Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУВПО Ивановский государственный химико-технологический университет

Кафедра технической кибернетики и автоматики

Курсовая работа

по дисциплине «Моделирование систем»

Тема работы: «Исследование химического реактора как объекта управления »

Вариант 12122

Выполнил: студент группы 4/35

Большаков Д. А.

Проверил: Головушкин Б. А.

И ваново

2011 год

Содержание Введение 3

1. Разработка концептуальной модели объекта 4

2. Математическая модель объекта 7

2.1 Модель динамики объекта 8

2.2 Модель статики 9

3. Оптимизация объекта 10

4. Представления объекта, как объекта управления 17

4.1. Построение статических характеристик объекта по различным каналам 18

4.2. Построение динамических характеристик по каналам регулирования и каналам возмущения 20

5. Анализ исследования статический и динамических характеристик объекта 23

6. Выбор программных средств для моделирования 24

7. Проверка работоспособности модели 25

8. Синтез системы управления двумерным объектом 27

8.1. Расчет регуляторов для системы управления 29

8.2. Расчет передаточных функций компенсаторов 32

9. Показатели качества регулирования 34

9.1. Исследование ковариантности и инвариантности системы управления 35

9.2. Оценка ковариантности САУ 37

9.3. Оценка инвариантности САУ 39

Заключение 41

Список использованных источников 42

Введение

Конечной целью любого производства является получение полезных продуктов путем переработки из исходного сырья наиболее эффективным способом. Чтобы технологический процесс функционировал эффективно необходимо осуществить контроль его состояния и формировать управляющее воздействие при отклонении технологических параметров от оптимальных значений. Эту задачу решает автоматизированная система управления технологическим процессом. Первым этапом разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом является разработки системы автоматического управления технологическим процессом. Разработка САУ предполагает анализ технологического процесса с целью выявления статических и динамических свойств и характеристик объекта. Эти свойства выражаются в конечном итоге в математической модели объекта, которая может быть разработана аналитически, либо экспериментально, если объект имеется в наличии. Таким образом, для разработки САУ необходима математическая модель технологического процесса. Исходя из выше сказанного, можно сформулировать и задачи курсовой работы.

Целью и задачами курсовой работы являются:

• Разработка концептуальной и математической моделей технологического процесса;

• Проведение оптимизации процесса функционирования объекта;

• Исследование статических и динамических свойств объекта;

• Разработка программного обеспечения, для решения выше указанных задач;

• Составление системы регулирования в выбранном программном обеспечении;

• Исследование системы на инвариантность и ковариантность.

1. Разработка концептуальной модели объекта

Объект моделирования – химический реактор емкостного типа, снабжённый механической мешалкой и рубашкой для подогревания жидкости в реакторе.

В реактор емкостного типа с механической мешалкой подается исходные реагенты А, B, C, D и поток воды с расходами и концентрациями C_Авх., C_Ввх., C_Свх., C_Dвх.. В аппарате происходит эндотермическая реакция с образованием продуктов B, C, D. Смесь из реактора забирается насосом, величина потока может регулироваться клапаном. В рубашку аппарата подаётся теплоноситель. В качестве теплоносителя используется пар. Благодаря интенсивному перемешиванию структура потоков в реакторе может быть описана моделью идеального смешения. Аппарат работает в политропическом режиме.

Vp

Vт

Рис. 1 Принципиальная схема процесса

Обозначения: υ₁, υ₂, υ – расходы потоков. t₁, t₂, t – температуры соответствующих потоков. Caвх, Сbвх, Ccвх, Cdвх – концентрации веществ a, b, c, d на входе в реактор, соответственно. Ca, Сb, Cc, Cd – концентрации веществ a, b, c, d, соответственно. V_p – объем реактора. V_т – объем рубашки. υ_т – расход теплоносителя. t_т – температура теплоносителя.

Назначение: проведение в непрерывном режиме химических реакций.

Цель функционирования: получение целевых продуктов B, C, D с заданными концентрациями.