Материал: Моделирование систем автоматического регулирования теплоэнергетических установок (120

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Управление техническими системами»

Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2011

1

УДК 621

ББК 31.16 М744

Рецензент О.С. Козлов

Моделирование систем автоматического регулирова- М744 ния теплоэнергетических установок: метод. указания к вы-

полнению лабораторных работ по курсу «Управление техническими системами» / А.Г. Кузнецов, В.А. Марков, В.Л. Трифонов, А.А. Ефанов. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 26, [2] с. : ил.

Методические указания посвящены анализу и синтезу систем автоматического регулирования. Описана методика моделирования линейной и нелинейной систем регулирования, системы с запаздыванием, исследовано влияние некоторых параметров названных систем на вид переходного процесса. Проведен анализ влияния параметров регулятора на выбранные критерии качества работы системы. Представлено описание универсальной программы «Моделирование в технических устройствах (МВТУ 3.7)», позволяющей проводить моделирование и оптимизацию систем автоматического регулирования и управления теплоэнергетических установок на ЭВМ.

Для студентов четвертого и пятого курсов факультета «Энергомашиностроение».

Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

УДК 621

ББК 31.16

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011

2

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов 4-го и 5-го курсов факультета «Энергомашиностроение», изучающих дисциплину «Управление техническими системами». Представленные четыре лабораторные работы (№ 6–9) являются логическим продолжением лабораторных работ № 1–5 [1].

В лабораторной работе № 6 проводится моделирование линейной системы автоматического регулирования теплоэнергетической установки. Лабораторная работа № 7 посвящена исследованию системы автоматического регулирования с запаздыванием. В лабораторной работе № 8 проводится параметрическая оптимизация системы автоматического регулирования. Лабораторная работа № 9 посвящена моделированию нелинейной системы автоматического регулирования. Моделирование динамических характеристик рассматриваемых систем автоматического регулирования (САР) проводится с использованием программного комплекса (ПК) «Моделирование в технических устройствах (МВТУ 3.7)».

При выполнении лабораторных работ в качестве базовых учебников рекомендуются учебники, приведенные в списке литературы [2–8]. Отчеты о лабораторных работах должны быть выполнены в виде рукописного или печатного текста. Все листы должны быть сброшюрованы, на титульном листе следует указать номера лабораторных работ, ф.и.о. студентов, индекс учебной группы, ф.и.о. преподавателя, дату сдачи отчета преподавателю.

3

РАБОТА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИНЕЙНОЙ САР

Рассмотрим моделирование системы стабилизации давления газа в проточной камере в линейном представлении. Функциональная схема САР теплоэнергетической установки (рис. 1) включает в себя объект регулирования (ОР), датчик (Д), исполнительное устройство или серводвигатель (ИУ). Введены следующие обозначения: η, χ, ρк – выходные координаты элементов системы; ρн – внешнее воздействие на объект регулирования. Линейное дифференциальное уравнение, описывающее работу ОР, имеет вид

To ddtρк ρк ko1χ ko2ρн,

датчика –

T1 ddt k1ρк

(знаком «–» учитывается главная отрицательная обратная связь), а ИУ

Tc ddtχ η.

Рис. 1. Функциональная схема САР теплоэнергетической установки

Заданы следующие коэффициенты дифференциальных уравне-

ний: To = 2 с, ko1 = 1,5, ko2 = 0,7, T1 = 1 с, k1 = 1, Tс = 13 с. Внешнее воз-

действие наСАР ρн изменяется по единичному ступенчатому закону.

4

Порядок выполнения работы

Используя программный комплекс «Моделирование в технических устройствах (МВТУ 3.7)», провести моделирование и построить переходные процессы и фазовые траектории исследуемой САР. Программный комплекс «МВТУ 3.7» предназначен для моделирования работы динамических устройств, в том числе системы автоматического управления (САУ) и САР. Характерной особенностью ПК является возможность набора на экране монитора структурной схемы системы в общепринятой форме. Программный комплекс «МВТУ 3.7» имеет следующие основные режимы работы: набор структурной схемы системы (схемы моделирования), моделирование (построение переходных процессов), оптимизация, частотный анализ.

После запуска ПК «МВТУ 3.7» появляется заставка с фотографией МГТУ им. Н.Э. Баумана, и через 10...20 с в верхней части экрана выводится меню его Главного окна. В Главном окне ПК осуществляется набор схемы моделирования. В верхней части Главного окна сверху расположены ленточное меню, в центральной части – панель инструментов (командных кнопок), а ниже – «линейка» типовых блоков с соответствующими пиктограммами и «закладками» названий отдельных библиотек блоков, сформированных по функциональному принципу.

При наборе схемы моделирования используются следующие меню Главного окна: файл, правка, опции, стиль. С помощью меню Моделирование, оптимизация и анализ осуществляется переход на соответствующие режимы работы ПК. При наборе схемы также можно использовать следующие кнопки Главного окна: