Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

 

ЖЫЛУЭНЕРГЕТИКАСЫНДАҒЫ ЖЫЛУТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІ
АВТОМАТТЫ  БАСҚАРУ  ТЕОРИЯСЫ ЖӘНЕ АВТОМАТТЫ  БАСҚАРУ  ЖҮЙЕЛЕРІ

5В071700 - Жылу энергетика мамандығының студенттері
үшін  зертханалық жұмыстарды орындауға арналған
әдістемелік нұсқаулар

 

Алматы 2013

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: Н.К.Бекалай, Н.О.Джаманкулова.  Жылуэнергетикасындағы жылутехнологиялық процестерді автоматты басқару теориясы және автоматты басқару жүйелері. 5В071700 - Жылу энергетика мамандығының студенттері үшін  зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар. - Алматы: АЭжБУ,2013. - 27 бет.

Әдістемелік нұсқаулар зертханалық жұмыстарды орындаудың негізгі талаптарынан және бақылау тапсырмаларынан тұрады. Әр жұмыста орындауға қажетті кестелер, сұлбалар, талаптар, бақылау сұрақтары келтірілген. Жұмысты орындау бойынша есеп беру барысында өткізілетін материалдар және әдебиеттер тізімі ұсынылған.

Без. 26, кесте. 10, әдебиеттер тізімі – 12 атау.

 

Пікір беруші: тех. ғыл. канд., доц. М.Е.Туманов

 

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2013 жылғы  жоспары бойынша басылады.

 

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2013ж

 

Мазмұны

 

1 Зертханалық жұмыс  № 1. Типтік сызықтық буындар мен сызықтық реттегіштерді модельдеу және динамикасын зерттеу

 

3

2 Зертханалық жұмы №2.Тұйық автоматты реттеу жүйелерінің  динамикасын зерттеу

 

16

1 қосымша

24

2 қосымша

26

Әдебиеттер тізімі

27

 

1 Зертханалық жұмыс № 1. Типтік сызықтық буындар мен сызықтық реттегіштерді модельдеу және динамикасын зерттеу

 

1.1  Зертханалық жұмыстың мақсаты

 

1.1.1 Автоматты реттеудің типтік буындарының динамикалық сипаттамаларымен танысу.

1.1.2 Технологиялық қондырғыларды автоматты реттеу жүйелерінде қолданылатын сызықтық реттеу заңдарының негізгі түрлерімен танысу.

 

1.2  Теориялық кіріспе

Автоматты реттеу жүйелері және олардың бөлек элементтері барлық уақытта өтпелі режимде жұмыс істейді. Сондықтан олардың динамикалық қасиеттерін білу керек. Реттеу жүйесінің негізгі сипаттамаларының бірі – олардың дифференциал теңдеуі. Көп жағдайда дифференциал теңдеуді сызықтандырып, тұрақты коэффициенттері бар сызықтық дифференциал теңдеуге келтіріп алуға болады. Автоматты реттеу жүйелерінің бөлек элементтерінің құрылымдық сұлбаларының және атқаратын функцияларының көп түрлілігіне қарамастан олардың көбін бірдей дифференциал теңдеулермен сипаттауға болады. Сондықтан бөлек элементтерді унификациялап, оларды автоматты реттеу жүйелерінің типтік буындары ретінде қарастыруға болады.        

Типтік сызықтық буын дегеніміз динамикалық сипаттамалары екінші реттен жоғары емес дифференциал теңдеумен сипатталатын қондырғылар.  Динамикалық сипаттамалары үшінші реттен жоғары дифференциал теңдеумен сипатталатын күрделі буындарды типтік буындардың комбинациясы түрінде келтіруге болады.

Буынның күйін сипаттайтын координата ретінде шығу шамасын алады. Бұл координата тәуелді айнымалы ретінде буынның теңдеуіне кіреді, жалпы жағдайда ол кіру шамасы мен уақыт функциясы болып табылады. Буынның дифференциал теңдеуі жалпы түрде былай жазылады:

 

                                    D(Р)Хшығ=±КN(Р)Хкір,                                                           (1.1)

 

мұндағы К – беріліс коэффициенті деп аталатын тұрақты шама;

     D(Р), N(Р) – оператор функциялары, көбінесе полиномдар болып келеді. D(Р) полиномының дәрежесі К(Р) полиномының дәрежесінен жоғары болады.

Теңдеудің оң жағы буынның кірісіне қандай шамалар берілетінін және ол шамалар буынның шығысынан қалай күшейіп шығатынын көрсетеді.

Теңдеудің сол жағы өтпелі процесті сипаттайтын заңдылықты, яғни буынның кіру әсеріне реакциясын көрсетеді.

К – беріліс коэффициенті буынның статикалық қасиеттерін сипаттайды, ол статикалық сипаттама графигінің көлбеулігін анықтайды:

 

                                К= Хшығ/ Хкір.                                                        (1.2)

 

           жағдайда буынның динамикалық сипаттамаларын W(P) беріліс функциясы түрінде қарастырған ыңғайлы. Ол функция шығу шамасының кескінінің кіру шамасының кескініне қатынасы бойынша анықталады

                                .                                                      (1.3)

 

Нолдік бастапқы шарттар үшін буынның беріліс фукнкциясы буын координатасының буынға түсетін әсер шамасына қатынасымен анықталады

                                .                                                       (1.4)

 

Беріліс функциялары автоматты реттеу жүйелерін сараптау және синтездеу кезінде кеңінен қолданылады және өтпелі процесс кезінде қарастырылатын жүйелерді зерттеу әдістерін қарапайымдату құралы болып табылады. 

Бұл жұмыстың мақсаты энергетикалық агрегаттарды автоматты реттеу жүйелерінде кеңінен қолданылатын бөлек типтік буындардың және сонымен қатар, бірнеше типтік буындардан құрастырылған тізбектер түрінде келтірілген идеал реттегіштердің динамикалық сипаттамаларын зерттеу болып табылады.

 

1.3 Жұмысты орындау реті

 

Типтік буындар мен олардың қосылыстарын зерттеуге арналған зертханалық жұмыс электрондық аналогтық машинада орындалады. Бұл зертханалық жұмыс сегіз жаттығудан тұрады, әр жаттығу төмендегі тәртіппен жалпы әдістеме бойынша орындалады:

1) тәжірибеде талап етілетін құрылымдық сұлба бойынша  қажетті элементті электрондық аналогтық машинаның коммутациялық панелінде жинау керек;

2) К – күшейту коэффициентінің және Т – интегралдау уақыт тұрақтысының мәндері сәйкес элементтің шығысына қосылған вольтметрдің көмегімен потенциометр арқылы қойылады. Берілген элементтің кірісіне кернеу кернеу бөлгіштен немесе тұрақты кернеу көзінен түсіріледі;

3) кернеу бөлгіштің көмегімен кіру сигналының шамасы тағайындалады. Ол үшін  «вых» ұяшығын «V» - вольтметр ұяшығымен қосады да, кернеу бөлгіштің тұтқасын бұрай отырып, вольтметр бойыншы кіру сигналының қажетті кернеуіннің мәнін қояды. Ұяшықты сұлбаның кіріс нүктесімен қосып, «пуск» түймесін басқанда, сұлбаға таңдалып алынған шамадағы сатылы әсер келіп түседі;

4) таңдап алынған сұлбаның шығыс ұяшықтарының бірін вольтметр ұяшығымен қосу керек;

5) басқару панелінің «пуск» түймесін басқанда, зерттеліп жатқан сұлбаның кірісіне сатылы сигнал келіп түседі. Әрбір 1-3 секунд сайын «останов.» түймесін басып, вольтметр бойынша шығу сигналының шамасын тіркеп алып, кестеге кіргізіп отыру керек;

6) өтпелі процесс аяқталғанда, немесе шығу сигналының шамасы вольтметр бойынша  95 В-қа (МН-7 үшін), немесе 24 В-қа (МН-10 үшін) жеткен кезде «исходное положение» түймесін басу керек;

7) элементтің параметрлері немесе кіру сигналының шамасы өзгерген кезде тәжірибені тапсырма талабына сәйкес қайталап, әр жағдай үшін график қисығын салу керек.

 

1.4 Зерттелетін буындарды аналогтық машинада жинау сұлбалары, олардың статикалық және динамикалық сипаттамалары

 

1.4.1 Пропорционалдық буын.

 

Кіру және шығу сигналдары бір-біріне пропорционал болатын буынды пропорционалдық буын деп атайды. Мұнда кіру және шығу сигналдарының арасындағы байланыс былай жазылады:

 

                                          Хшығ= КХкір.                                                 (1.5)

 

Пропорционалдық буынның өтпелі сипаттамасы 1.1 – суретте келтірілген.

1.1 сурет

Пропорционалдық буынның беріліс функциясы тұрақты шама, ол буынның беріліс коэффициентіне тең болады.

 

                               W(P)= Хшығкір= К.                                              (1.6)

 

Құрылымдық сұлбалардағы пропорционалдық буынның шартты белгілері 1.2 – суретте келтірілген.

                                                          

1.2 сурет

Пропорционалдық буынды жинау сұлбасы 1.3 – суретте келтірілген.

 

1.3 сурет

Буынды жинақтау кезінде К коэффициенті күшейткіштің шығысындағы кернеу «Подготовка» режимінде кіріске берілген кернеудің шамасынан К есе артық болғанға дейін кедергінің көмегімен таңдалады. Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада  келтірілген 1 кестеден алынады.

1.4.2 Интегралдаушы буын.

