как возможности улучшения объекта реализованы в виде проектных предложений, рекомендуется переходить к разработке требований к управляющему устройству. С целью улучшения качества функционирования заданного технологического процесса необходимо в первую очередь выявить управляемые параметры, а также управляющие и возмущающие воздействия. Рассмотрим эту процедуру на примере управления микроклиматом животноводческого помещения.

Начнем с управляемых параметров, то есть с тех величин, совокупность которых определяет понятие «микроклимат». В это понятие входят: температура у1, влажность у2, скорость перемещения воздуха в зоне обитания животных у3, концентрация углекислого газа С02 — у4, концентрация аммиака NH3 — у5, сероводорода H2S — у6 и концентрация отрицательно заряженных ионов воздуха — у7. Перечисленные параметры характеризуют микроклимат помещения и потому должны входить в список управляемых величин. Понятно, что для других объектов автоматизации управляемые параметры будут другими. Это могут быть: для птичников — освещенность, для различных механизмов — частота вращения или угол поворота, для излучателей — плотность светового потока, для водонагревателей — температура воды и т.д. Относительно простые объекты автоматизации могут характеризоваться одной управляемой величиной, более сложные — целым рядом величин.



Далее следует определить управляющие воздействия. Как правило, этот вопрос решают технологи и энергетики. Однако вернемся к нашему примеру. Чтобы обеспечить заданную температуру, необходим обогрев помещения зимой и охлаждение его летом. Ограничимся рассмотрением зимнего периода. В этом случае в зависимости от проектного решения возможен обогрев горячей водой или электрической энергией. В обоих случаях управляющим воздействием выступает искусственно сформированное количество теплоты. Однако при обогреве горячей водой за управляющее воздействие удобно считать температуру горячей воды при постоянном расходе или расход горячей воды при постоянной температуре. Во втором случае проще за управляющее воздействие считать электрическую мощность электрокалорифера или обогреваемой панели. Обозначим это управляющее воздействие символом U1. Для обеспечения заданной влажности необходимо либо уносить влагу (при ее избытке), либо увлажнять помещение (при ее недостатке). В первом случае процессом управляют при помощи вентиляции, во втором — при помощи увлажнителей. Для определенности будем иметь в виду первый вариант. Тогда в качестве управляющего воздействия придется принять расход воздуха U2. Кстати говоря, и другие управляемые величины у3...у6 также могут определяться расходом воздуха. Для управления концентрацией отрицательных ионов в воздухе используют искусственную ионизацию. Теперь управляющим воздействием является поток ионов, который легко пересчитать в напряжение на коронирующих электродах ионизатора U3.

Перейдем к выявлению возмущающих факторов. Эти факторы целесообразно разбить на две группы: контролируемые (которые возможно измерять) и неконтролируемые (которые измерять невозможно). На температуру воздуха в помещении влияют контролируемые факторы: температура наружного воздуха Fb скорость ветра F2, солнечная радиация F3, осадки F4, а также неконтролируемые: открытие дверей и ворот F5, тепловыделения трактора F6, и тепловыделения животных F7. На влажность воздуха внутри помещения влияют контролируемый фактор: влажность наружного воздуха F8 и неконтролируемый — влаговыделения животных F9, на концентрацию ионов в помещении влияет неконтролируемый фактор — газовыделения животных F10. Далее необходимо оценить роль каждого фактора, их взаимовлияние и по возможности отбросить второстепенные.

На основе приведенного материала можно приступить к обоснованию требований к автоматизации:


  1. Формулируют алгоритм и цели функционирования.

  2. На основе алгоритма функционирования объекта формулируют алгоритм управления. Так, если в соответствии с алгоритмом функционирования требуется поддерживать постоянную температуру в пределах 20 ± 1 °С , то система управления должна отключать нагрев при достижении температуры 21 °С и включать его снова при снижении температуры до 19 °С. При более сложном алгоритме функционировании, когда температура в помещении должна зависеть от возмущающих воздействий, необходимо выявить эту зависимость и составить алгоритм управления по возмущению.

  3. Определяют, какой должна быть система по степени приспособляемости к условиям работы, то есть можно ли рекомендовать применение самонастраивающейся системы, если мы имеем дело с нестационарным объектом, динамические свойства которого изменяются во времени. К таким объектам в сельскохозяйственном производстве можно отнести теплицы (с изменением возраста растений изменяется их масса), животноводческие помещения для откорма КРС, легкие мобильные машины.

