1. Описание устройства и взаимодействие элементов САР

Измеритель вязкости и пневмопреобразователь

Вал 2 мотора вращает с постоянной скоростью ведущий диск 1, на поверхности ведомого диска 4 возникает крутящий момент, который передаётся на преобразователь.

Плоскость, в которой поворачивается рычаг заслонки 8 преобразователя, перпендикулярна плоскости выходного валика 3 (на рисунке плоскости совмещены). При увеличении вязкости зазор между соплом 7 и заслонкой 8, имеющими предвключённое сопротивление 5 уменьшается и сигнал на выходе усилителя 6 увеличивается. В такой же степени увеличивается и управляющий сигнал на выходе 14, который также передаётся в сильфоны обратной связи 12. Оси сильфонов смещены друг относительно друга таким образом, что развиваемый ими момент на рычаге 8 противоположен по знаку моменту М на валике 3 измерителя. Конструкцией предусмотрена возможность смещения левого сильфона, как показано стрелкой В, что обеспечивает изменение степени обратной связи (коэффициент усиления измерителя). С уменьшением расстояния между осями сильфонов коэффициент усиления возрастает, и наоборот. Начальную точку диапазона измерения – начальную точку – можно отрегулировать за счёт натяжения пружины 10; пружина 11 компенсационная.

Выходной сигнал 14 измерителя является линейной функцией вязкости топлива.

Предусмотрена также возможность регулирования зазора между дисками 1 и 4; с уменьшением этого зазора коэффициент усиления измерителя растёт.

Рычаг заслонки 8 имеет ограничители 9.

Для контроля правильности настройки предусмотрен груз 15, который следует при проверках надевать на штырёк рычага 16. Во избежании перегрева включать сжатый воздух через редукционный клапан 13 следует, когда измеритель только начинает прогреваться (предельная температура 70С).

Измеритель вязкости снабжён термовыключателем, поскольку не рекомендуется работать при слишком низких или чересчур высоких значениях температуры. Термовыключатель срабатывает на запуск двигателя при нижнем значении заданной температуры и на его остановку в случае угрозы перегрузки.

Пневматический ПИ-регулятор

На вход регулятора подаются давление задания 5 и выходной сигнал 6 преобразователя, пропорциональный текущему значению вязкости топлива. На входе имеется реверсивная пластина 4, при повороте которой действие регулятора изменяется с прямого на обратное.

Разность входных давлений измеряется дифференциальной мембраной камеры 9, которая создаёт соответствующее по знаку и значению усилие на управляющем штоке 7.

Камера 8 разделена мембраной на полости пропорциональной и интегральной составляющей. Мембрана камеры 10 создаёт на штоке 7 компенсационное усилие, по знаку соответствующее отрицательной обратной связи (жесткой). Выходное (управляющее) давление определяется положением шарикового клапана 2 усилителя 3 и полого стержня 1 с отверстием в атмосферу. Пружина 11, натяжение которой регулирует маховичок 12, служит для установления начальной рабочей точки характеристики регулятора.

Когда появляется рассогласование между текущим и заданным значениями вязкости топлива, под влиянием разности давлений сжатого воздуха на мембране камеры 9 управляющий шток 7 перемещается и через стержень 1 изменяет положение шарикового клапана 2. Это вызывает изменение выходного давления и перемещение клапана 16, управляющего подачей пара к подогревателю топлива. Положение штока 7 определяется соотношением усилий со стороны отрицательной обратной связи на мембранах камер 10 и 8 (слева) и со стороны положительной обратной связи на мембране камеры 8 (справа). Постоянная времени интегрирования регулятора устанавливается дросселем 13, а ширина зоны пропорциональности – дросселями 14 и15.

Максимальная ширина зоны пропорциональности при закрытом дросселе 15 равна 300 %, время интегрирования может быть изменено от 0,06 до 20 минут.

Компенсационная камера 10 и пружина регулировки нулевой точки 11 служат для компенсации различного рода искажений, которые могут возникнуть в процессе изменений заданного и управляющего давлений на соответствующих мембранах.

2. Построение и аппроксимирование переходной функции

По экспериментальным данным строится график переходной функции, представляющий собой плавную кривую, проходящую через или рядом с экспериментальными точками. Плавная кривая характеризует существо процесса и необходима для последующих операций аппроксимирования.

Характерной особенностью переходного процесса является отсутствие заметного изменения регулируемой величины сразу после нанесения возмущения. Максимальное значение скорости изменения регулируемой величины устанавливается не непосредственно после нанесения возмущения, а с некоторым отставанием, называемым переходным запаздыванием. Величина запаздывания определяется отрезком на оси времени, ограниченным касательной к кривой переходного процесса в точке максимальной скорости изменения показателя процесса и точкой, соответствующей нанесению возмущения.

Многоёмкостные объекты можно заменить одноёмкостными с запаздыванием. Таким образом динамику любых объектов регулирования можно характеризовать тремя цифрами:

– время запаздывания;

– инерционная постоянная;

– статический коэффициент усиления.

При построении получаем:

сек; сек.

3. Расчёт коэффициентов усиления и оптимальных коэффициентов настройки

Коэффициент усиления объекта по внешнему воздействию представляет собой отношение статических изменений регулируемой величины и внешнего воздействия :

.

Он равен угловому коэффициенту касательной к кривой, выражающей зависимость регулируемой величины от нагрузки. С допустимой степенью точности коэффициент может быть определён аналитически как угловой коэффициент хорды в районе заданного уровня нагрузки.

сR₁/(кг/ч).

Для расчётов удобнее иметь дело с безразмерным значением данного коэффициента, которое получается в результате деления размерных величин числителя и знаменателя на их базовые значения.