Егер буынның шығысындағы шаманың өзгеру жылдамдығы оның кірісіндегі шамаға пропорционал болса, ондай буынды интегралдаушы буын деп атайды.

Интегралдаушы буынның дифференциал теңдеуі былай жазылады:

                                                                                    (1.7)

Кірісіне түскен сатылы әсердің нәтижесінде интегралдаушы буынның өтпелі сипаттамасы 1.4 – суретте келтірілген түрде болады.

1.4 сурет

Интегралдаушы буынның беріліс функциясы төмендегідей болады

                                    W(P)= Хшығкір= К/Tp.                                   (1.8)

Құрылымдық сұлбалардағы интегралдаушы буынның шартты белгілері 1.5 – суретте келтірілген.

                                                         

1.5 сурет

Интегралдаушы буынды жинау сұлбасы 1.6 – суретте келтірілген.

 

1.6 сурет

Буынды жинақтау кезінде К=1/T (мұндағы Т – интегралдау тұрақтысы) коэффициенті күшейткіштің шығысындағы кернеу «Подготовка» режимінде кіріске берілген кернеудің шамасынан К есе артық болғанға дейін кірістегі кедергіні өзгерту арқылы тағайындалады. Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада келтірілген 2 кестеден алынады.

1.4.3 Апериодтық буын.

Кіріс және шығыс шамалары төмендегідей дифференциалдық теңдеумен байланысқан буынды апериодтық немесе бірінші дәрежелі инерциялық буын деп атайды:

                                                                    (1.9)

Дифференциалдық теңдеудің операторлық түрі былай жазылады:

                                         .                                        (1.10)

Апериодтық буынның өтпелі функциясы

                                                                        (1.11)

Хшығ

 
Апериодтық буынның өтпелі сипаттамасы 1.7 – суретте келтірілген түрде болады.

1.7 сурет

 

Мұндағы   – буынның күшейту коэффициенті;

                           Т – буынның уақыттық тұрақтысы, ол графиктің иілуі басталған жерінен тұрғызылған жанаманың  Хшығ ж.т. сызығымен қыйылысу кесіндісі арқылы анықталады. Уақыт тұрақтысын дәлірек   арқылы анықтауға да болады:

                                                 .                                                (1.12)

Апериодтық буынның беріліс функциясы төмендегідей болады

                                W(P)= Хшығкір= К/(Tp+1).                              (1.13)

 

Құрылымдық сұлбалардағы апериодтық буынның шартты белгілері 1.8 – суретте келтірілген.

                                                          

1.8 сурет

Апериодтық буынды жинау сұлбасы 1.9 – суретте келтірілген.

 

1.9 сурет

 

К күшейту коэффициентінің мәнін бұл жағдайда R1 кедергісінің көмегімен тағайындаған ыңғайлы. Ал буынның Т – уақыттық тұрақтысының мәнін R2  және R3 кедергілері арқылы тағайындайды:

 

                                        .                                                       (1.14)

Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада келтірілген 3 кестеден алынады.

1.4.4 Нақты дифференциалдаушы буын.

 

Кіріс және шығыс шамалары төмендегідей дифференциалдық теңдеумен байланысқан буынды нақты дифференциалдаушы буын деп атайды:

 

                                                             (1.15)

 

Дифференциалдық теңдеудің операторлық түрі былай жазылады:

 

                                         .                                    (1.16)

 

Нақты дифференциалдаушы буынның өтпелі функциясы:

 

                                      .                                          (1.17)

 

Нақты дифференциалдаушы буынның өтпелі сипаттамасы 1.10 – суретте келтірілген түрде болады.

1.10 сурет

Мұндағы   – буынның күшейту коэффициенті;

Т – Нақты дифференциалдаушы буынның уақыттық тұрақтысы, ол өтпелі сипаттама графиктің иілуі басталған жерінен тұрғызылған жанаманың  Хшығ =0 сызығымен қыйылысу кесіндісі арқылы анықталады. Уақыт тұрақтысын дәлірек   арқылы анықтауға да болады:

                                                 .                                                (1.18)

Нақты дифференциалдаушы буынның беріліс функциясы төмендегідей болады:

                              W(P)= Хшығкір= Кр/(Tp+1).                              (1.19)

Құрылымдық сұлбалардағы нақты дифференциалдаушы буынның шартты белгілері 1.11 – суретте келтірілген.

                                                         

1.11 сурет

Нақты дифференциалдаушы буынды жинау сұлбасы 1.12 – суретте келтірілген.

1.12 сурет

К күшейту коэффициентінің мәні бұл жағдайда R1 кедергісінің көмегімен тағайындалады. Ал буынның дифференциалдау уақытының тұрақтысы Т0 – ң мәні R2  және R3 кедергілері арқылы тағайындайды:

 

                                              .                                                 (1.20)

Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада келтірілген 4 кестеден алынады.

