Автоматическая система регулирования промышленного кондиционера (стр. 4 из 5)
0.9953 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0.9984 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0.0186 0.9907 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0.9989 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0.0127 0.9937 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0.9987 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0.0093 0.9953 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0.9993 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0.0058 0.9971 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000 0
1.0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.0000
0 -1.0000 1.0000 -1.0000 1.0000 -1.0000 1.0000 -1.0000 1.0000 0 0 0
Column 37
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1.0000
B1 =
0.0384 0 0 0
0.0005 0 0 0
0.0000 0 0 0
0 -0.0033 0 0
0 -0.0001 0 0
0 0 0.0384 0
0 0 0.0005 0
0 0 -0.0000 0
0 0 0 0.0384
0 0 0 0.0005
0 0 0 0.0000
0 0.0007 0 0
0 0.0000 0 0
0 0 0.0004 0
0 0 0.0000 0
0 0 0 0.0013
0 0 0 0.0000
-0.0011 0 0 0
-0.0000 0 0 0
0 0.0002 0 0
0 0.0000 0 0
0 0 0.0008 0
0 0 0.0000 0
0 0 0 0.0006
0 0 0 0.0000
-0.0002 0 0 0
-0.0000 0 0 0
0 0.0001 0 0
0 0.0000 0 0
0 0 0.0001 0
0 0 0.0000 0
0 0 0 0.0001
0 0 0 0.0000
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
C1 =
Columns 1 through 20
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Columns 21 through 37
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
K =
1.0e+003 *
Columns 1 through 12
0.0004 0.0064 0.0046 -0.0111 0.0123 0.0006 0.0060 -0.0045 0.0004 0.0060 0.0045 0.0046
0.0006 0.0021 0.0055 -0.0062 0.0107 0.0005 0.0020 -0.0055 0.0007 0.0020 0.0055 0.0148
0.0021 0.0062 0.0043 -0.0115 0.0122 0.0021 0.0068 -0.0043 0.0016 0.0061 0.0043 0.0395
0.0023 0.0057 0.0037 -0.0011 0.0110 0.0021 0.0056 -0.0037 0.0027 0.0064 0.0038 -0.0981
Columns 13 through 24
-0.0165 0.0305 -0.0271 0.0328 -0.0278 -0.0629 -0.0589 -0.0539 -0.0589 0.0373 -0.1078 0.0462
0.0382 -0.0327 0.0614 -0.0367 0.0630 -0.0073 0.0034 -0.0202 0.0034 -0.0268 0.0053 -0.0211
-0.0126 0.0753 -0.0215 0.0795 -0.0221 0.1055 0.0455 0.1545 0.0455 0.0897 0.0883 0.0549
-0.0270 -0.0866 -0.0464 -0.0869 -0.0482 -0.0302 0.0153 -0.0766 0.0153 -0.1052 0.0240 -0.0859
Columns 25 through 36
-0.1173 -0.1704 -0.0363 -0.2339 -0.0512 -0.1978 -0.0673 -0.3134 -0.1028 0.0004 -0.0002 -0.0008
0.0054 0.1627 0.0338 0.2241 0.0479 0.1893 0.0633 0.3033 0.0968 0.0006 0.0007 0.0000
0.0982 -0.5156 -0.0681 -0.7405 -0.1021 -0.6439 -0.1429 -1.0379 -0.2414 0.0004 -0.0002 0.0006
0.0244 0.5344 0.0678 0.7721 0.1016 0.6741 0.1429 1.0857 0.2443 0.0003 -0.0006 0.0002
Column 37
-0.0003
0.0003
-0.0006
0.0006
L =
0.0623 -0.0000 -0.0000 0.0000
0.0771 -0.0000 -0.0000 0.0000
0.2162 -0.0000 -0.0000 0.0000
0.2181 0.0000 -0.0000 -0.0000
0.5175 0.0000 -0.0000 -0.0000
0.0623 -0.0000 0.0000 -0.0000
0.0771 -0.0000 0.0000 -0.0000
-0.2162 0.0000 -0.0000 0.0000
0.0623 0.0000 0.0000 0.0000
0.0771 0.0000 0.0000 0.0000
0.2162 0.0000 0.0000 0.0000
-0.0000 0.1229 0.0000 -0.0000
-0.0000 0.3421 0.0000 -0.0000
-0.0000 0.1079 0.0000 0.0000
-0.0000 0.3455 0.0000 0.0000
0.0000 0.1076 -0.0000 -0.0000
0.0000 0.3482 -0.0000 -0.0000
0.0000 0.0000 0.0789 -0.0000
