1 Жұмыс тағайындалуы

ОІ жөніндегі проректор

Пфейфер Н.Ә.

________________________

2011 ж «___»_____________

Құрастырушы: аға оқытушы ____________ Тулебаева Ж. А

Жылуэнергетика кафедрасы
“ Автоматтық басқару теориясы ” пәні бойынша
050717 «Жылуэнергетика» мамандығының студенттеріне арналған
зертханалық жұмыстарға
әдістемелік нұсқаулар

Кафедраның отырысында ұсынылды

20_ж. «___»____________, №_____Хаттама

Кафедра менгерушісі ___________ Глазырин С.А. 20_ж. «___»________

20_ж. «_____»______________№____ Хаттама

ЖжӘҚБ бастығы __________________А.А.Варакута 20_ж. «___»________

2011 ж. «_____»______________№____ Хаттама

Студент жұмыс орындауға дейін төмендегі міндеттері орындау керек:

- келтіру параметлерінің есептеу-графикалық әдісінің анықтамасын оқу;

- дифференциатор мен ПИ – регуляторының келтіру параметрлерін РАЖ бу қызуын берілген жиіліктік мінездеме түрінде W_об негізгі динамикалық мінездемеге және аралық W_об1 аумандағы есеппен сәйкес, соңында әдістемелік көрсеткішті есептеу.

Жүелік жылу (ЖЖ) бу ауытқуынан негізгі дабылды бу жылуының шығу кезінде қабылдайды t_ne және қосымша – пропорционалды өткізгіш бу температурасынан нүкте аралық бу суытқыш dt_np/dt, температура шығу кезінде энтальпия өзгерісі кезінде қыздырылған бу i_np dt_np/dt = 0 де жоғалады.

Есептеу тізімдері регулятор келтіру параметртерінің сандық мағынасынан анықтауды қарастарыды, ауыспалы процесстерде тұйық РАЖ берілген немесе қабылдау көрсеткіш сапасы, яғни оңтайлы болып табылады. Оңтайлы реттеу процесс, интенсивті өшумен (басылумен) мінезделеді, уақыттың өлшемі реттелім және ауытқу реттелімінің мөлшері.

1 – Жылу алмастырушу; 2 – тоңазытқыш; 3 –аралық коллектор; I, II – бу қыздыру генератор сатысы; ЭДТ – электронды дифференциатор;

3 – орындаушы механизм; К - клапан; Т_п – температура реттеуші; t_ne – бу қыздыру температурасының шығуы; t_np – шығу орнындағы температура.
1- сурет – Бу кызуының реттеу температурасының аралық нүктедегі дабыл жоғалу схемасы
Есептік әдімтемелері бар жүйелік келтіру параметрлерінің саңдық мәнді көрсетуды анықтауға көмектеседі; объект немесе жүйеге динамикалық қасиет мінездіуші. Объект қасиеті уақытша мінезделу түрінде берілу функция немесе жиілік мінездеме болуы мүмкін.

Келтірудегі параметрдің оңтайлы мағынасын анықтағаннан кейін РАЖ моделіне эксперименттік мағыналар жуық болғаннан кейін. Бұл динамикалық идеализацияның объект қасиеті мінездеме жобасының орнына және жіктеу заңының бұрмалану және нақтылы аппаратурада динамикалық мінездеме жіктелуін түсіндіреді.

2-сурет – Дифференциаторлы екі контурлы РАЖ құрылымдық сызба

Егер сызбада дифференциатор жоқ болса, онда ПИ-регуляторы W_p немесе дабыл сомасының (у6у₁) орнына берілген мән. Эквиваленттік құрылымдық құрылымдарда 2 сызбада 3 схеманы құруға болады.

3-сурет - -Дифференциаторлы екі контурлы РАЖ-ның орын ауыстыру сызба нұсқасы

Анақтамаға төрт келтіру параметрі К_д, Т_д, К_р, Т_и жатады. Егер реттеу объекттісінің инерциялығы W_об аумақ инерциялығынан W_{об 1} біршама өссе, онда ауыспалы у₁(t) процессі ауыспалы у(t) процессі аяқталғанға дейін тоқтайлы. Сондықтан опнаған тәртіпке х_р2=у₁ деп санауға болады. 3 сурет сызбасына төмендегідей теңдеу жазамыз

y₁(p) = x_p1(p)W_об1(p). (1)

y(p) = W_об(p) x_p1(p)

Соын у₁ (р) және x_p1(p) (1) теңдеуден эквивалентті объект операторынан х_р2=у₁ арқылы W_p регуляторын аламыз

4-сурет- Екі контурлы РАЖ-ның қалыптасу сызбасы

W^э_об (р) = W_об1 (р) W_D (p) + W_об (р) (4)

Есептік және графикалық зерттеі жүргізу тәртібі төмендегідей:

а) W_h2 реттеушісі үшін бірінші эквивалент объектісі тұрғызылады W_об (iw) және W_об1 (iw), ал W^э_об2 (iw) = W_об (iw) / W_об1 (iw) – ға тең.

б) АФС графигі бойынша бұл эквивалентті оъект W_p2 ПИ-регуляторы К_р2 және Т_и2 3-сурет сызбасы арқылы анықталады.

в) табылған Т_и және К_р2 арқылы К_д=1/К_р және Т_д=Т_и дифференциаторлары анықталады.

г) W_p реттеушісі үшін 2 сызбады W_об(iw) W_д (iw) + W_об (iw) АФС екінші эквивалентті объект тұргызылады.

д) W^э_об(iw) графигі бойынша, дәлірек Оның бөліктері арқылы Wp_:K_p және Т_и реттеуші анқталады.

1. Пи-регуляторының оптималды келтіру параметрлерінің есептеме тәртібі W_p.c.(iw)=W₀(iw)W_p(iw) қатынасының негіщінде АФС жүйесінде К_р және Т_и мәні беріледі.

Егер К_р=1

W_p.c.(iw)= W₀(iw) - iW_p (iw) / wT_u,

W₀(iw) годографы үшін берілген ОА₁, ОА₂, ОА₃, ОА₄ векторларын ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ жиіліктерімен жүргіземіз. Бұл векторларга А₁, А₂, А₃, А₄ нүктелерінде А₁ А₁, А₂ А₂, А₃ А₃, А₄ А₄ перпендикулярын қалыптастырамыз.

АФХ жүйесінде векторлар соңы анықталады нүктелер басты қисық қосылады.

2. Координат басынан 00’ сәулесі β arcsin (1/м) бұрышы заттың жартылай ось арқылы жүргізіледі. /М=1,62, β=38⁰/

3. Радиус таңдау жолымен r₁, r₂, r₃, r₄ заттық жарты шарты ценрлі шеңбер жүргізіледі, 00’ сәулесіне жанасушы және АФС жүйесі W_p.c. (iw).

а- W_p.c. (iw) тұрғызу К_р=1

б- ПИ-регуляторы үшін К_р және Т_и оптималды мәнін анықтау

5-сурет АФС объектісі қатысқан ПИ регуляторының оптималды келтіру парметірін анықтау.

4. I минималды интеграл көрсеткіш мен максмиал К_р/Т_и шартының орындалу барысында К_р және т_и оптималды мәні табылады. Ол үшін координат басынан К_р = ∫ (Т_и) жанама қисығын сызады жанама нүкте координат ПИ келтіру параметіріне оптималды мәні дереді.
4 Тапсырма

РАЖ екі контурлы ПИ ругеляторы және дифференциатордың келтіру параметіріндегі оптималды мәнді анықтау.

4.1.2 2 суретте – жобаланған дүйедегі құрылымдық сызба, 1 сур. – функционалды.

4.1.3 W_аб негізгі динамикалық мінездеме мен арадық аумақ W_аб1, 1 таблицада
1-кесте-Есептеуге берілгені

4.1.4 Ауыспалы процесстін РАЖ көрсеткіш сапасы М=1,62,

I = ∫ y(t)dt = I_мин , яғни (К_р/Т_и0 = (К_р/Т_и) max.

^o

5 Есеп беру мазмұны
5.1. Жұмыс атауы мен қысқаша мазмұны.

5.2 Келтіру параметірін есептеу.

