Разработка концептуальной модели.

Курсовая работа

по дисциплине: «Технологические процессы

автоматизированных производств»

 

 

на тему: «Анализ типового технологического процесса как объекта управления»

 

Направление подготовки: Автоматизация технологических процессов и

                                          производств

Профиль: Автоматизация технологических процессов и производств

Автор:   студент Смирнов И.С.                                            курс/группа 3/35

                                                      Ф.И.О., Подпись

 

Руководитель: доц. каф. ТКиА Волкова Г.В.                                      

                                                      Ф.И.О., Подпись

 

Заведующий кафедрой:     проф. Зайцев В.А.                              

                                                                  Ф.И.О., Подпись

 

 

Иваново, 2020

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет   Техники, управления и цифровой инфраструктуры                                                                        

Кафедра      Технической кибернетики и автоматики                                                                                            

Направление 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств                                        

Профиль         Автоматизация технологических процессов и производств                                         

                                                                                                                         УТВЕРЖДАЮ:

                                                                                                                         Зав. кафедрой ____________

                                                                                                                         «_____» ____________ 20 г.

З А Д А Н И Е

                                                    на курсовую работу

студенту    Смирнову Ивану Сергеевичу                                                                                                                         (Ф.И.О. полностью)

1. Тема             Анализ типового технологического процесса как объекта управления                                                                                                                                                                                                         

2. Исходные данные    литературные данные: 1. Анализ технологических процессов как объектов управления: метод. указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технологические процессы и производства» / Сост.: А.Н. Лабутин, А.Е. Иваенков, Г.В. Волкова; Иван. гос. хим.-тенол. ун-т. – Иваново, 2009; 2. Волкова Г.В. «Практикум по основам анализа технологических процессов как объектов управления: учеб. пособие» / Г.В. Волкова, А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын; Иван. гос. хим.-тенол. ун-т. – Иваново, 2018                                                                                        вариант 15                                                                      

3. Содержание проекта (работы)                                                                                                                                                 1. Разработка концептуальной модели.                                                                                      2. Построение математической модели объекта.                                                                    3. Исследование статических и динамических свойств объекта.                                 4. Выбор каналов регулирования. Структурно-параметрический синтез объекта

 управления.                                                                                                                             

4. Вопросы для специальной разработки                                                                                                                                  Разработка программных средств реализации математических моделей статики и динамики в среде Mathcad                                                                                                                                                                                                                                                                                           

5. Руководитель работы              доцент каф. ТКиА Волкова Галина Витальевна                            

                                                                        (должность, Ф.И.О.)

6. Дата выдачи задания               23.03.20                                                                                      

7. Дата предоставления законченной работы                      31.05.20                                       

 

Руководитель                                                                                          /Волкова Г.В./

                                                                          (Ф.И.О., подпись)

Студент                                                                                  / Смирнов И.С. /

                                                                         (Ф.И.О., подпись)

          

Содержание

Введение. 5

1. Разработка концептуальной модели. 6

2. Построение математической модели объекта. 7

3. Исследование статических и динамических свойств объекта. 8

4. Выбор каналов регулирования. Структурно-параметрический синтез объекта управления. 15

Заключение. 16

Список использованной литературы.. 17

Приложения. 18

 

 

 

Введение

Основными задачами теории управления является анализ и синтез систем. В свою очередь, основная цель и задача синтеза системы управления – это построение математической модели СУ, которая удовлетворяет определенным требованиям к поведению и обеспечивает оптимальный режим функционирования объекта управления. Поэтому анализ ХТП как объекта управления проводится с целью создания математической модели ХТП. Данный анализ проводится путем построения моделей, изучения их свойств и переноса полученных сведений и знаний на моделируемые объекты.

