Синтез системы управления процессом воздухообмена и теплообмена на станции Речной вокзал Новосибирского (стр. 7 из 15)
Рис.2.19. Функциональная схема управления шиберами в тоннеле: UП – напряжение питания механизма; UУ – сигнал управления исполнительным механизмом; α – угол поворота рычага; RВ - аэродинамическое сопротивление воздуха, Q – расход наружного воздуха.
Конструкция управляемых шиберов предусматривает «свободный» проход поездов при полностью открытых шиберах.
Рис.2.20. Схема регулятора воздухораспределения: 1 - шиберы,
2 – МЭО , 3 - передаточное устройство
Математическую модель управляемых шиберов можно представить в виде пропорционального (усилительного) звена. Следовательно, передаточная функция будет иметь вид:
(2.8)Коэффициент усиления УШ КУШ определяется из следующих условий: выходная величина R [
] – аэродинамическое сопротивление участка, входная α [рад] – угол поворота управляемых шиберов. Значения аэродинамического сопротивления были рассчитаны по данным [8]. Данные представлены в табл.2.1.Таблица 2.1
| α, рад | 0 | 0,26 | 0,52 | 0,79 | 1,05 | 1,31 | 1,57 |
RТ*  ,  | 1,6 | 1,748 | 1,832 | 2,046 | 2,327 | 2,791 | 3,304 |
По таблице 2.1 строим график зависимости R от α (рис.2.21).
Рис.2.21. Зависимость аэродинамического сопротивления регулятора R от угла поворота шиберов a
Проведем линеаризацию несущественных нелинейностей и вычислим коэффициент регулятора, как отношение выходной величины к входной:
, 
.Диапазон изменения:
[ 
].Выбираем для предполагаемого диапазона рабочих углов шиберов номинальное значение данного коэффициента из полученного диапазона:
[ ].Линеаризация характеристики УШ RТ = f(α) требует ввода постоянной составляющей 
[
].Структурно УШ представлен на рис. 2.22.
Рис. 2.22 Структурная схема управляемых шиберов
2.3.3 Аэродинамический объект
Аэродинамический объект – это часть подсистемы, описывающая взаимосвязь расхода воздуха Q в тоннеле c аэродинамическим сопротивлением R участка тоннеля. Физически она представляет собой участок вентиляционной сети метрополитена, примыкающий к платформе станции, на котором установлен регулятор.
На основании работ [10,11] в качестве математической модели аэродинамического объекта было принято апериодическое звено первого порядка. Таким образом, передаточная функция запишется в виде:
(2.9)где ТА – постоянная времени, КА – коэффициент, определяемый по аэродинамической характеристике, как тангенс угла наклона касательной.
Диапазон изменения ТА: 0,4…2,2 с [10].
Строим график аэродинамической характеристики по расчетным данным [8], представленным в табл.2.2.
Таблица 2.2
RТ*  , | 1,6 | 1,748 | 1,832 | 2,046 | 2,327 | 2,791 | 3,304 |
QП ,  | 41,5 | 39,69 | 38,78 | 36,69 | 34,41 | 31,42 | 28,88 |
Рис.2.23. Зависимость расхода воздуха от аэродинамического сопротивления системы управляемых шиберов.
Как видно из графика (рис.2.23), зависимость Q от R имеет слабовыраженный нелинейный характер. При увеличении аэродинамического сопротивления расход воздуха уменьшается, что согласуется с физикой протекающих процессов. Значит, коэффициент КА должен отражать обратно пропорциональную зависимость, т.е. быть отрицательным.
Рассчитаем коэффициент КА :
, 
.Диапазон изменения: 
[
]. Для расчета будем использовать номинальное значение: 
[ ], соответствующее ожидаемому рабочему диапазону изменения расхода воздуха в тоннеле.Диапазон изменения ТА: 0,4…2,2 с. [9].
Структурно аэродинамический объект представлен на рис.2.24.
Линеаризация статической характеристики аэродинамического объекта Q = f (R) требует ввода постоянной составляющей Q0 = 53 .
2.3.4 Датчик расхода воздуха
В системе используется интеллектуальный датчик разности давлений серии Метран-100 (модель 1411) [13]. В пункте 2.2.5 представлено его подробное описание.
Передаточную функцию такого элемента можно представить в виде коэффициента усиления КДТВ, который рассчитывается из следующих соображений. Максимальное значение расхода воздуха достигает 53
, чему должен соответствовать максимальный выходной сигнал 10В, т.е. 
(2.10)Структурная схема датчика приведена на рис. 2.25.
QТВ UQ2
Рис.2.25 Структурная схема датчика расхода воздуха
2.3.5 Математическая модель САУ УШ
По рассмотренным выше математическим моделям звеньев, входящих в данную систему, составлена обобщенная математическая модель системы управления подвижными шиберами (рис.2.26).
Рис.2.26. Обобщенная математическая модель системы управления подвижными шиберами
Из рис.2.26 выведем выражение для объекта управления, которое будет иметь следующий вид:
(2.11)Обозначим
и перейдем от символической формы представления (2.11) к дифференциальному уравнению: 
(2.12)Теперь представим объект управления в форме Коши, для этого введем переменные состояния:
Тогда, исходя из (2.12), система уравнений в форме Коши примет вид:
2.4 Математическая модель системы управления тепловым режимом на станции
Систему управления тепловым режимом на платформе станции (рис.2.1) можно разделить на две подсистемы: система управления расходом воздуха ВТЗ (САУ ВТЗ) и система управления расходом воздуха управляемых шиберов (САУ УШ).
Передаточная функция САУ ВТЗ имеет вид:
Передаточная функция САУ УШ имеет следующий вид:
2.5 Выводы
В данной главе была исследована система вентиляции на станции «Речной вокзал» Новосибирского метрополитена. Приведены функциональные схемы и дано поэлементное описание системы управления производительностью вентилятора воздушно-тепловой завесы и системы управления шиберами.