5.3 Оптималды келтіру параметіріне графикалық тұрғызуды анықтау.
6 Бақылау сұрақтары
6.1 Дифференциаторды келтіру есептеме тәртібін анықтау және екі контурлы жүйеге аралық параметрлердің жоғалу қатынасындағы анықтау.

6.2 Пи-регуляторы үшін АФХ объектісі бойынша графоаналитикалық әдістің оңтайлы мағынасы К_р және Т_и немен анақталады

6.3 Дифференциаторларды келтіру параметрлеріне қандай көлем, мөлшер жатады

6.4 Дифференциатор мен ПИ регуляторының /реттену тәсілдерін ата/ ауыспалы мінездемесін сыз.

6.5 Бастаушы ьу температурасының реттеу тәсілдерін ата.

6.6 Температура реттеу аумағының динамикалық қасиетіне анықтама бер.

6.7 Бастаушы бу температурасының реттелуін жалпылама схемада салқындатқыш су көлемімен немесе жеке конденсат арқылы анықта.

1 Жұмыстың тағайндамасы

Осы жұмысты орындау барысында студент білгені жөн:

1. Автоматты реттеу жйесінің (АРЖ) объектілерінің эсперименталды жиілік сипатын анықтай алу керек.

2. Алғашқы үндестіктердің кіріс және шығыс тербелістерін есептеу әдістерімен көрсетуі керек.

3. Кіріс және шығыс тербелістері, ампилтудалық-жиілік, фазалық-жиілік және кешенді-жиілік сипаттардың кестесін жасауы керек.
2 Теориялық мәліметтер
Өндірістік объектілердің динамикалық сипаттарын зерттеу әдістерінің бірі болып, жиілік әдісі саналады, ол үндестік туындаған жағдайдағы жиіліктен пайда болып әсердің тәуелділігін анықтайды.

Сипаттама эксперимент жүзінде төмендегідей анықталады. Алдымен объектіне қалыпты жұмыс жағдайына жақын қалыпты түрге түсіреду, содан соң синусойдалық заң бойынша реттеуші органды нақты бір жиілігі және амплитудасы бар уақытпен араластырады.

Реттелеген параметрлердің дірілдеріне де сол жиілік болады, бірақ олар амплитудасы жағынан да, фазасы бойынша да ерекшеленеді. Бұл ерекшілік объектінің динамикалық қасиетіне және діріл жиілігіне де байланысты /W/.

Әдістің ерекшелігі оның дәлдігінде, өйткені әлі тоқтап үлгермеген дірілдің әсері сырттағы тербеліске аз әсер етеді. Алайда жиілік әдіс ауыспалы сипаттама мен сатыстырғанда күрделірек экспериментті және құрал-жабдықты талап етеді.

Эсперименттің нәтижесі боыйнша амплитуда қатынасының жиілікке тәуелдік кестесін құрады
Aш (w)

A (w) = , /ЖАС/ (1)

A kk (w)
және фазалық қозғалыс кестесі

φ (w) = φ _шығ (w) – φ _кір (w), /ФЖС/ (2)

А_кір, φ_кір - шығыс сигналының амплитудасы және фазасы;

A (w) – амплитудалық-жиілік сипат /АЖС/;

φ (w) – фазалық-жиілік сипаты /ФЖС/.

Қандайда бір жиіліктің w₁ кіріс және шығыс тербелістерін

1-сурет – Амплитудалы-фазалық сипатты табу

Амплитуда және фаза бойынша қозғалысы модулі амплитудаға тең, ал аргуеті-фазалық қозғалысқа тең кешендік саннын көмегімен анықталады.
Z (iw₁) = Re(w₁) + iJm (w₁) = A (w₁)e^iφ(w₁) (3)
Мұнда

A(w₁) = √Re² + Jm² (4)

φ(w₁) = arctg 

Re(w₁) (5)