Исходя из вышесказанного, можно перечислить основные цели и задачи курсовой работы:

1) разработать концептуальную модель;

2) построить математическую модель на базе типовой модели гидродинамики;

3)построить и исследовать статические и динамические характеристики объекта, определить численные значения коэффициентов передачи и постоянной времени;

4)сформулировать рекомендации по выбору регулируемых переменных и соответствующих регулирующих воздействий

5) заключение по работе. 

 

Заключение

По итогам выполнения курсовой работы на тему: «Анализ типового технологического процесса как объекта управления» можно сделать несколько выводов.

Была разработана концептуальная модель теплообменника смешения со свободным истечением жидкости. После чего для данного объекта было составлено математическое описание для условий статики и динамики.

По составленным системам уравнений, с использованием программы MathCad была разработана программа для исследования статических и динамических свойств объекта. Результаты исследования позволили составить таблицу, которая содержала численное значения постоянных времени и коэффициентов передачи для каналов. (В данном случае было рассмотрено 8 каналов регулирования). Кроме того можно отметить, что данный канал описывается апериодическим звеном первого порядка. Из статических и динамических характеристик стоит отметить, что параметр f0 никак не влияет на температуру.

Заключительным этапом курсовой работы был выбор регулирующих и регулируемых параметров. Наш объект имеет две регулируемые величины: уровень и температура, поэтому получаются два канала регулирования: f0→h и v₁→t

 

 

                                                    

 

Список использованной литературы

1. Материалы лекций по курсу «Технологические процессы автоматизированных производств»;

2. Волкова Г.В., Лабутин А.Н., Невиницын В.Ю. Практикум по основам анализа технологических процессов как объектов управления. Учеб. пособие. Иваново,2018. - 121 с.;

3. Лабутин А.Н., Волкова Г.В. Технологические процессы и производства. Часть 1.: Учебн. пособие. Иваново, ИГХТУ, 2010. – 95 с.;

4. Кирьянов Д.В. Mathcad 13. СПб.: БХВ,- Петербург 2006 г.;

5. Теория автоматического управления: учебник для вузов / В. Я. Ротач. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 396 с., ил.

 

 

 

Приложения

Приложение 1.

Листинг программы для исследования статики

 

Приложение 2

Листинг программы для исследования динамики

Курсовая работа

по дисциплине: «Технологические процессы

автоматизированных производств»

 

 

на тему: «Анализ типового технологического процесса как объекта управления»

 

Направление подготовки: Автоматизация технологических процессов и

                                          производств

Профиль: Автоматизация технологических процессов и производств

Автор:   студент Смирнов И.С.                                            курс/группа 3/35

                                                      Ф.И.О., Подпись

 

Руководитель: доц. каф. ТКиА Волкова Г.В.                                      

                                                      Ф.И.О., Подпись

 

Заведующий кафедрой:     проф. Зайцев В.А.                              

                                                                  Ф.И.О., Подпись

 

 

Иваново, 2020

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

 

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет   Техники, управления и цифровой инфраструктуры                                                                        

Кафедра      Технической кибернетики и автоматики                                                                                            

Направление 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств                                        

Профиль         Автоматизация технологических процессов и производств                                         

                                                                                                                         УТВЕРЖДАЮ:

                                                                                                                         Зав. кафедрой ____________

                                                                                                                         «_____» ____________ 20 г.

З А Д А Н И Е

                                                    на курсовую работу

студенту    Смирнову Ивану Сергеевичу                                                                                                                         (Ф.И.О. полностью)

1. Тема             Анализ типового технологического процесса как объекта управления                                                                                                                                                                                                         

2. Исходные данные    литературные данные: 1. Анализ технологических процессов как объектов управления: метод. указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технологические процессы и производства» / Сост.: А.Н. Лабутин, А.Е. Иваенков, Г.В. Волкова; Иван. гос. хим.-тенол. ун-т. – Иваново, 2009; 2. Волкова Г.В. «Практикум по основам анализа технологических процессов как объектов управления: учеб. пособие» / Г.В. Волкова, А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын; Иван. гос. хим.-тенол. ун-т. – Иваново, 2018                                                                                        вариант 15                                                                      