 

1.4.5 Тербелмелі буын.

 

Кіріс шамасының сатылы түрде өзгерісі кезінде шығыс шамасы оған қатысты амплитудасы экспонент заңы бойынша өшетін тербелістер жасай отырып, жаңа тұрақталған мәніне ұмтылатын буынды  тербелмелі буын деп атайды.

 

Тербелмелі буынның дифференциал теңдеуі:

 

                                         (1.21)

 

Дифференциалдық теңдеудің операторлық түрі былай жазылады:

 

                             .                                     (1.22)

 

Т< жағдайында тербелмелі буынның өтпелі функциясы:

 

           ,                        (1.23)

 

мұндағы  сипаттамалық теңдеудің сәйкесінше нақты және жорамал түбірлері. Олар төмендегі формулалармен анықталады:

                            ,       ,                                       (1.24)

К – күшейту коэффициенті ( кезде К=).   

Т және  – уақыт тұрақтылары төмендегі формулалармен анықталады:

                              ,           .                              (1.25)

 

 

Тербелмелі буынның өтпелі сипаттамасы 1.13 – суретте келтірілген түрде болады.

1.13 сурет

 

Тербелмелі буынның өтпелі функциясының тербелмелілігін өшу дәрежесінің шамасы бойынша бағалайды:

 

                                        .                                                     (1.26)

Тербелмелі буынның беріліс функциясы төмендегідей болады:

                              W(P)= .                                       (1.27)

Құрылымдық сұлбалардағы тербелмелі буынның шартты белгілері 1.14 – суретте келтірілген.

                                                                                                  Хкiр                                                                                              Хшығ

                                        

                                    

1.14 сурет

 

Тербелмелі буынды жинау сұлбасы 1.15 – суретте келтірілген.

 

1.15 сурет

 

К күшейту коэффициентінің мәні бұл жағдайда R5 кедергісінің көмегімен тағайындалады. Ал буынның уақыт тұрақтысы Т-ң мәні R1  және R2 кедергілері арқылы тағайындайды:

                                              .                                                 (1.28)

Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада келтірілген 5 кестеден алынады.

 

1.4.6 Пропорционалдық реттегіш.

 

Идеал пропорционалдық реттегіштің (П-реттегіш) құрылымдық сұлбасы және оны жинау сұлбасы пропорционалдық буынның сұлбаларына ұқсас болып келеді.

П-реттегіштің дифференциал теңдеуі

                                                                                   (1.29)

П-реттегіштің беріліс функциясы

                                         ,                                                (1.30)

мұндағы Кр – осы реттегіштің күшейту коэффициенті.

1.4.7 Интегралдық реттегіш.

 

Интегралдық реттегіштің (И-реттегіш) құрылымдық сұлбасы және оны жинау сұлбасы интегралдаушы буынның сұлбаларына ұқсас болып келеді.

И-реттегіштің дифференциал теңдеуі

                                                                                     (1.31)

И-реттегіштің беріліс функциясы

                                       ,                                                   (1.32)

мұндағы Кр= – осы реттегіштің күшейту коэффициенті.

Бұл реттегіштің динамикасын зерттеу екінші (1.4.2) тәжірибе нәтижелері негізінде жүргізіледі.

 

1.4.8 Пропорционалдық - интегралдық реттегіш.

 

ПИ-реттегіштің дифференциал теңдеуі

                                .                                (1.33)

ПИ-реттегіштің беріліс функциясы

                                .                                        (1.34)

ПИ-реттегіштің өтпелі функциясы

                                                                              (1.35)

мұндағы Кр – осы реттегіштің күшейту коэффициенті,

      – изодром (интегралдау)уақыты.

Өтпелі сипаттамасының графигі 1.16-суретте келтірілген:

1.16 сурет

Кр күшейту коэффициентінің мәні бұл жағдайда R1 кедергісінің көмегімен тағайындалады. Ал изодром уақыты Тu -ң мәнін R3  кедергіcі арқылы тағайындайды:

                                              .                                                 (1.36)

Өтпелі сипаттаманы алу үшін қажетті бастапқы мәліметтер 1 – қосымшада келтірілген 6 кестеден алынады.

ПИ-реттегішті коммутациялық модельде жинау сұлбасы 1.17 – суретте келтірілген.

Xкір(t)

 

1.17 сурет

 

1.17 – суреттегі  R1= R2= R3= R4= R5=r1= r2= r3=1 КОм; С1=1мкФ.

 

1.5 Зертханалық жұмыстың нәтижелерін өңдеу реті

 

1.5.1 Элементар буындардың (немесе реттегіштердің) кірісіне сатылы сигнал бере отырып, олардың параметрлерінің әртүрлі мәндеріне сәйкес келетін өтпелі сипаттамалары анықталады. Элементар буындардың (немесе реттегіштердің) параметрлерінің мәндері жұмыс тапсырмасындағы кестелерге сай алынады.