Кешендік кеңістікте бұл сан вектормен белгіленеді, оның ұзындығы А(w₁)-ге тең, ал бұрышы заттың жату өсіне тең-φ (w₁). Жиілік өзгерген кезде бұл вектор өзінің түрін және ұзындығын өзгертеді. Кешендік кеңістіктегі вектордың ұштарын көрсететін қисық жиілік 0-ден +∞-ке дейін өзгергенде объектінің кешендік-жиілік сипаты (КЖС) аталады. 1-ші суретте эксперименттік мәліметтер бойынша амплитуда мен фазалық бұрыштардың қатынастырының есептелу реті көрсетілген

W₁ = ; A_w1 = 

Т₁ А_кір (6)

2 П

Т₁

Y₁ = a₁ sin  * t + b₁ cos  * t = A₁ (sin  * t +φ) (8)

Т T Т

b₁

A = √ a₁² + b₁² ; φ = arctg  (9)

a₁

2 _T 2П

a₁ =  ∫ Y sin  τ∆ τ , (10)

T ⁰ Т

2 _T 2П

b₁ =  ∫ Y cos  τ∆ τ, (11)

T ⁰ Т
Осы формулалардың «тікбұрышты толқын» тербелістеріне қолдануы төмендегідей нәтиже береді
2 d

a_{1 кір} = ; b_{1 кір} = 0,

П
Мұнда d – бірінші үндестіктеріне кіріс тербелісінің екі жаққа «қанат жаюы»
2 П 2 П

Y₁ =  sin  τ,

d T (12)

Шығыс тербелістері кесте түрінде көрсетілген, сондықтан а₁ және b₁ коэффициенттерін анықтау үшін дәл формулалардың орнына жуық формуланы қолдануға болады.

2 – сурет – Кіріс және шығыс тербелістер арасындағы тәуелдік
2 _r 2 П 2 _r i

a_{1 =}  ∑ ∆Y_i sin  i ∆ τ =  ∑ ∆ Y_i sin 2 П  , (13)

r ⁱ⁼⁰ Т r ⁱ⁼⁰ r

2 _r i

b₁ =  ∑ ∆ Y_i cs 2П  , (14)

r ⁱ⁼⁰ r

a₁ ≈  [ Y₃ – Y₉ + 0.5 (Y₁ – Y₁₁ + Y₅ – Y₇ ) + 0.866 (Y₂-Y₁₀ + Y₄ –Y₈ ] , (15)

6
1

b₁ ≈  [ Y₀ – Y₆ + 0.5 (Y₂ + Y₁₀ – Y₄ – Y₈ ) + 0.866 (Y₁+Y₁₁ – Y₅ – Y₇] , (16)

6
Бөлшектеу кезеңінің есептелу басы кіріс тербелісінің алғашқы үндестігі фаза бойынша жылжу және олардың амплитудалық қатынастары мына формуламен табылады
b₁

φ (w₁) = arctg 

a₁
П

A (w₁) =  √ a²₁ + b²₁ , (18)

2d
Амплитудалық-фазалық сипаттаманы құраған кезде а₁ коэффициентінің белгісі амплитуда-фазалық сипаттың Re(w) заттай құрам векторының белгісіне сәйкесе екенің, ал b₁ белгісі Jm(w) белгісіне сәйкес екені ескеру керек. Сонда а₁ оң болса, b₁ кері болса, онда амплитудалық-фазалық сипаттың векторы кешенді кеңістіктің төртінші бөлігінде орналасады.

Кешенді кеңістікте оң бұрыштар сағат тіліне қарсы, ал кері бұрыштар сағат тілімен бір бағытта оң жартылай өсте қойылатынын ескерге жөн.

Шығыс сигналында үндестік құрамдарынан бөлек басқа да құрамдар болады, олар реттелетін органның тепе-теңдіктен ауытқуын ассиметриялы түрде шартқа түсіріп тұрады (амплитудалық және уақыт интервалдары бойынша).
4. Зерттеу әдісі
Зертханалық қабырғалардағы сызбада (3-сурет) орналасқан.

1-жылытқышы бар жылу объектісі; 2-жылытқыш; 3-термикалық термометр ХК; 4-екінші негізгі құрал (милливольтметр); 5-реттегіш реостат (ЛАТР).

