Технические
науки/12.Автоматизированные
системы управления на производстве
Д.т.н., профессор Бейсенби М.А.
студентка 4-го курса факультета информационных технологий
Аскарова А.С.
ЕНУ имени Л.Н.Гумилева, Казахстан
Разработка автоматизированных систем управления с
повышенным потенциалом робастно устойчивости технологическим процессом сушки
материалов
Сушка материалов – это
процесс испарения влаги из материала при непосредственном его контакте с
нагретым теплоносителем – агентом сушки. Процесс сушки широко используется в
легкой, пищевой, металлургической промышленности и строительной индустрий [1].
Для управления процесса
сушки предусмотрен центральный пункт управления с которого осуществляется
дистанционный пуск агрегатов, контроль за текущими процессами выведены на
нормальный технологический режим, корректировка заданий автоматическим
регулятором и в случае необходимости – переход с автоматического на ручное
управление [2].
Для достижения цели
управления следует регулировать: влажность исходного материала, температуру в
сушилке, воздуха на входе в барабан, материала на выходе, разрежение в
смесительной камере.
При управлении процессом
сушки следует контролировать расход топлива, первичного и вторичного воздуха, влажного
и сухого материала, температуру сушильного агента на входе в сушилку и на
выходе из нее, температуру в сушилке, разрежение в смесительной камере [3].
Сушка основана на тепло и
влагообмене между агентом сушки и высушиваемым материалом. Агент сушки обладает
более высокой температурой, чем материал, поэтому происходит перенос тепла от
агента сушки к влаге материала теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Обычно тепловой объект управляется расходом топлива и математическое описание
имеет вид:
(1)
где – постоянная времени, - коэффициент
объекта управления, – расход топлива, - управляемая величина – температура
материала или конечная влажность высушенного материала [4].
Пусть технологический
процесс сушки материалов описывается уравнением в виде:
(2)
где – постоянная времени, - коэффициент объекта управления, – расход топлива, - управляемая величина – температура
(выходная величина).
В качестве исполнительного
устройства в системах управления тепловыми процессами часто используется
интегрирующий сервомеханизм с постоянной интегрирования , передаточной функций:
(3)
где – коэффициент усиления исполнительного
механизма.
Таким образом, система
автоматического управления с пропорциональным законом управления имеет следующую передаточную функцию
(4)
и описывается системой дифференциальных уравнений:
(5)
Структурная схема,
реализованная с помощью программного комплекса Vissim
6.0, представлена на рисунке 1.
Рисунок 1
Характеристическое
уравнение замкнутой системы имеет вид:
=0
(6)
Матрица
Гурвица, соответствующая характристическому уровнению, выглядит следующим
образом:
(7)
Таким
образом, условия устойчивости имеют вид:
или (8)
=1,=1,=-1,=5,=1 =1,=1,=-1,=5,=1
Рисунок 2 - результаты численного эксперимента
В виду
того, что постоянные времени и всегда положительны, условия устойчивости не
соблюдаются при любых (третья строка в системе неравенств
(8). Следовательно, система (5) неустойчивая при любых . На рисунках 2 показаны результаты численного эксперимента при различных
значениях и ступенчатом единичном
воздействии.
Литература:
1. Бейсемби М.А. Методы повышения потенциала
робастной устойчивости.- Астана,2011.-352с.
2. Шувалев В.В. и др., Автоматизация производственных процессов в
химической промышленности. М: Химия,1991.-311с
3. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического
регулирования .- М:Наука, 1975.-768с.
4. Бейсемби М.А., Ержанов Б.А., Системы управления с повышенным потенциалом
робастной устойчивости.- Астана: 2002,-164с.