0.0000 0.0000 0.2349 -0.0000
0.0000 -0.0000 0.1252 -0.0000
0.0000 -0.0000 0.3223 -0.0000
-0.0000 0.0000 0.1000 0.0000
-0.0000 0.0000 0.3037 0.0000
0.0000 0.0000 0.0665 0.0000
0.0000 0.0000 0.2504 0.0000
-0.0000 0.0000 0.0000 0.0709
-0.0000 0.0000 0.0000 0.2282
-0.0000 -0.0000 0.0000 0.0839
-0.0000 -0.0000 0.0000 0.2651
0.0000 -0.0000 0.0000 0.0613
0.0000 -0.0000 0.0000 0.2373
0.0000 0.0000 0.0000 0.0892
0.0000 0.0000 -0.0000 0.3165
1.6703 0.0000 -0.0000 -0.0000
0.0000 1.6189 0.0000 0.0000
-0.0000 0.0000 1.6746 0.0000
-0.0000 0.0000 0.0000 1.6746
5. Моделирование замкнутой системы и оценка качества переходных процессов
Для получения переходных процессов следует сформировать матрицы замкнутой системы и получить переходные процессы с помощью программы dstep.
Ar=[Ad-Bd*K1 -Bd*K2-L1 L1; C eye(2)-L2 L2; zeros(2,8) zeros(2) eye(2)];
Br=[zeros(8,2); zeros(2); eye(2)];
Cr=[-K zeros(2)];
При оценке качества переходных процессов необходимо чтоб отклонение управляющих воздействий не превышало 30% открытия.
Максимальное возмущение следует принять на уровне 10% номинального значения соответствующих параметров. Допустимое значение регулируемых переменных нужно принять равными 20% номинального значения.
Рисунок. Переходные процессы замкнутосистемы(f=[0.5;05;05;1];z=[7;0.8;1.5;2.8])
6. Преобразование модели регулятора в форму, отвечающую ее реализации в программном обеспечении
ПИ закон регулирования вычисляется по формулам:
y=C*x; x=Ad*x+Bd*(u+f);
e=-z+y;
u=Cr*xr; xr=Ar*xr+Br*e;
Где Ar,Br,Cr матрицы регулятора:
K1=K(:,1:n);K2=K(:,n+1:n+m);
L1=L(1:n,:);L2=L(n+1:n+l,:);
Ar2=[ Ad-Bd*K1 -Bd*K2-L1 L1;
C eye(l)-L2 L2;
zeros(l,n) zeros(l) eye(l)];
Br2=[Bd;zeros(l,m);eye(m)];
Cr2=[-K zeros(m,l)];
7. Выбор технических средств реализации системы управления
Технические средства реализации системы управления включают датчики регулированных параметров, исполнительные механизмы и регулирующие органы, преобразователи, рабочую станцию.
Общая структурная схема рабочей станции изображена на рисунке
Рабочая станция имеет вид:
Рисунок. Схема рабочей станции.
| № | Наименование | Количество |
| 1 | Мат. плата Gigabyte GA-EG41MFT-US2H | 1 |
| 2 | Процессор DualCore AMD Athlon 64 X2, 2200 MHz (11 x 200) 4200+ | 1 |
| 3 | Модуль памяти DIMM2: Samsung M3 78T2863QZS-CF7 1Гб | 2 |
| 4 | Жесткий диск SAMSUNG 500Гб | 1 |
| 5 | ВидеокартаNVIDIA GeForce 8500 GT 512мб. | 1 |
| 6 | Монитор 19 LG TFT W1942SE PF | 1 |
| 7 | Клавиатура Sven KB-2925 PS/2 | 1 |
| 8 | МышьA4Tech A4Tech OP-50D Optical PS/2 | 1 |
| 9 | Корпус Zalman MS1000-HS1 | 1 |
Таблица. Технические характеристики компьютера
| № | Тип | К-во | Найменування |
| 1 | БАЙКАЛ-МК | 1 | Гигрометр кулометрический стационарный |
| 2 | ADAM-4013 1 | 3 | термометр сопротивления |
| 3 | ADAM 4069 | 4 | Модуль c релейными выходами, 8 реле с нормально разомкнутым контактом, нагрузочная способность контактов: 250 В/ 5 A для перем. тока, 30 В/ 5 A для пост. тока, время включения 5 мс , время выключения 5,6 мс |
| 4 | МЭО 40/25-0,25 | 4 | Механизм исполнительный одно-оборотный , номинальный крутя-щий момент 40кгс/м, номинальный ход выходного органа 0,25 оборота за 25с, Напряжение питания 220В. Частота 50Гц |
Таблица. Упрощённая спецификация технических средств.