3-сурет – Қондырғы сызбасы
Объекті ретінде зертханалық түрдегі аз инерциялы жылыту пеші қолданылған. Белгі бергіш ретінде стандартты градуировкалы зертханалық термоэлектрлік термометр қызмет жасайды. Процесстің жүрісіне реостаттың қолмен жылжиытын бөлшегі 5 қозғау салады. Қозғаудан болған әсерді милливольтметр көрсеткіші бойынша анықтайды. Жиілік сипатын тікбұрышты толқын әдісімен өлшеп алады. Сатылар жеткілікті жақдайға жеткеннен соң V=100-110B рестаттың мерзімді өзгерткішін ір жаққа жылжыту арқылы кіріс кернеуінің тікбұрышты тербелісін 20-40В амплитудасымен құру қажет. Тербеліс кезеңдері тең 1,5; 3; 3,5; 4,5 минут қабылдайды. Өлшеу мөлшері 4-5-тен кем болмауы тиіс. Объектінің берген әсерін ∆ V(t) көрсеткіші бойынша анықтайды. Кіріс және шығыс сигналдарының алғашқы үндестігін анықтау үшін мына формулалар қолданылады.

2d

П

х_шығ (t) = A sin (wt + φ) (20)

d

2
2П

W =  – негізгі үндестіктің бұрыштық жиілігі;

Т
Т – тербеліс кезеңі

А = √ а²₁ + b²₁ ; ctg φ =  ;

a₁
1

a₁=  [ Y₃ – Y₉ + 0.5( Y₁ – Y₁₁ + Y₅ – Y₇)+0.866(Y₂ – Y₁₀ + Y₄-Y₈) ]

6
1

b₁=  [ Y₀ – Y₆ + 0.5(Y₂ + Y₁₀ + Y₄ – Y₈)+0.866(Y₁ + Y₁₁ – Y₅ – Y₇) ]

6
Y₀, Y₁ … , Y₁₁ – шығыс сигналының кестелік ординатасы (12 ордината әдісі). Алынған нәтижелер негіщінде объектінің жиілік сипаттамасын жасайды.
5 Жұмыстың орындалу реті
1. Зертелетін объектінің және қолданылатын өлшегіш аппаратурасымен таныстыру.

2. №қрндырғыны іске қосу және U = 100B, болғандағы негізгі тепеөтеңдік жағдайын тосу, содан соң амплитудасы 30В және мерзімді тербелісі 1,5; 3; 3,5; 4; 5 минут болатын керіскернеуінің тікбұрышты тербелісін құру

3. Бір кестеге әр 30 секунд сайын шығыс сигналының тербелісін, яғни пеш температурасының мәнін жазу.

4. Кестелерде кіріс және шығыс сигналдарынын алғашқы үндестіктерін көрсету.

5. Кіріс және шығыс сигналдарының амплитудалық мәнін және фазалық жылжыуынын мәнін екі 2-кестеге жазу.

6. Эксперимент нәтижелері бойынша АЖС, ФЖС, КЖС құру.

2. Зертханалық қондырғының сызбасы.

3. Өлшем, сызба және есептер нәтижеоерінің кестесі.

4. Ұяшық түрі тіралы қорытынды.

2-кесте. Жиілік сипаты

2. Т_об, К_об параметрлері АЖС және ФЖС объектілеріне қалай әсер етеді?

3. АРЖ қарапайым ұяшықтардың КЖС-ы, олардың жалғасуы кезінде және параллель байланысуы кезінде қалай анықталады?

4. «Тікбұрышты толқын» тербелісі кіріскен кезде өздігінен тегістелмейтін объектідегі шығыс тербелісінің сипатын салу. Кіріс және шығыс тербелістерінің алғашқы үндестіктері коэффициенті қалай анықталады?

5. АФС бойынша объектіні өткізу коэффициенті қалай анықталады?

6. Қала беретін ұяшықтың АФС бойынша қалу уақытын қалай анықтауға болады?

7. Өткізгіштік қызметі бойынша КЖС-ы қалайша анықталады?

8. Өткізгіштік қызметі бойныша обеъктінің КЖс-ын анықтау мүмкіндігін математикалыө тұрғыдан дәлелдеу.

Әдебиет

2 Манйлов П.Н. Теплотехнические измерения и автоматизация тепловых процессов. – М.: Энергия, 1976.