Расчет математической модели объекта управления, одной секции роликовой печи

№97-1,

физико-математические науки

Задача эффективного управления технологическими процессами остается актуальной проблемой для предприятий различных отраслей промышленности. Одним из составляющих факторов комплексной проблемы задачи управления является автоматическое поддержание технологических параметров на заданном уровне. В нашем случае объектом автоматического регулирования является роликовая печь для термической обработки труб. Установка выбирается в качестве основного объекта управления, так как от температуры на этом объекте, зависит качество получаемого продукта.

Похожие материалы

Задача эффективного управления технологическими процессами остается актуальной проблемой для предприятий различных отраслей промышленности. Одним из составляющих факторов комплексной проблемы задачи управления является автоматическое поддержание технологических параметров на заданном уровне.

В нашем случае объектом автоматического регулирования является роликовая печь для термической обработки труб. Установка выбирается в качестве основного объекта управления, так как от температуры на этом объекте, зависит качество получаемого продукта. Температура трубв роликовой печи зависит от количества подаваемого, сжигаемого природного газа поступающего в установку, она должна строго соответствовать параметрам технологического процесса (нормализация, отжиг, закалка и т.д.). Не соответствие температуры трубы прямо влияет на механические свойства стали, что отражается на качестве выдаваемой продукции. Это может быть связанно с неправильной работой регуляторов или их некачественной настройкой

Настройка регуляторов может быть осуществлена несколькими способами, при этом она зависит от динамических параметров системы. Методы настройки регулятора позволяют определить параметры регулятора в аналитической форме или получать алгоритмы определения параметров настройки. Они позволяют системе управления оставаться устойчивой и достигать заданной цели. Эти методы требуют определенных знаний об управляемых процессах [1].

Для улучшения показателя качества технологического процесса произведём расчет передаточной функции объекта управления и рассчитаем настроечные параметры регулятора.

На основе исходных экспериментальных данных (рисунок 1), с использованием стандартных функций MathCAD, была получена передаточная функция второго порядка, описывающая процесс нагрева трубы в роликовой печи [2].

W(p)=\frac{k}{(Tp+1)^n} \cdot e^{-p\tau} \Rightarrow W(p)=\frac{1.009\cdot e^{-p\tau}}{53.711p^2+14.688p+1}

Экспериментальная кривая
Рисунок 1. Экспериментальная кривая

Для обеспечения нормального хода технологического процесса был выбран Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ — регулятор), так как процесс требует быстрого и точного изменения регулируемой величины.

Работа системы управления с ПИ — регулятором был смоделирована в программном средстве VisSim 5.0и коэффициенты для пропорциональной и интегральной части регулятора, выбирали таким образом, чтобы переходный процесс соответствовал заданному качеству и перерегулирование не превышало 10% [3].

график переходного процесса и структурная схема регулирования с ПИ регулятором. (1 — задание регулируемой величины, 2 — коэффициент усиления пропорциональной части регулятора, 3 — коэффициент усиления интегральной части регулятора)
Рисунок 2. график переходного процесса и структурная схема регулирования с ПИ регулятором. (1 — задание регулируемой величины, 2 — коэффициент усиления пропорциональной части регулятора, 3 — коэффициент усиления интегральной части регулятора)

Расчет перерегулирования выполняется по формуле:

σ=(717-680)/680∙100%=5.44%

где ymax=717 максимальное значение перерегулирования, y =680 установившиеся значение

Рассчитанное значение перерегулирования равняется 5.44%, что не превышает 10% [1].

Вывод: По данным изменения температуры, в совершенном виде, в роликовой печи, была определена в программном средстве MathCAD, математическая модель объекта управления. В ходе исследования было определено, что объект имеет второй порядок, обладает временем запаздывания, равным 1мин. По графику, построенному в программном средстве VisSim 5.0, было выяснено, что объект управления является устойчивым, ПИ регулятор подобрано верно, так как значение перерегулирования не превышает 10%.

Список литературы

  1. Иванов, А.А. Автоматизация технологических процессов и производств: Учебное пособие / А.А. Иванов.// М.: Форум, 2012. – 224с
  2. Программный комплекс MathCAD // База знаний студента инженера. URL:http://student-engineer.pro/index.php?page=mathcad (дата обращения: 19.01.2019).
  3. Методические указания VisSim [Электронный ресурс] // Файловый архив для студентов URL:https://studfiles.net/preview/6385829/ (дата обращения: 19.01.2019).