Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Факультет химической техники и кибернетики

Кафедра Технической кибернетики и автоматики

Курсовая работа

по дисциплине: «Моделирование систем»

Тема: «Математическое моделирование систем автоматического регулирования химическим реактором»

Выполнил:

студент 4 курса 35 группы

Болотов А. А.

Руководитель: Лабутин А. Н.

Консультант: Лабутин А. Н.

Проверил: Лабутин А. Н.

Иваново 2010

Содержание

Введение………………………………………………………………………………..………..4

1.Исследование химического реактора как объекта управления………………………...….5

1.1. Математическая модель объекта…………………………………………………..8

1.2.Оптимизация объекта управления……………………………………………......12

1.3.Исследование статики и динамики объекта. Вычисление параметров передаточных функций по динамическим и статическим характеристикам всех исследуемых каналов……………………………………………………………….....16

Вывод…………………………………………………………………………………………...21

2.Моделирование несвязной системы управления реактором……………………….……..23

2.1.Структурный синтез САУ………………………………………………………....23

2.2.Алгоритмический синтез…………………………………………………….……23

2.3.Параметрический синтез…………………………………………………….…….25

2.4 Исследование свойств САР………………………………………………….……26

2.4.1 Исследование инвариантности САР к возмущениям…………….……26

2.4.2 Исследование ковариантности САР с заданием…………………….…27

2.4.3 Исследование грубости несвязанной САР……………………………..28

Вывод…………………………………………………………………………………………...31

Приложение…………………………………………………………………………………....32

Введение

Задача синтеза системы автоматического управления любым объектом по существу сводится к построению математической модели неизменяемой части системы регулирования объекта и математической модели управляющего воздействия. Отсюда вытекает необходимость анализа исследуемого химико-технологического процесса, как объекта управления. Этот анализ заключается в построении концептуальной модели, а затем математической модели и, по существу, сводится к анализу статических и динамических свойств модели и переносе результатов анализа на сам объект. Анализ этих свойств осуществляется с использованием методов математического моделирования. Также в настоящей работе проведено исследование реактора и системы несвязного управления им с использованием методов математического моделирования.

1. Исследование химического реактора как объекта управления

Рис.1.1. Принципиальная схема объекта

Объект анализа – химический реактор емкостного типа объемом , снабженный механической мешалкой и рубашкой, в которую подается хладагент. В качестве хладагента используется жидкость.

В аппарате проводится сложная жидкофазная экзотермическая реакция с образованием ряда продуктов :

Исходный реагент с концентрацией подаётся в аппарат потоком . Поток служит для разбавления реакционной смеси до необходимой концентрации. Смесь из реактора забирается насосом, величина потока может регулироваться клапаном. Благодаря интенсивному перемешиванию структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения. Аппарат работает в политропическом режиме.

Назначение реактора: получить поток с необходимыми, заданными значениями концентрации компонента и температуры раствора (с^з, t^з), т.е производить продукт В с заданным значением концентрации в выходном потоке.

Классификация переменных:

Переменные состояния объекта:

- объем (уровень) реакционной смеси в аппарате V_p;

– концентрации компонентов в выходном потоке – Ca, Cb, Cc, Cd;

– температура смеси в аппарате, температура в рубашке – t, t_хл;

Входные переменные объекта:

– расходы потоков на входе и выходе из аппарата – v₁, v₂, v;

– концентрация вещества A во входном потоке – Caвх;

– температуры входных потоков – t₁, t₂, t_tnвх;

t_1, t_{2, tхлвх}

C_Aвх

V_p

t, t_хл

ОБЪЕКТ

C_A,C_B,C_C,C_D

Формулировка критерия эффективности

Целевым является компонент В, т.о. критерием эффективности является выход целевого продукта В. ψ_В – это доля исходного реагента, пошедшая на образование целевого продукта:

(1.1.)

где - концентрация целевого продукта во входном потоке.

Таблица 1.1