Разработка алгоритмов и выбор регуляторов для управления продуктопроводом с большим транспортным запаздыванием
Работа посвящена разработке алгоритмов и выбору регуляторов для управления продуктопроводом с большим транспортным запаздыванием. Произведен анализ существующих алгоритмов управления реальным объектом с большим транспортным запаздыванием, а также исследование и сравнительный анализ предиктора Смита и пропорционально интегрально дифференциальный регулятора.
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 13
1 Литературный обзор …………………………………………………………………………………. 16
1.1 Технологические процессы с транспортным запаздыванием …………………… 16
1.2 Идентификация объекта управления ………………………………………………………. 19
1.2.1 Графический метод идентификации с помощью переходной
характеристики ……………………………………………………………………………………………. 21
1.3 Пропорционально-интегро-дифференцирующие регуляторы ………………….. 24
1.4 Методики настройки ПИД-регулятора ……………………………………………………. 28
1.5 Метод Циглера-Никольса ……………………………………………………………………….. 29
1.6 Влияние запаздывания на устойчивость замкнутой системы …………………… 31
1.7 Регулятор Смита для систем с запаздыванием ………………………………………… 39
2 Объект и методы исследования ………………………………………………………………. 43
2.1 Описание стенда физического подобия технологического процесса и
средств исследования…………………………………………………………………………………… 43
3 Экспериментальная часть работы …………………………………………………………… 48
3.1 Идентификация объекта управления ………………………………………………………. 48
3.2 Исследование и моделирование систем с регулятором Смита и ПИД-
регулятором в среде Matlab Simulink ……………………………………………………………. 50
3.3 Исследование моделей с регулятором Смита и ПИД регулятором на стенде
физического подобия технологического процесса с транспортным
запаздыванием …………………………………………………………………………………………….. 53
3.4 Результаты исследование моделей с регулятором Смита и ПИД
регулятором на стенде физического подобия технологического процесса с
транспортным запаздыванием ……………………………………………………………………… 57
3.5 Выводы ………………………………………………………………………………………………….. 62
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 64
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения …………. 65
4.1 .1 Потенциальные потребители……………………………………………………….. 65
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………. 65
4.2 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………… 66
4.3 Структура работ в рамках научного исследования ……………………………….. 68
4.4 Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………. 69
4.5 Разработка графика проведения научного исследования …………………… 70
4.6 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………………… 72
4.7 Расчет материальных затрат НТИ……………………………………………………… 73
4.8 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ ……….. 73
4.9 Расчет амортизационных расходов …………………………………………………… 74
4.10 Заработная плата исполнителей темы ……………………………………………….. 75
4.11 Отчисления во внебюджетные фонды ………………………………………………. 76
4.12 Накладные расходы ………………………………………………………………………….. 76
4.13 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта …. 77
4.14 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования ……… 77
4.15 Выводы по разделу «Финансовый менеджмент»……………………………….. 79
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 81
5.1 Аннотация выпускной квалификационной работы по разделу социальная
ответственность …………………………………………………………………………………………… 81
5.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 81
5.3 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …………. 83
5.4 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования……………………………………………………………………………………………….. 86
5.5 Электромагнитное излучение …………………………………………………………… 88
5.6 Электробезопасность………………………………………………………………………… 89
5.7 Превышение уровня шума ………………………………………………………………… 90
5.8 Искусственное освещение ………………………………………………………………… 91
5.9 Нервно-психические перегрузки ………………………………………………………. 96
5.10 Перенапряжение зрительных анализаторов ………………………………………. 97
5.11 Экологическая безопасность …………………………………………………………….. 97
5.12 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………….. 98
5.13 Техногенная безопасность ………………………………………………………………… 98
5.14 Безопасность при природных чрезвычайных ситуациях ………………….. 101
5.15 Анализ объекта исследования …………………………………………………………. 102
5.16 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований …………………………………………………………………………………………….. 103
5.17 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС ……………………………………………. 104
5.18 Выводы по разделу «Социальная ответственность» ………………………… 105
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 106
Список литературы ……………………………………………………………………………………. 107
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 112
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 113
На сегодняшний день очень трудно представить многообразие видов
промышленных роботизированных производств без средств автоматизации
технологических процессов, поскольку это значительно упрощает и повышает
эффективность управления различными множеством роботизированных
технологических процессов, а также мехатронных роботизированных
конвейерных линий, что в конечном итоге положительно отражается на
экономических показателях производства. Из этого можно сделать вывод, что
создание средств автоматизированных систем является очень актуальной,
важной и сложной задачей.
Актуальность исследуемой темы обусловлена широким
распространением технологических комплексов с транспортным запаздыванием.
Системы автоматизации характеризуются операциями автоматического
управления: измерения, обработки, синхронизации движущегося объекта с
перенесением обработанной информации на пульт управления. Объем и
сложность современных технологических комплексов, их систем и подсистем
автоматизации в совокупности с системами программного обеспечения
постоянно растут. Успешное функционирование автоматизированных систем
зависит от грамотной постановки задачи с указанием функций системы, которые
должны быть автоматизированы, определением интерфейсов человек-
компьютер, описанием способов взаимодействия системы с ее окружением и т.д.
Запаздывание, являющееся результатом движения какого-либо продукта
по длинным продуктопроводам или конвейерным линиям, называется
транспортным запаздыванием, например, движение вещества в
производственном процессе с определенной скоростью, без каких-либо
изменений его свойств, помимо этого, запаздывание может быть и в
производственных системах регулирования где приборы действуют не
постоянно или с какими-либо перебоями в работе. Расчет подобных систем
способен иметь множество особенностей и специфик. Появление звена
запаздывания в технологической системе дает дополнительные сложности в
управлении и регулировании технологическим процессом, уменьшается запас
устойчивости, ухудшаются показатели качества переходных процессов. В
подавляющем большинстве случаев запаздывание негативно влияет на общую
динамику системы, в результате чего возникают трудности с устойчивостью и
качеством управления.
Однако можно привести примеры и положительного влияния
запаздывания на технологический процесс. Если влияние запаздывания на
динамику процесса незначительное, то им очень часто пренебрегают и такие
технологические процессы называют системами со скрытым запаздыванием.
В ряде случаев пренебречь транспортным запаздыванием в объекте
управления нельзя. Поэтому организации, имеющие на своих производствах
запаздывающие технологические процессы вынуждены искать пути выхода из
ситуации. Они находят такие способы регулирования и управления, которые
учитывают особенности систем с транспортным запаздыванием.
Практикой установлено, что большинство ошибок происходит на
начальном этапе проектирования технических систем (ТС), при разработке
имитационной модели.
Вопросам разработки и внедрения автоматизированных технологических
процессов с запаздыванием уделяется внимание в литературных источниках [1-
2]. Следует отметить, что существуют работы в которых рассматривают методы
исследования подобных систем, например, в источнике [3], а детальное и
настоящее положение дел в этих системах в источнике [4].
Целью настоящей магистерской диссертации является:
– анализ существующих алгоритмов и решений управления, и
регулирования реальными объектами с транспортным запаздыванием;
– исследование и сравнительный анализ предиктора Смита (Регулятора
Смита) и ПИД – регулятора, при управлении стендом физического подобия
технологического процесса транспортировки жидкостного материала по трубе.
Исследование проводится на лабораторном стенде физического подобия
технологического процесса с транспортным запаздыванием, в котором в
качестве звена транспортного запаздывания выступает незаполненный
трубопровод для перемещения жидкостного материала.
Для реализации поставленной цели, необходимо выполнить следующие
задачи:
– сформировать видение об работе различных систем с запаздыванием,
способах их управления и регулирования;
– идентифицировать стенд физического подобия, как объект управления
с апериодическим звеном первого порядка с чистым запаздыванием;
– смоделировать работу системы с запаздывание, включающие в себя
регулятор Смита и ПИД регулятор:
– выполнить настройку коэффициентов регулятора и провести натурные
эксперименты на стенде физического подобия технологического процесса с
транспортным запаздыванием;
– разработать программу управления, реализующую предиктор Смита
и ПИД регулятор;
– сравнить результаты и сделать выводы об возможности применения
регуляторов в технологических процессах с транспортным запаздыванием.
1.1 Технологические процессы с транспортным запаздыванием
Значительную долю в промышленности занимают объекты с
транспортным запаздыванием. Таких примеров можно привести множество. В
основном это производства, где составные части технологического процесса,
находятся на расстоянии друг от друга достаточным для того чтобы, в
технологическом процессе появилось звено запаздывания.
Примером технологического процесса с транспортным запаздывание
является процесс транспортировки сыпучих материалов.
В данном случае процесс начинается с погружения материала в бункер,
откуда он попадает через устройство дозатора на ленточный транспортер, в ходе
перемещения материала по ленточному транспортеру материал попадает в
следующий необходимый узел технологического процесса рисунок 1.1 [5].
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы проведён
анализ существующих алгоритмов управления реальными объектами с большим
запаздыванием.
Для управления объектом было предложено использование
классического ПИД-регулятора и специального регулятора для объектов с
запаздыванием – предиктора Смита.
Для настройки коэффициентов регулятора произведена идентификация
объекта управления по кривой разгона. Передаточная функция объекта
управления получена в виде апериодического звена первого порядка с чистым
запаздыванием. Эта же модель использовалась для предиктора Смита.
Для сокращения количества экспериментов на реальном объекте было
проведено моделирование замкнутых систем с ПИД-регулятором и предиктором
Смита. В результате моделирования предиктор Смита показал лучшие
качественные показатели, чем ПИД-регулятор.
Эксперименты на реальном объекте подтвердили результаты
моделирования, но уже не так очевидно.
Оба способа могут быть использованы для управления подобными
объектами и имеют резервы для повышения качества. Для настройки ПИД-
регулятора может быть применён новый метод.
Предиктор Смита для управления объектом с запаздыванием может
повысить качество с совершенствованием математической модели объекта
управления. Работы в этом направлении будут продолжены.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (158 отзывов)
4.9 (5 отзывов)
4.8 (373 отзыва)
4.5 (330 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.5 (80 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
5 (154 отзыва)
