Рысаев Асан Семейгалиевич

Казахский Агротехнический Университет им. С.Сейфулина.

Замкнутая система управления смесительным устройством

Выращивание сельскохозяйственной продукции в тепличных условиях представляет собой достаточно сложную технологическую проблему. На величину будущего урожая влияет много факторов, и не последнюю роль при этом играет точность поддержания температурного режима в зависимости от внешних погодных условий, вида выращиваемой культуры и степени её зрелости. Температурный режим, в свою очередь, зависит от температуры и давления теплоносителей, исправности исполнительных механизмов и трубопроводов, ценности материала теплиц, квалификации и дисциплины обслуживающего персонала.

Внедрение автоматизированной системы управления тепличным хозяйством имеет следующие основные преимущества:

1. Точность поддержания климата увеличивает объем и повышает качество продукции, сокращает непроизводительные расходы ресурсов (газ, электроэнергия, вода и т. п.).

2. Возможна круглосуточная работа системы в автоматическом режиме, что значительно уменьшает затраты на обслуживающий персонал.

3. Звуковое и визуальное (графическое) оповещение о нештатных ситуациях (выход значений контролируемых параметров за технологические границы, выход из строя оборудования и т.п.) сводит к минимуму потери от аварий и нарушений технологического режима.

Смесительное устройство

Для поддержания требуемой влажности воздуха и почвы в теплицах комбината, необходима вода для полива. Чтобы уменьшить влияние распыляемой воды на температуру воздуха и почвы в теплице, необходимо, как уже отмечалось, распылять воду, с температурой которой равной температуре воздуха в теплице. Для получения воды необходимой температуры используется смесительное устройство.

Синтез замкнутой системы управления

Регулирование смесительным устройством, производится следующим образом. Расход выходного потока регулируется расходом потока 2 холодной воды. Если выходная температура отличается от желаемого значения, регулируется расход потока 1 горячей воды.

Рис. 1. Схема замкнутой системы управления смесительным устройством.

На рис.1 показана блок-схема системы управления. Так как поток 1 имеет более высокую температуру, то температура воды в баке более чувствительна к регулированию потока 1. В результате расходом потока холодной воды более удобно регулировать выходной расход. Однако, поскольку расход потока горячей воды также воздействует на выходной поток, а расход холодной воды - на его температуру, то необходимо учитывать взаимное влияние контуров.

С учетом изложенного выше структурная схема объекта управления имеет следующий вид:

Рис. 2 Преобразованная структурная схема объекта управления.

Как видно из рис. 2 передаточные функции объекта управления представлены следующими выражениями:

Исследование взаимного влияния контуров

Так как контура исследуемой системы находятся во взаимном влиянии, то при учете этого обстоятельства структурная схема принимает следующий вид:

Рис. 3. Схема для исследования взаимного влияния контуров.

В этом случае результаты моделирования имеют вид, представленный на рис. 2.5, 2.6.

Рис. 4. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

Рис. 5. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с учетом взаимного влияния контуров.

По переходным характеристикам системы представленной на рис. 4 можно сделать вывод о том, что учет взаимного влияния контуров приводит к резкому увеличению перерегулирования в контуре стабилизации температуры выходного потока.

Для компенсации взаимного влияния контуров используется корректирующие перекрёстные связи W_рк1 и W_рк2 между каналами регулирования, которые компенсируют перекрёстные связи объекта управления рис. 2.

Для определения передаточных функций компенсационных регуляторов W_рк1 и W_рк2 , воспользуемся формулой Мейсона. Запишем передаточную функцию замкнутой системы для канала 1-2 , из точки  в точку .

(1)

где  – передаточная функция i-го прямого пути из точки  в точку ;

k – число прямых путей из точки  в точку ;

 – передаточная функция j-го замкнутого контура;

m – число замкнутых контуров.

Рис. 6. Структурная схема управления смесительным устройством.

Рассматриваемая система имеет два прямых пути из точки  в точку :

(2)

(3)

и пять замкнутых контуров:

(4)

(3)

(6)

(7)

(8)

Подставляя (2)-(8) в (1) и решая полученное уравнение относительно , получим:

(8)

Так как , то из (8) имеем:

Аналогичным образом находится передаточная функция .

Рис. 7. Схема для исследования компенсации взаимного влияния контуров.

Рис. 8. Переходной процесс в контуре стабилизации температуры с компенсацией взаимного влияния контуров.

Рис. 9. Переходной процесс в контуре стабилизации расхода выходного потока с компенсацией взаимного влияния контуров.