.

Определение коэффициента усиления по регулирующему воздействию производится по ординате асимптоты переходной функции. Поскольку в задаче рассматривается переходная функция не объекта, а разомкнутой системы, состоящая из трёх элементов: сервомотора, объекта и измерителя, то коэффициент усиления по регулирующему воздействию, подсчитанный как отношение ординаты асимптоты к возмущению , выражает коэффициент усиления для всей разомкнутой системы:

.

Также как и для , вычисляется в безразмерной форме, получаемой делением размерных величин числителя и знаменателя на их базовые значения.

сR₁/кПа;

.

Расчёт коэффициентов настройки производится по формуле:

,

поскольку соответственно заданию система оборудована ПИ-регулятором.

Коэффициенты А, В, С, D для интегрального квадратичного критерия равны:

; ; ; .

Расчётные данные округляют до целых значений.

;

.

4. Определение координат точек на диаграмме Вышнеградского

Передаточная функция регулятора:

,

где – преобразователь Лапласа.

Чтобы воспользоваться диаграммой Вышнеградского для анализа качества регулирования при вычисленных параметрах настройки, звено с запаздыванием, соответствующее передаточной функции разомкнутой системы, следует преобразовать в линейное звено. Такое преобразование может быть выполнено с удовлетворительной степенью приближения на основании аппроксимации Падда:

.

Тогда получим:

.

Передаточная функция для замкнутой системы:

.

Знаменатель полученного выражения, приравненный к нулю, есть характеристическое выражение этой системы. После преобразований получим:

.

Расчёт координат точек САР на диаграмме Вышнеградского

На диаграмме Вышнеградского:

I – область колебательной устойчивости; III – область апериодической устойчивости;

II – область монотонной устойчивости; IV – область неустойчивости.

Библиографический список

1. Печененко В.И., Козьминых Г.В. Автоматика регулирования и управления судовых силовых установок. М.: Транспорт, 1969.

2. Сыромятников В.Ф. Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых пароэнергетических установок. М.: Транспорт, 1983.

3. Сыромятников В.Ф. Наладка автоматики судовых энергетических установок. М.: Транспорт, 1989.

4. Грицай Л.Л. Справочник судового механика (в двух томах). М.: Транспорт, 1973.

Введение

Среди причин широкого распространения автоматических регуляторов вязкости топлива наиболее важны усиливающаяся борьба с загрязнением окружающей среды и широкое использование в качестве топлива продуктов перегона нефти с высоким содержанием серы. В судовых установках вязкость является критическим параметром, поскольку прямо определяет эффективность топливосжигания. Отклонение вязкости от оптимального значения не только ухудшает процесс сгорания топлива, но и увеличивает износы ЦПГ и топливной аппаратуры.

Вязкость жидкости зависит от её температуры. Однако пределы изменения вязкости тяжёлых сортов топлива даже при неизменной температуре весьма широки. Существующие стандарты на топливо допускают варьирование вязкости в большом диапазоне. Вязкость одной и той же марки топлива может значительно отличаться в зависимости от условий хранения, месторождения сырья и т.п. Нередко в качестве топлива для двигателей используются смеси различных марок топлива, каждый компонент которых при одной и той же температуре имеет свою вязкость, которая с изменением температуры меняется неодинаково.

В ряде случаев для регулирования вязкости топлива устанавливаются обычные автоматические регуляторы температуры подогрева. Однако поддержание заданной оптимальной вязкости обычным терморегулятором весьма затруднительно, так как вязкость и температура не имеют однозначной зависимости. Особенно трудно подобрать температурный режим для смеси топлива. Очевидно, что наилучшим решением задачи поддержания оптимальной вязкости топлива является установка автоматического регулятора, непосредственно контролирующего вязкость. Сравнительный анализ работы двигателей с регуляторами температуры топлива и с регуляторами вязкости показывает, что расходы топлива при регулировании вязкости уменьшаются на 3–5 %.

Таким образом, для подготовки топлива перед подачей в двигатель необходим автоматический регулятор вязкости. При этом во всех без исключения современных системах предусматривается астатическая характеристика регулирования вязкости топлива, чтобы её значение перед форсунками двигателя оставалось постоянным на всех нагрузках.

Исходные данные

Объектом регулирования рассматриваемой САР является паровой подогреватель топлива. Динамические свойства САР характеризуются переходной функцией разомкнутой системы, образующейся из контура регулирования после отключения регулятора. Ступенчатое воздействие на эту систему – изменение пневматического сигнала кПа на входе сервомотора, а её выходная величина изменения во времени показаний прибора, регистрирующего вязкость топлива и расположенного на выходе измерителя. Зафиксированные через равные промежутки времени сек значения , выражаются следующим рядом цифр: 65,6; 65,3; 64,7; 64,0; 63,0; 62,5; 61,8; 61,2; 60,7; 60,3; 60,0; 59,9; 59,1; 58,9; 58,7; 58,6; 58,5; 58,4; 58,3; 58,3; …, асимптотически стремящихся к значению . Первая цифра этого ряда соответствует моменту начала отсчёта и подаче на сервомотор входного ступенчатого воздействия. Нагрузка по топливу: кг/ч. Номинальная нагрузка по топливу: кг/ч.

Значения вязкости за подогревателем топлива на установившихся режимах

Содержание

Содержание 2

Исходные данные 3

Введение 4

1. Описание устройства и взаимодействие элементов САР 5

2. Построение и аппроксимирование переходной функции 9

3. Расчёт коэффициентов усиления и оптимальных коэффициентов настройки 11

4. Определение координат точек на диаграмме Вышнеградского 13

Библиографический список 14