  4. Выбирают систему управления по виду применяемой энергии (электрическая, пневматическая или гидравлическая) и в соответствии с этим останавливаются на группе промышленных приборов и средств автоматизации, на которой будут строится средства управления.

  5. Выбирают систему по числу управляемых величин. При выборе многомерной системы следует разобраться, должны ли входящие в нее одномерные системы быть связанными или несвязанными, можно ли их рассматривать как автономные.

  6. Формулируют требования к качеству переходных процессов: длительности, максимальному динамическому отклонению, колебательности и т.д. Эти требования должны определяться технологией. Если такие требования сформулировать не удается, то систему в дальнейшем оптимизируют по интегральному показателю качества.

  7. Формулируют требования к точности системы. Эти требования определяются технологическим процессом. При повышенных требованиях к точности рекомендуется применять астатические системы. Надо помнить, что чрезмерное повышение точности может привести к потере устойчивости.

Следующим важным этапом является математическое описания объекта автоматизации.

Под математическим описанием (математической моделью) подразумевается совокупность уравнений и граничных условий, описывающих зависимость выходных величин от входных в установившемся и переходном режимах. В связи с этим различают математические модели двух классов:



  • установившегося режима (статическая модель);

  • переходного режима (динамическая модель).

Динамические модели имеют вид уравнений, описывающих изменение во времени выходных величин объектов в зависимости от изменения входных. Эти уравнения, как правило, записывают в дифференциальной форме. Их частный случай — дифференциальные уравнения нулевого порядка (алгебраические уравнения) — описывают установившийся режим. Таким образом, в общем случае математической моделью объекта автоматизации с т входными (U1 U2, ... , Um ) и п выходными координатами (у1, у2, ..., уп) называют совокупность уравнений у = F( U; а), однозначно описывающих поведение величины у при заданных значениях U и а, где а — характеристика объекта автоматизации.

Математическая модель может быть получена аналитическим или экспериментальным методом. В последнем случае она может быть детерминированной (выходная величина однозначно определяется входной) или статистической (входное воздействие носит случайный характер).

Дифференциальные уравнения простых объектов автоматизации можно составить, используя закономерность происходящих в них физических явлений. Такими закономерностями могут быть закон сохранения энергии (при управлении температурой), законы электротехники и т.д. Уравнения статических и переходных режимов составляют на базе уравнений балансов вещества и энергии.

При составлении дифференциальных уравнений сложного объекта он должен быть расчленен на ряд простейших элементов, соединенных последовательно. Для каждого из этих элементов составляют математическую модель статики или динамики, а затем получают дифференциальное уравнение объекта, исключая промежуточные величины. Во многих случаях уравнения объектов нелинейны, и поэтому дифференциальные уравнения систем — тоже нелинейны и подлежат линеаризации. С целью упрощения задачи при аналитическом методе построения математической модели допускают определенные упрощения (пренебрегают распределенностью параметров, исключают некоторые неконтролируемые возмущающие воздействия и т.д.).

В качестве примера рассмотрим процесс вентиляции животноводческого помещения объемом V с содержанием диоксида углерода Со (%) при производительности а3 /мин). Входная величина объекта — производительность вентиляторов, выходная — концентрация диоксида углерода в помещении.

Обозначим содержание диоксида углерода воздухе в момент времени t через x(%). Составим за промежуток времени dt (мин), прошедший от момента t , баланс диоксида углерода, содержащегося в помещении. За это время вентиляторы доставили в помещение количество воздуха, равное 0,01 Cadt.


Следовательно, всего за период dt количество диоксида углерода (м ) в воздухе уменьшилось на dV=(0,01x- 0.01Со) adt.

Обозначив через dx процентное уменьшение количества диоксида углерода в воздухе, это же количество можно подсчитать по другой формуле:

dt = V0,01 dx

Приравнивая между собой оба выражения для dV, составляем дифференциальное уравнение:

(0,01x - 0,01Са,)adt = V0.01 dx

Разделяя переменные, находим



adt/V = dx/(x – Са)

Чтобы получить такое простое уравнение, пришлось допустить, что концентрация диоксида углерода во всех частях помещения в каждый момент времени одинаковая, то есть чистый воздух смешивается с загрязненным практически мгновенно.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ САУ ( 45% от объема)

  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekonoom.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница