Моделирование многомерной системы управления реактором

Разработка программы моделирования объекта в среде пакета MathCAD с использованием встроенных функций. Стехиометрический анализ и модель кинетики. Моделирование режима запуска и вывода аппарата на нужный режим. Математическая модель динамики объекта.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Курсовая работа по дисциплине «Моделирование систем»

Тема: “Моделирование многомерной системы управления реактором”

Содержание

Введение

1. Краткая характеристика объекта

1.1. Принципиальная схема объекта моделирования

1.2 .Исходные данные

2. Разработка математической модели аппарата

2.1. Стехиометрический анализ и модель кинетики

2.2. Математическая модель динамики объекта

2.3. Математическая модель статики объекта

2.4. Синтез формализованной модели объекта

3. Исследование статики и динамики объекта

4. Оптимизация режима работы аппарата

5. Моделирование системы управления нелинейного объекта с использованием линейных типовых регуляторов

5.1. Получение кривых разгона

5.2. Идентификация объекта управления

5.3. Оценка параметров настроек регулятора

6. Моделирование линеаризованной системы

Заключение

Список литературы

Реферат

В курсовой работе по исходной модели объекта управления:

- разработка математической модели объекта;

- получение статических характеристик объекта по уравнениям динамики;

- нахождение переходных функций;

Для решения поставленных задач разрабатывается программа моделирования объекта в среде пакета MathCAD с использованием встроенных функций. Суть метода заключается в моделировании на ЭВМ режима запуска и вывода аппарата на нужный режим.

- проведена оптимизация модели объекта;

- проведена идентификация модели объекта типовыми звеньями;

- проведено моделирование системы управления линеаризованного объекта с линейными регуляторами (ПИ-закон регулирования);

Работа содержит:

- 58 страниц;

- 13 рисунков;

- 2 структурные схемы;

- 1 таблица.

Использовано 4 литературных источника.

Введение

Моделирование-это исследование каких-либо явлений, процессов или систем путём построения и изучения их моделей с целью определения и уточнения характеристик этих систем.

Математическое моделирование - это исследование объектов и систем путём построения их математических моделей, изучения их свойств и характеристик объектов на этих моделях.

В данной курсовой работе объектом исследования является химический реактор емкостного типа, снабжённый механической мешалкой. Химические реакторы являются важнейшими аппаратами химической технологии, т.к. именно в них в результате химических превращений из исходного сырья получают необходимые продукты. Многообразие химических реакций обуславливает большое число типов реакторов, отличающихся конструкцией, режимом работы (непрерывный, периодический), агрегатным состоянием компонентов (жидкое, газообразное, плазмохимическое), тепловым режимом (изотермический, адиабатический, политропический), режимом движения фаз и их количеством (гетерогенные, гомогенные). В общем случае реакторы являются сложной физико-химической системой, в которой протекают все типовые процессы.

Химическое взаимодействие веществ на молекулярном уровне сопровождается отводом или подводом тепла (теплоперенос), транспортированием компонентов из одной фазы в другую (массоперенос), движением фаз в зоне реакции, определяемым структурой гидродинамических потоков. Поэтому модели химических реакторов строятся на основе блочного принципа.

Перечисленные типовые процессы и явления, протекающие в реакторах, можно разделить на явления микро и макро уровня.

Микроуровень - это взаимодействие молекул химических веществ.

Макроуровень характеризуется явлениями и процессами, происходящими на уровне локальных объемов аппаратов и реактора в целом.

Основу модели любого реактора составляет модель кинетики и модель гидродинамики, определяющее распределение времени пребывания компонентов в аппарате.

Целью курсовой работы являются закрепление и углубление знаний по дисциплине «Моделирование систем управления», а также развитие практических навыков исследования динамики и статики объектов химической технологии и систем управления.

1. Краткая характеристика объекта

1.1 Принципиальная схема объекта моделирования

Рис 1. Принципиальная схема объекта моделирования.

В реакторе емкостного типа объемом Vp, снабженном механической мешалкой, проводятся экзотермические реакции:

Реагент с концентрацией подаётся в потоке . Поток служит для разбавления реакционной смеси. Смесь из реактора забирается насосом, величина потока может регулироваться клапаном. Благодаря интенсивному перемешиванию структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения. Аппарат работает в политропическом режиме.

Выходные переменные объекта:

Объём (уровень) реакционной смеси - Vp; концентрации компонентов в выходном потоке - ; температура смеси в аппарате - t; температура жидкости в рубашке - .

Входные переменные объекта:

Расходы потоков на входе и выходе из аппарата -; концентрация вещества А во входном потоке - СА; температуры входных потоков-t1,t2,tхлвх; расход хладагента на входе в рубашку -vхл

1.2 Исходные данные

Таблица 1.

Исходные данные.

<...

№	Наименование	Единицы измерения	Численное значение	Обозначение
1	2	3	4	5
1	Теплоемкость вещества в аппарате и входных потоках.	КДж/кгК	4,19	Ср
	Теплоемкость хладагента.			Cхл
2	Плотность вещества в аппарате и входных потоках.	Кг/л	1,2
	Плотность насыщенного хладагента.		0,978	pхл
3	Тепловой эффект реакции	КДж/моль	400	Н
4	Предэкспонентциальный множитель константы скорости	1/мин	20 1 10 2	К10 К20 К30 К40
5	Энергия активации	КДж/моль	20000 25000 20000 20000	Е1 Е2 Е3 Е4
6	Концентрация компонента А на входе	моль/л	1.1	Савх
7	Расход на входе в реактор (основной поток)	л/мин	1.5	1
8	Расход на входе в реактор (растворитель)	л/мин	0.5	2
9	Температура хладагента	0С	30	tхл
10	Температура на входе в реактор (основной поток)	0С	30	t1
11	Температура на входе в реактор (растворитель)