1.5.2 Эксперимент жүзінде алынған өтпелі сипаттамалары бойынша әр буынның (немесе реттегіштердің) динамикалық қасиеттерін сипаттайтын параметрлері (дифференциал теңдеуінің коэффициенттері) анықталады.

1.5.3 Дифференциал теңдеудің шешімінің тәжірибе жүзінде алынған үдеу қисығына сәйкестігін тексеру үшін анықталған параметрлері бойынша буынның дифференциал теңдеуін сан түрінде жазып, шешу керек.

1.5.4 Осындай тәсілмен П, И және ПИ – реттегіштер үшін де тәжірибе жүзінде алынған үдеу қисқтары бойынша олардың келтіру параметрлері, яғни  дифференциал теңдеуді шешуге мүмкіндік беретін, реттеудің сызықтық заңдарын бейнелейтін  коэффициенттері анықталады.

1.5.5 Элементар буындардың және идеал реттегіштердің параметрлерінің олардың өтпелі сипаттамаларына ықпалына талдау жасалады.

1.5.6 Кіру сигналының шамасының буындардың динамикалық сипаттамаларына ықпалын бағалау жасалады.

 

2 Зертханалық жұмыс № 2. Тұйық автоматты реттеу жүйелерінің динамикасын зерттеу

 

2.1  Зертханалық жұмыстың мақсаты

 

2.1.1 Реттелетін жылу объектілерінің моделі ретінде қарастырылатын типтік буындар қосылыстарының динамикасын зерттеу.

2.1.2 Қарапайым реттеу заңдарына бағынатын бірконтурлы автоматты реттеу жүйелерінің (АРЖ) динамикасын зерттеу.

2.1.3 Реттегіштің келтіру параметрлерінің жүйедегі өтпелі процестерге ықпалын зерттеу.

 

2.2 Теориялық кіріспе

 

Автоматты реттеу жүйесі (АРЖ) автоматтау объектісі мен автоматты реттегіштен тұрады. Автоматтау объектісінің жұмыс режимін анықтайын, реттелетін шаманы берілген мәнінде ұстап тұруға арналған қарапайым АРЖ-нің қағидалық сұлбасы 2.1-суретте келтірілген.

2.1 сурет

Өлшегіш аспаптың (СЭ) сезімтал элементінің көмегімен өлшенген реттелетін шама автоматты ретегіштің ішінде (БҚ) беруші қондырғыда өндірілетін берілген мәнмен салыстырылады. Берілген мән мен өлшенген мән сәйкес келмеген жағдайда туындайтын реттеуші әсер жүйеге беріледі.

Реттелетін шаманың мәні берілген мәннен ауытқыған жағдайда автоматты реттегштің кірісінде келісімсіздік сигналы пайда болады. Сонда оның шығысында өндірілетін сигнал объектіге (РО) реттеуші орган арқылы берілетін реттеуші әсерді анықтайды. Бұл әсер келісімсіздік сигналын кемітуге ұмтылады. Реттелетін шаманың мәні берілген мәнмен теңескенше реттегіштің объектіге әсері жалғаса береді. Берілген мәннің тұрақты немесе айнымалы болуы жүктемеге тәуелді болады.

Реттелетін шаманың мәні берілген мәннен ауытқуы басқарушы әсердің өзгеруі салдарынан немесе әртүрлі қобалжытушы әрекеттерге байланысты объектінің жұмысының бұзылуы салдарынан болуы мүмкін.

Тепе-теңдік күйінен аутқыған автоматты реттеу жүйесінде өтпелі процестер туындайды. Өтпелі процестерді зерттеу – реттеу динамикасын зерттеудің басты мәселелерінің бірі болып табылады.

Жүйедегі өтпелі процесс орнықты және талап етілетін сапа көрсеткіштеріне сай болуы тиіс. Өтпелі процестің сипаты жүйенің динамикалық сипаттамаларына, жүйенің бастапқы күйіне, жүйеге берілетін әсердің түріне тәуелді болады және берілген жүйені суреттейтін зерттелуші дифференциал теңдеулерден жалпы интеграл алу арқылы аналитикалық жолмен анықталуы мүмкін.

Қобалжытушу әсер ретінде сатылы функциялы әсерді қолданған ыңғайлы. Себебі мұндай әсер арқылы энергетикалық қондырғыларды эксплуатациялаудың жағымсыз шарттары жағдайында реттеу жүйесінің жұмысын тексеру жеткілікті дәлдікпен орындалады.

Өтпелі процесті анықтаудың аналитикалық әдісінің негізгі кемшілігі  – бастапқы  дифференциал теңдеудің дәрежесі артқан сайын есептеу қиындықтарының туындауы. Сондықтан бұл әдіспен қатар аналогтық есептеу машаналарды қолдануға негізделген есептік-экспериментальдық әдіс кеңінен пайдаланылады.  

