Аналіз та синтез системи автоматичного регулювання швидкості двигуна прокатного стану

Методи моделювання динамічних систем. Огляд методів синтезу. Математичне забезпечення вирішення задачі системи управління. Моделювання процесів за допомогою пакету VisSim. Дослідження стійкості системи управління. Реалізація програмного забезпечення.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

ЗМІСТ

• Перелік позначень та скорочень
• Вступ
• 1 Постановка задачі дослідження
• 1.1 Опис предметної області
• 1.2 Методи моделювання динамічних систем
• 1.2.1 Структурний метод моделювання
• 1.2.2 Рішення диференціального рівняння за допомогою методу пониження порядку похідної
• 1.2.3 Рішення диференціального рівняння за допомогою методу канонічної форми, де маються похідні від вхідного сигналу
• 1.3 Огляд методів синтезу
• 1.3.1 Синтез регуляторів систем автоматичного управління
• 1.3.2 Синтез систем автоматичного управління на основі частотних критеріїв якості
• 1.3.3 Метод логарифмічних амплітудних характеристик
• 1.3.4 Метод підлеглого регулювання
• 1.4 Постановка задачі дослідження
• 2 Математичне забезпечення вирішення задачі системи управління
• 2.1 Математичний опис елементів системи управління
• 2.2 Математична модель системи управління
• 3 Вирішення задачі дослідження
• 3.1 Будування моделі системи управління
• 3.2 Моделювання процесів за допомогою пакету VisSim
• 3.2.1Опис пакету VisSim
• 3.2.2 Аналіз моделювання процесів в системі регулювання швидкості двигуна прокатного стану
• 3.3 Дослідження стійкості моделі системи управління
• 3.3.1 Використання пакету ProgramCC
• 3.3.2 Критерій Найквіста
• 3.4 Методи налаштування контурів
• 4 Реалізація програмного забезпечення
• 4.1 Розробка бази даних
• 5 Економічне обґрунтування наково-дослідної роботи
• 5.1 Основні положення
• 5.2 Обґрунтування мети дослідження
• 5.3 Оцінка рівня науково-технічного ефекту роботи
• 6 Охорона праці та навколишнього середовища
• 6.2 Охорона навколишнього середовища
• Висновки
• Список джерел інформації

Перелік позначень та скорочень

ТАУ - теорія автоматичного управління;

САУ - система автоматичного управління;

ЕДС - електрорушійна сила;

ПС - прокатний стан;

ПФ - передатна функція;

АУ - автоматичне управління;

ДР - диференційне рівняння;

ЛЧХ - логаріфмічна частотна характеристика;

ХР - характеристичне рівняння;

АФХ - амплітудно - фазова характеристика;

АФЧХ - амплітудно - фазова частотна характеристика;

ЛАЧХ - логаріфмічно - амплітудна частотна характеристика;

ЛФЧХ - логаріфмічно - фазова частотна характеристика;

ОПФ - одинична перехідна функція.

Вступ

Темою дипломної роботи є аналіз та синтез системи автоматичного регулювання швидкості двигуна прокатного стану з використанням пакетів прикладних програм .

Теорія автоматичного управління (ТАУ) - наукова дисципліна, що виявляє загальні закономірності функціонування, що властиві для автоматичних систем різної фізичної природи, і на основі цих закономірностей розробляє принципи побудови високоякісних систем керування.

Метою дипломної роботи є аналіз та синтез системи автоматичного регулювання швидкості двигуна прокатного стану. САУ повинна стабілізувати швидкість двигуна прокатного стану. За допомогою методів синтезу необхідно налаштувати контур. Аналіз та синтез системи автоматичного регулювання двигуном прокатного стану виконати за допомогою пакетів прикладних програм VisSim та Program CC.

1 Постановка задачі дослідження

1.1 Опис предметної області

Прокатний стан - машина для обробки тиском металу та інших матеріалів між обертовими валками, тобто для здійснення процесу прокатки [1]. У більш широкому смислі, ПС - це автоматична система або лінія машин (агрегат), що виконує н лише прокатку, але й допоміжні операції: транспортування вихідної заготовки зі складу до нагрівних печей та до валків стану, передачу прокатуваного матеріалу від одного калібру до іншого, кантівку, транспортування металу після прокатки, різку на частини, манкіровку, правку, упаковку, передачу на склад готової продукції тощо.

Головний признак, що відрізняє прокатний стан - це його призначення в залежності від сортименту продукції або виконуваного технологічного процесу. По сортименту продукції ПС поділяють на за готівкові, у тому числі стани для прокатки слябів та блюмів, листові й смугові, сортові, у тому числі балочні та дротові, трубопрокатні й детелепрокатні(бандажі, колеса, осі) тощо. З точки зору технологічного процесу ПС поділяють на ливарно - прокатні(агрегати), обтискні(для обтиску злитків), у тому числі слябів та блюмів, реверсивні одноклетові, тандеми, многоклетові, безперервні, холодної прокатки. Розмір ПС, призначеного для прокатки листів та полос, характеризується довжиною бочки валків, для заготівлі або сортового металу - діаметром валків, а трубопрокатного стану - зовнішнім діаметром прокатуваних труб.

Обладнання ПС, що служить для деформації металу між валками, що обертаються, зветься основним, а для виконання інших операцій - допоміжним. Основне обладнання складається з однієї або декількох головних ліній, у кожній з яких розташовується три види пристроїв: робочі кліті (одна або декілька) - до них відносяться прокатні валки з підшипниками, станіни, настановні механізми, плітовіни, проводки, електродвигуни для оберту валків, передатні пристрої від електродвигунів до прокатних станів, що складаються, головним чином, із шестеренної кліті, шпинделів та муфт. Між шестеренною кліттю й електродвигуном часто встановлюють ще й редуктор. Якщо кожний валок має свій електродвигун, передатні пристрої складаються лише з шпинделів. Найбільше розповсюдження отримали стани з горизонтальними валками: двовалкові, трьохвалкові, чотирьохвалкові та багато валкові.

Рисунок 1.1- Схема розташування валків в робочій кліті двовалкового ПС.

Для обтиску металу по боковим поверхням використовують клеті з вертикальними валками, що отримали назву еджерів. Стани, у яких поблизу горизонтальних валків розташовані вертикальні, звуться універсальними. Вони служать для прокатки широких полос та двотаврових балок з широкими полками. В станах гвинтової прокатки валки розташовані в робочій клеті косо - під кутом подачі. Такі стани використовують для прокатки труб, осей, шарів тощо.

Кількість та розташування робочих клітей ПС визначається його призначенням, потрібною кількістю проходів металу для отримання даного профілю та заданою продуктивністю. З цього признаку ПС поділяються на вісім типів: одноклетовий, лінійний, здвоєний, ступінчастий, безперервний(з груповим та індивідуальним приводом), напівбезперервний, послідовний та шаховий. До одноклетових станів відносяться більшість блюмів, слябів, шаропрокатних станів, станів для холодної прокатки листів, стрічок та труб. У випадку, коли в одній робочій кліті не вдається розташувати необхідну кількість калібрів, або коли потребується висока продуктивність, використовують стани з декількома робочими клітями. Найбільш досконалий многоклетевий стан - безперервний, у якому метал одночасно прокатується в декількох клітях. Безперервні стани служать для гарячої прокатки заготівки, полос, сортового металу, дроту, труб, а також для холодної прокатки листів, жерсті, стрічки та інших профілів.

Багатоклітевий безперервний прокатний стан двох або більше клітей, розташованих таким чином, щоб метал, що пройшов через одну кліть прямолінійно переходив в іншу. При безперервній прокатці різні кліті синхронізовані таким чином, щоб смуга могла прокочуватися у всіх клітях одночасно. На відміну від стану з однією кліттю.

Рисунок 1.2- Багатоклітевий прокатний стан

Швидкості прокатки достатньо відрізні та залежать, головним чином, від потрібної продуктивності ПС, сортименту прокатуваної продукції та технологічного процесу. У обтискних, заготівкових, товстолистових, крупно сортових станів швидкість прокатки становить приблизно 2 - 8 м/с. Найбільші швидкості характерні для безперервних станів: при обтиску сортового металу 10 - 20 м/с, смугового 25 - 35 м/с, дроту 50 - 70 м/с, при холодному обтиску жерсті - 40 м/с.

Дуже важливою є задача покращення та підтримка функціонування об'єкту, що досліджується. Автоматичне управління в техніці, сукупність дій, спрямованих на підтримку або поліпшення функціонування керованого об'єкта без безпосередньої участі людини у відповідності із заданою метою управління. АУ широко застосовується в багатьох технічних і біотехнічних системах для виконання операцій, не здійсненних людиною у зв'язку з необхідністю переробки великої кількості інформації в обмежений час, для підвищення продуктивності праці, якості та точності регулювання, звільнення людини від управління системами, що функціонують в умовах відносної недоступності або небезпечних для здоров'я. Мета управління тим чи іншим чином пов'язується зі зміною в часі регульованою (керованої) величини - вихідний величини керованого об'єкта. Для здійснення мети управління, з урахуванням особливостей керованих об'єктів різної природи та специфіки окремих класів систем, організується вплив на керуючі органи об'єкта - керуючий вплив. Воно призначене також для компенсації ефекту зовнішніх збурюючих впливів, які прагнуть порушити необхідну поведінку регульованої величини. Керуючий вплив виробляється пристроєм управління. Сукупність взаємодіючих елементів керуючого пристрою і керованого о...