Курсовая Математическая модель системы автоматического регулирования температуры воды, номер: 248422

"Вариант № 13
Разработать математическую аналитическую модель системы автоматического регулирования температуры воды, провести ее исследования и определить значение настроек регулятора.
Объект регулирования – кожухотрубный теплообменник без поперечных перегородок. Холодное тело – вода. Горячее тело - воздух.


Рисунок 1 – Кожухотрубный теплообменник

Значения параметров объекта регулирования:
- внутренний диаметр кожуха – D = 0,6 м;
- наружный диаметр труб - d_н = 0,038 м;
- внутренний диаметр труб - d_вн = 0,032 м;
- количество труб – n = 121
- номинальное значение массовой скорости воздуха - W_(Г,н) = 49 кг/((м^2 с))
- средняя температура воздуха - ϴГ = 185, С;
- температура воды на входе - ϴВ.ВХ = 20, С;
- массовая скорость воды - WВ = 14,1 кг/(м2·с);
- длина труб - L1 = 2, м.
Константы воздуха при данной температуре:
- вязкость μГ = 0,253·10-4, (Н·с)/м2;
- теплопроводность λГ = 0,382, вт/(м·град);
- удельная теплоемкость сГ = 1030, Дж/(кг·град).
Константы воды:
- удельная теплоемкость воды сВ = 4190, Дж/(кг·град);
- теплопроводность λВ = 0,613, Вт/(м·град);
- вязкость μВ = 0.835 · 10-3, (Н·с)/м2.
Возмущением является колебания температуры воды на входе в теплообменник ϴВ.ВХ. Температура воды на выходе из теплообменника ϴВ.ВЫХ регулируется изменением частоты вращения воздушного вентилятора и как следствие изменением массовой скорости воздуха – WГ.
Зависимость между числом оборотов в секунду и производительностью вентилятора в области нормальных значений линейная kвент. = 1.8 кг/(м2соб)
Провести на модели исследование и настроить параметры регулятора. В качестве возмущения считать температуру воды на входе.
Автоматическая система должна поддерживать на выходе температуру воды равную 80 С.

 
Содержание

Введение……………………………………………………………………5
1 Разработка модели объекта регулирования………………..…………..6
1.1 Описание математической модели автоматического регулирования температуры воды………………………………………………….……………..6
1.2 Математическое описание объекта на основе теплового баланса теплообменника…………………………………………………………..……….7
1.3 Передаточная функция датчика температуры………………………10
1.4 Передаточная функция элемента сравнения………………………..11
1.5 Передаточная функция ПИД – регулятора………………….……..11
1.6 Математическая модель исполнительного устройства…………….11
1.6.1 Математическая модель согласующего устройства………..…….11
1.6.2 Математическая модель электродвигателя………………….……12
1.6.3 Математическая модель редуктора…………………….……...…..12
2. Реализация САР в среде Simulink Matlab…………………….…...….16
2.1 Результаты моделирования…………………………………..………14
2.2 Определение показателей регулирования…………………..………16
2.2.1 Время регулирования…………………………………….…..…….16
2.2.2 Перерегулирование процесса……………………………..……….16
2.2.3 Статическая ошибка…………………………………….….………16
2.3 Оптимизация настроек регулятора……………………….………….19
Заключение………………………………………………………………..21
Библиографический список…………………………………….….……..22

 
1. Закгейм А. Ю./ Введение в моделирование химико-технологических процессов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1982. – (серия ""Химическая кибернетика"") 288 с., ил.
2. Кафаров В. В., Глебов М.Б./ Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учебн. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.: ил.
3. Основы идентификации и проектирования тепловых процессов и систем: Учебное пособие/ О. М. Алифанов, П. Н. Вабищев, В. В. Михайлов и др. – М.: Логос, 2001. – 400 с.: ил.
4. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. – 2-е изд., испр. – М.: испр. – М.: Физматлит, 2001. – 320 с.
5. Селиверстов В. М., Бажан П. И. Термодинамика, теплопередача и теплообменные аппараты: Учебник для институтов водн. трансп. – М. Транспорт, 1988. – 287 с.
6. Скурихин В. И. и др. Математическое моделирование. В.И. Скурихин, В.Б. Шифрин, В.В. Дубровский. К.: Техника , 1983. –270 с., ил.- Библиогр.: с. 265 – 269.
7. Теория тепломассообмена: Учебник для технических университетов и вузов / С. И. Исаев, И. А. Кожинов, В. И. Кофанов и др.; Под ред. А. И. Леонтьева. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. – 683 с.
"