Бөлек элементтердің қозғалыс теңдеулерін шешуге арналған құрылымдық сұлбалар (№1 зертханалық жұмыста келтірілген) бүкіл автоматты реттеу жүйесін модельдеуге қажетті құрылымдық сұлба құруға мүмкіндік береді. Мұндай сұлба кіру шамаларының АРЖ-ң әр элементіндегі түрленулерін және элементтерге әсер етуші сыртқы қобалжытушы әсерлердің сол элементтермен байланысын көрсетіп бере алады. Аналогтық машиналардың көмегімен реттеу жүйесінің берілген теңдеулер жүйесімен суреттелетін өтпелі процесін алумен қатар зарттеліп жатқан өтпелі процестің сапасына беріліс коэффициенттерінің ықпалын анықтауға болады.  Қандай да бір кірістегі беріліс коэффициенттерінің өзгеруі уақыт тұрақтысының немесе күшейту коэффициентінің өзгеруімен және олардың бастапқы теңдеудегі қайта жаңғыруымен бірдей. Уақыт тұрақтысы және күшейту немесе өздігінен теңестіру коэффициенттері нақты жүйенің сипаттамалары мен конструктивтік ерекшеліктерімен анықталатын болғандықтан, зерттеліп жатқан жүйенің динамикалық қасиеттеріне қандай да бір конструктивтік фактордың ықпалын анықтауға болады. Бұл жағдай қандай да бір элементтің конструкциясын өзгерте отырып, қажетті динамикалық қасиеттерін алуға мүмкіндік жасайды.

 

2.3 Жұмыстың орындалу реті

№2 зертханалық жұмыс МН-7 және МН-10 аналогтық есептеу машиналарында орындалады.

Жұмысты орындау барысында объектінің беріліс функциясы Wоб(Р) 2.2-суретте көрсетілген өзара тізбектей қосылған апериодтық үш буынның беріліс функцияларының көбейтіндісі ретінде мына түрде алынады:

 

.

 

2.2-суретте реттегіштер ретінде АЭЕМ-ң коммутативтік өрісінде идеал П, И, ПИ – реттгіштер жиналады. Олардың беріліс функциялары төмендегідей жазылады:

П – реттгіш үшін:     ;

И – реттгіш үшін:     ;

ПИ – реттгіш үшін:     .

                                                                      

2.2 сурет

2.2-суреттегі РО – реттеуші орган, пунктир сызықтармен қоршалған бөлігі – үш тізбектей қосылған апериодтық буындардан тұратын реттелетін объект, объектіге параллель жалғанған төменгі бөлігі – реттегіш.

2.4  АРЖ жинау сұлбалары және жүйедегі өтпелі процестерді анықтау

2.4.1 Реттелетін объектінің динамикалық қасиеттерін зерттеу.

Жоғарыда айтылғандай реттелетін объектінің динамикалық қасиеттері өзара тізбектей қосылған апериодтық үш буынның динамикалық қасиеттерімен бірдей. Бұл жағдайда АЭЕМ-ң коммутативтік

өрісінде зерттеу объектісінің сұлбасы 2.3 - суреттегідей жиналады.

 

Хшығ

 
                          

2.3 сурет

 

2.3 – суретте  реттелетін объект пунктир сызықтармен қоршалған;

R1=r1=1 MОм;    С123=1мкФ;    .

Егер жеке жағдайда К2= К3= К4= 1 және Т2= Т3= Т4= Т болса, онда   ==…==   болады.

Реттелетін объектінің кірісіне бірлік сатылы қобалжытушы әсер түсіре отырып, шығу сигналының мәнін әр буынның шығысында және бүкіл тізбектің (хшығ) шығысында тіркеу керек.

Бірінші тәжірибені орындау үшін қажетті алғашқы мәліметтер 2 - қосымшаның 1 - кестесінен алынады.

 

2.4.2  П-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ң өтпелі процестерін зерттеу.

 

П-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ні АЭЕМ-ң коммутативтік өрісінде жинау сұлбасы 2.4 – суретте келтірілген.

 

 

2.4 сурет

2.4 – суреттегі  R1 = R11 = r = 1 Мом; П-реттегіштің күшейту коэффициенті Rp кедергісінің көмегімен өзгереді; .

Қарастырылып жатқан жүйенің кірісіне бірлік сатылы сигнал (Xкір(τ)=Uкір) түсіре отырып, шығу сигналының мәнін (Xшығ(τ)=Uшығ) тізбектің шығысында әр 5 секунд сайын  10 минут ішінде тіркеу керек.

Күшейту коэффициентінің таңдалып алынған мәніне байланысты жүйедегі өтпелі процестің түрі 2.5-суретте келтірілген пішіндердің бірі болуы мүмкін: а – апериодтық; б – өшу дәрежесі берілген тербелмелі; в – өшпейтін тербелмелі.

Екінші тәжірибені орындау үшін қажетті алғашқы мәліметтер 2 - қосымшаның 2 - кестесінен алынады.

 

2.5 сурет

 

2.4.3  И-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ң өтпелі процестерін зерттеу.

 

И-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ні АЭЕМ-ң коммутативтік өрісінде жинау сұлбасы 2.6 – суретте келтірілген.

 

2.6 сурет

 

2.6 – суреттегі  R1=R11=1 Мом; И-реттегіштің күшейту коэффициенті Rp кедергісінің көмегімен өзгереді.

Қарастырылып жатқан жүйенің кірісіне бірлік сатылы сигнал (Xкір(τ)=Uкір) түсіре отырып, шығу сигналының мәнін (Xшығ(τ)=Uшығ) тізбектің шығысында вольтметр бойынша әр 5 секунд сайын  10 минут ішінде тіркеу керек.

 

2.7 сурет

 

Жүйеде туындайтын өтпелі процесс реттегіштің келтіру параметрлерінің (Кри) таңдап алған мәндеріне тәуелді болады. Процесс 2.7-суретте келтірілгендей а – апериодтық; б – өшу дәрежесі берілген тербелмелі; в – өшпейтін тербелмелі болады.

Үшінші тәжірибені орындау үшін қажетті алғашқы мәліметтер 2 - қосымшаның 3 - кестесінен алынады.

 

2.4.4  ПИ-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ң өтпелі процестерін зерттеу.

ПИ-реттегіші бар бір контурлы АРЖ-ні АЭЕМ-ң коммутативтік өрісінде жинау сұлбасы 2.8 – суретте келтірілген.

 

                         

2.8 сурет

Реттегіштің Кр күшейту коэффициенті R′p кедергінің көмегімен тағайындалады. Ал реттегіштің изодром уақыты (интегралдау уақыты) R″p кедергінің көмегімен тағайындалады. Сонда .

Қарастырылып жатқан жүйенің кірісіне бірлік сатылы сигнал (Xкір(τ)=Uкір) түсіре отырып, шығу сигналының мәнін (Xшығ(τ)=Uшығ) тізбектің шығысында вольтметр бойынша әр 5 секунд сайын  10 минут ішінде тіркеу керек.

Жүйеде туындайтын өтпелі процесстер 2.7-суретте келтірілген процестерге ұқсас болады, процестің қандай түрде болуы реттегіштің келтіру параметрлерінің таңдап алынған мәндеріне тәуелді болады. 

Төртінші тәжірибені орындау үшін қажетті алғашқы мәліметтер 2 - қосымшаның  4 - кестесінен алынады.

 

2.4.5  Тәжірибелерде алынған нәтижелерді өңдеу реті.

 

Жұмыстың соңында таңдалып алынған реттеу заңының және реттегіштің келтіру параметрлерінің тағайындалған мәндерінің жүйедегі өтпелі процестерге ықпалын бағалау керек. Ол үшін әрбір орындалған тәжірибеде мына шамалар анықталынады:

1) τnn – өтпелі процестің ұзақтығы, яғни реттеліп жатқан шама алғашқы ауытқудың 5% - нан аспайтын уақыт аралығы;

2) орнықтылық қорының берілген шамасын сипаттайтын, өтпелі процестің өшу дәрежесінің шамасы ;

3) объект кірісіне бірлік сатылы сигнал түсірілген кезде реттеліп жатқан шаманың максимал ауытқу шамасы;

4) П-реттегіші бар жүйедегі реттеудің δ қалдықтық қалыпсыздығының шамасы;

5) бірінші тәжірибенің нәтижелері бойынша мына параметрлер анықталады: Тоб, Коб, Wоб.

 

2.4.6 Есеп берудің реті.

 

Жұмысты орындау бойынша есеп беру барысында өткізілетін материалдар:

1) әрбір тәжірибеде зерттелетін АРЖ – нің құрылымдық сұлбалары;

2) жұмыс орындау барысында алынған тәжірибелік тәуелділіктердің теңдеулері мен графиктері;

3) өтпелі процестерді тәжірибелік өңдеу және алынған нәтижелерді сараптау.

 

1 қосымша

 

1 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті,

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

20

10

0,5

1,0

0,1

 

Пропорционалдық буын

 

В

15

25

0,5

1,0

0,1

 

 

 

2 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті,

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

20

10

1,0

0,5

0,1

 

Интегралдаушы буын

 

В

15

25

0,5

1,0

0,1

 

 

 

3 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

50

10

0,05

0,1

0,05

0,1

1,0

1,0

Апериодтық

буын

 

В

100

25

0,1 0,05

0,1 0,05

1,0

1,0

 

 

 

          4 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

 

Б

100

 

50

 

25

 

10

0,5

 

1,0

0,1

 

0,05

0,1

 

0,05

Нақты дифференциалдаушы

буын

 

В

50

10

1,0

0,02

0,02

 

 

 

5 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

 

Күшейту коэффициенті

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

 

А

 

 

50

 

 

10

 

 

 

0,2

 

 

 

0,1

 

 

 

0,1

 

 

1,0

 

Тербелмелі

буын

 

В

50

10

0,5

0,2

0,1

1,0

 

 

 

6 кесте

 

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті

 

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

 

А

 

 

10

 

 

 

2

 

 

 

1,0

 

 

 

0,5

 

 

 

1,0

 

 

 

ПИ-реттегіш

 

 

В

20

5

2,0

0,2

0,5

 

 

 

2 қосымша

 

1 кесте

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенттері,

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

100

25

0,1

Реттеу объектісі

 

В

100

25

0,2

 

 

 

2 кесте

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті,

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

30

10

3,2

П-реттегіші бар АРЖ

 

В

30

10

1,5

 

 

С

30

10

0,4

 

 

 

3 кесте

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенті,

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

А

30

10

0,35

И-реттегіші бар АРЖ

 

В

30

10

0,2

 

 

С

30

10

0,1

 

 

 

4 кесте

Нұсқалар

Кіру сигналының шамасы, Uкір, В

Күшейту коэффициенттері,

Зерттеліп жатқан элемент

 

Ескерту

МН-7

МН-10

 

А

30

10

2,0

0,07

ПИ-реттегіші бар АРЖ

 

В

30

10

1,5

0,2

 

 

С

30

10

0,7

0,02

 

 

 

Әдебиеттер тізімі

         

1. Бекбаев А.Б. Автоматика және өндірістік процестерді автоматтандыру: Оқулық.- Алматы: Білім, 1995.-288 бет.

2. Бекбаев А.Б., Сулеев Д.Қ., Хисаров Б.Ж. Автоматты реттеу теориясы: Оқулық.- Алматы, 2005.- 267 бет.

3. Ротач В.Я. Теория автоматического управления.-М.: МЭИ, 2004.- 400 с.

4. Теория автоматического управления/ Под.ред. Ю.М.Соломенцова.-М.: Высшая школа,1999. - 268 с.

5. Плетнев Г.П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике.-М.: МЭИ, 2005. – 352 с.

6. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. - М.: Лаборатория базаовых знаний, 2002. – 832 с.

7. Стефани Е.П. Основа расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов.  -М.: Энергия,1972. – 376 с.

8. Стефани Е.П., Панько М.А., Пикина Г.А. Сборник задач по основам автоматического регулирования теплоэнергетических процессов. - М.: Энергия, 1973. – 336 с.

9. Стояк В.В. Теория автоматического управления: Программа, методические указания и контрольные задания для студентов теплоэнергетических специальностей заочной формы обучения.- Алматы: АИЭС, 2004. – 17 с.

10. Бекалай Н.К., Джаманкулова Н.О. Теория автоматического управления. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ и  контрольные задания для студентов всех форм обучения специальности  5В071700 – Теплоэнергетика. - Алматы: АУЭС, 2010.- 15 с.

11. Бекалай Н.К., Джаманкулова Н.О. Автоматты басқару теориясы. 5В071700 – Жылу энергетика мамандығы бойынша оқитын студенттер үшін есептік-сызба жұмыстарын және бақылау тапсырмаларын орындаудың әдістемелік нұсқаулары. - Алматы: АЭжБУ, 2010.- 15 б.

12. Лабораторный практикум по курсу  «Теория автоматического управления». АИЭС, 2006.

 

2013ж. жиынтық жоспары, реті. 66

 

Нұрипа Қырғызбайқызы Бекалай

Нелля Орналиевна Джаманкулова

ЖЫЛУЭНЕРГЕТИКАСЫНДАҒЫ ЖЫЛУТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРДІ
АВТОМАТТЫ  БАСҚАРУ  ТЕОРИЯСЫ ЖӘНЕ АВТОМАТТЫ  БАСҚАРУ  ЖҮЙЕЛЕРІ

5В071700 - Жылу энергетика мамандығының студенттері
үшін  зертханалық жұмыстарды орындауға арналған
әдістемелік нұсқаулар

 

Редактор Б.С.Қасымжанова
Стандартау маманы Н.Қ.Молдабекова

 

Баспаға берілді_________ 
Формат 60х84  1/16
Таралымы 75 дана. 
Типографтық қағаз N 1
Көлемі 1,8 оқу баспа таб. 
Тапсырыс____. Бағасы 180 тг.

 

«Алматы энергетика және байланыс университеті»
коммерциялық емес акционерлік қоғамының
көшірме-көбейту бюросы
050013, Алматы, Байтурсынов көшесі, 126