3. Содержание проекта (работы)                                                                                                                                                 1. Разработка концептуальной модели.                                                                                      2. Построение математической модели объекта.                                                                    3. Исследование статических и динамических свойств объекта.                                 4. Выбор каналов регулирования. Структурно-параметрический синтез объекта

 управления.                                                                                                                             

4. Вопросы для специальной разработки                                                                                                                                  Разработка программных средств реализации математических моделей статики и динамики в среде Mathcad                                                                                                                                                                                                                                                                                           

5. Руководитель работы              доцент каф. ТКиА Волкова Галина Витальевна                            

                                                                        (должность, Ф.И.О.)

6. Дата выдачи задания               23.03.20                                                                                      

7. Дата предоставления законченной работы                      31.05.20                                       

 

Руководитель                                                                                          /Волкова Г.В./

                                                                          (Ф.И.О., подпись)

Студент                                                                                  / Смирнов И.С. /

                                                                         (Ф.И.О., подпись)

          

Содержание

Введение. 5

1. Разработка концептуальной модели. 6

2. Построение математической модели объекта. 7

3. Исследование статических и динамических свойств объекта. 8

4. Выбор каналов регулирования. Структурно-параметрический синтез объекта управления. 15

Заключение. 16

Список использованной литературы.. 17

Приложения. 18

 

 

 

Введение

Основными задачами теории управления является анализ и синтез систем. В свою очередь, основная цель и задача синтеза системы управления – это построение математической модели СУ, которая удовлетворяет определенным требованиям к поведению и обеспечивает оптимальный режим функционирования объекта управления. Поэтому анализ ХТП как объекта управления проводится с целью создания математической модели ХТП. Данный анализ проводится путем построения моделей, изучения их свойств и переноса полученных сведений и знаний на моделируемые объекты.

Исходя из вышесказанного, можно перечислить основные цели и задачи курсовой работы:

1) разработать концептуальную модель;

2) построить математическую модель на базе типовой модели гидродинамики;

3)построить и исследовать статические и динамические характеристики объекта, определить численные значения коэффициентов передачи и постоянной времени;

4)сформулировать рекомендации по выбору регулируемых переменных и соответствующих регулирующих воздействий

5) заключение по работе. 

 

Разработка концептуальной модели.

Рис. 1. Принципиальная схема теплообменника смешения: свободное истечение жидкости

Краткая характеристика объекта:

В аппарат емкостного типа с интенсивно работающей мешалкой подаются две жидкости, расходы и температуры которых равны соответственно υ₁, t₁ и υ₂, t₂. В процессе смешения потоков среда приобретает температуру t и с расходом v путем организации жидкости свободного истечения выводится из аппарат. Рабочий объем аппарата V.

Назначение ХТП: смешение двух потоков жидкости, с различными температурами.

Цель функционирования: получить выходной поток жидкости с заданным значением температуры – .

Классификация технологических параметров, характеризующих входные, выходные потоки и "внутреннее" состояние объекта:

Переменные состояния:

Температура t –отражает назначение и цель функционирования объекта;

Уровень h.

Входные переменные:

υ₁- расход первого потока;

 t₁- температура первого потока;

 υ₂ – расход второго потока;

t₂ – температура второго потока;

n -расход на выходе.

Все эти параметры характеризуют внешнее воздействие на состояние объекта, и часть из них может целенаправленно меняться (оказывать регулирующее воздействие).

Критерий эффективности.

В соответствии с целью функционирования объекта эффективность его работы можно оценить по степени достижения цели, т.е. близости температуры t к заданной величине .

В качестве критерия эффективности или целевой функции можно использовать величину .

Тогда задачей управления является –

Таблица 1

Исходные данные

 

Номер варианта	υ1, л/мин	υ2, л/мин	t1, ^0C	t2, ^0C	V, л	Da, м
15	20	10	15	38	2300	1,5