8. Технические средства автоматизации
БАЙКАЛ-МК гигрометр кулонометрический стационарный
Предназначен для измерений объемной доли влаги в азоте, кислороде, водороде, углекислом газе, воздухе и их смесях, а также в инертных и других газах, не взаимодействующих с фосфорным ангидридом, и представляет собой стационарный прибор непрерывного действия. Принцип действия гигрометра основан на кулонометрическом методе измерения. Гигрометр выпускается в 3-х исполнениях:
- с датчиком на высокое давление (от 0,16 до 40 МПа);
- с датчиком на низкое давление (от 0,03 до 0,16 МПа);
- с датчиком на разрежение (от минус 0,005 до плюс 0,03 МПа).
Гигрометр используется в химической, нефтехимической промышленности, на предприятиях по производству полупроводников, микросхем, микроконтроллеров, полимерных материалов, легированных сталей, а также в атомной промышленности и наземных космических объектах. Показатели конкурентоспособности:
- выбор единиц измерений по влажности с отображением на дисплее: ppm, мг/м3, °С т.р.;
- наличие интерфейса RS-485 для связи с ЭВМ;
- наличие функции почасового и суточного архива с энергонезависимой памятью;
- дисплей повышенной яркости;
- автоматический выбор диапазонов измерений;
- высокая точность и надежность;
- устройство сигнализации о неисправности чувствительного элемента;
- устройство задания и сигнализации о превышении в анализируемом газе заданного значения объемной доли влаги;
- активная защита чувствительного элемента по напряжению и влажности;
- измерительная схема гигрометра выполнена на микроконтроллере;
- возможность реализации альтернативной независимой поверки при отсутствии эталонов;
- возможность размещения блоков гигрометра друг от друга на расстоянии до 300 м.
ADAM-4013 1-канальный модуль аналогового ввода сигнала стермосопротивления
Вывод
Разработан проект автоматической системы регулирования промышленного кондиционера. Данный проект включает следующие элементы:
1) Математическое обеспечение: разработана математическая модель объекта виде матриц входов, внутренних состояний и выходов; данные матрицы переведены в дискретное время; разработан многомерный ПИ регулятор. Все расчеты проведены автоматически в среде Matlab.
2) Техническое обеспечение: разработан функциональная схема автоматизации, подобрано оборудование для технической реализации данной системы.
3) Программное обеспечение: разработана программа, моделирующая поведение системы.
Испытание данной программы показало удовлетворительные результаты, что говорит о том что разработанное математическое обеспечение адекватно объекту автоматизации
Литература
1. Стопакевич А.А. Теория систем и системный анализ. Учебник для вузов.- Киев: ВИПОЛ, 1996.-200 с.
2. Стопакевич А.А. Сложные системы: анализ, синтез, управление. Монография. - Одесса: КРЕД, 2004.-278 с.
3. Демченко В.А. Автоматизация и моделирование технологических процессов АЭС и ТЭС.- Одесса: Астропринт, 2001.-308с.
4. Потемкин В.Г., Рудаков П.И. Matlab 5.0 для студентов. - М.: Диалог-МИФИ, 1999.-448с.
5. Стопакевич А.А. Matlab. Методические указания к лабораторным работам, курсового и дипломного проектирования. - Одесса, 2000.-18 с.
6. Каталог продукции фирмы ProSoft. - М.,2003.-178 с.
7. Чистяков В.С. Краткий справочник по теплофизическим измерениям. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-320 с.
Приложение А
Текст программы
A=[-1/118 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
1/26.7 -1/26.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 4/14 -2/14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 -1/1300 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 4/80 -2/80 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 0 0 -1/118 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 0 0 1/26.7 -1/26.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;
0 0 0 0 0 0 4/-14 -2/14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0;