4.2. Автоматическая система регулирования уровня жидкости в резервуаре

Функциональная схема системы показана на рис. 4.1. На схеме обозначено: ЗУ – задающее устройство; ЭД – электрический двигатель; Р – резервуар; Н – насос; Д – датчик; РУ – регулирующее устройство; ПЧ – преобразователь частоты; В – вентиль; – объемный расход приточной жидкости; - объемный расход вытекающей жидкости; х – эквивалентный ход выпускного вентиля; h – уровень.

Рис. 4.1. Функциональная схема автоматической системы

регулирования уровня жидкости в резервуаре

Структурная схема системы приведена на рис. 4.2. На схеме обозначено:

– сигнал задания;

ε – ошибка регулирования;

– передаточная функция пропорционально-интегрального регулирующего устройства;

, – коэффициент передачи и постоянная времени регулирующего устройства;

u – выходной сигнал регулирующего устройства без учета ограничения;

– нелинейная характеристика, отражающая ограничение выходного сигнала регулирующего устройства;

– выходное напряжение регулирующего устройства;

– максимальное значение выходного сигнала регулирующего устройства, = 10В;

– коэффициент передачи преобразователя частоты;

– передаточная функция исполнительного устройства (насоса);

, – коэффициент передачи и постоянная времени исполнительного устройства;

– объемный расход воды;

F – эквивалентная площадь сечения резервуара;

b – коэффициент пропорциональности;

– коэффициент передачи датчика уровня.

Рис. 4.2. Структурная схема автоматической системы регулирования уровня жидкости в резервуаре

Исходные данные для расчета и моделирования системы приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Данные для расчетов автоматической системы регулирования уровня жидкости в резервуаре

Параметр	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8
, B	5	6	7	4	5	6	7,5	8
	0,1	0,1	0,15	0,45	0,1	0,1	0,15	5
, c	200	150	150	150	300	150	200	120
	20	25	25	20	25	20	25	25
, м3/с·В	10-3	10-3	10-3	10-3	10-3	1,2·10-3	10-3	10-3
, c	5	5	10	10	8	10	15	15
F, м2	10	10	8	10	10	10	12	12
b, м3/2 /с	0,2	0,2	0,2	0,2	0,15	0,2	0,2	0,2
, В/м	1	1	1	1	1	1	1	1
, м	0,2	0,3	0,25	0,1	0,15	0,25	0,2	0,3

Примечания.

1. В табл. 4.1. указаны значения и , соответствующие рабочей точке.

2. Оптимизацию линеаризованной системы провести для параметров регулирующего устройства и .

3. Область устойчивости системы построить в плоскости параметров ( , ).

4. При исследовании статических и динамических характеристик линеаризованной системы определите зависимость уровня и ошибки от сигнала задания и эквивалентного хода вентиля х, характеризующего нагрузку системы.

5. Для нелинейной системы определите следующие статические характеристики:

- зависимость расхода жидкости от хода x вентиля при различных значениях уровня h;

- зависимость расхода жидкости от уровня h при различных значениях хода x вентиля;

- зависимость объемного расхода приточной жидкости от сигнала задания при различных значениях хода вентиля x.

Контрольные вопросы

1. Объясните физическую сущность нелинейной зависимости стока жидкости от уровня.

2. Как изменятся статические и динамические характеристики системы, если вместо ПИ-регулятора использовать П-, ПД- или ПИД-регуляторы?

3. Рассмотрите возможность использования в системе релейного регулирующего устройства.

4. Проанализируйте процессы в системе при резком сокращении расхода жидкости (x = 0).

5. Как влияет значение эквивалентного хода x вентиля на статические и динамические характеристики системы?