Удк 621.3.078

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУВПО

«ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

РАЗРАБОТКА РЕГУЛЯТОРА РАСХОДА

ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Методические указания к курсовому проекту

по дисциплинам «Технические средства автоматизации»

и «Технические средства автоматизации и управления»

Для студентов, специалитета обучающихся по направлениям

220200 – «Автоматизация и управление»

Специальность 220201 – “Управление и информатика

в технологических системах”),

220300 – «Автоматизированные технологии и производства»

Специальность 220301 – “Автоматизация технологических процессов и производств

(в пищевой и химической промышленности)”)

Дневной и заочной форм обучения

И бакалавриата техники и технологий, обучающихся

по направлению 220200 – «Автоматизация и управление»

Дневной формы обучения

ВОРОНЕЖ

УДК 621.3.078

Программное управление циклическими процессами[Текст] : метод. указания к курсовому проекту по дисциплинам "Технические средства автоматизации" и "Технические средства автоматизации и управления" / Воронеж. гос. технол. акад.; сост. И. А. Дободейч, С. Н. Аксёнов. – Воронеж : ВГТА, 2010. – 24 с.

Методические указания разработаны в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки инженеров по направлению 220200 – «Автоматизация и управление» (специальностей 220201 – «Управление и информатика в технических системах», 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств (в пищевой и химической промышленности)») и бакалавров техники и технологий. Предназначены для закрепления теоретических знаний дисциплин цикла СД. Содержат общие структуру и требования к выполнению проекта, алгоритм и формулы расчета регулятора.

Библиогр.: 7назв.

Составители:

профессор И.А ДОБОДЕЙЧ, доцент С.Н. АКСЕНОВ

Научный редактор профессор И.А. АВЦИНОВ

Рецензент главный конструктор д.т.н. ЕФИМОЧКИН А.Ф.

(ОАО ОКБХ)

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

ã Дободейч И.А.,

Аксёнов С.Н., 2010

ã ГОУВПО

«Воронежская

государственная

технологическая

академия», 2010

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

Цель курсового проекта –систематизация, закрепление и углубление знаний, полученных студентами при изучении курса «Технические средства автоматизации» и других дисциплин, а также выработка навыков применения этих знаний для комплексного решения вопросов расчета и проектирования систем автоматического регулирования (АСР) технологических процессов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Из теории автоматического управления известны четыре группы характеристик любого элемента АСР: статическая, динамическая, метрологическая и надежностная, анализ перечисленных характеристик всех элементов АСР позволяет предсказывать на стадии проектирования качество переходного процесса. Критерии пригодности любого устройства для работы в конкретном контуре регулирования могут быть сформулированы на основе его статических и динамических характеристик.

Тематика курсового проекта предусматривает разработку принципиальной схемы автоматической системы для подачи технологической среды и проектирование для нее регулятора расхода жидкости прямого действия по заданным требованиям к технологическому процессу и условиям функционирования, а также в соответствии с техническими требованиями и характеристиками, предъявляемыми к устройствам в АСУТП.

На первой этапе студент должен уяснить задание и изучить литературу по теме, не ограничиваясь при этом только рекомендованными источниками. Последовательность выполнения курсового проекта должна быть такой: изображение схемы гидравлической системы в масштабе с учетом цифровых данных индивидуального задания; определение параметров гидравлической системы; выбор типа насоса и его параметров; составление математической модели разрабатываемого устройства; расчет конструктивных параметров устройства; расчет статических и динамических характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям; разработка сборочного чертежа устройства и рабочих чертежей его деталей; анализ полученных результатов и предложения по улучшению конструкции разрабатываемого устройства. К сборочным единицам составляются спецификации.

2. СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной и графической частей.

Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) занимает по объему 20-28 страниц стандартного размера (формат А4) рукописного текста; все страницы записки должны быть пронумерованы. Приводимые графики и иллюстративные материалы помещают в тексте или на отдельных листах, вкладываемых последовательно между страницами, нумеруют, а в тексте делают ссылку на этот материал. В РПЗ необходимо ссылаться на графический материал, представленный на чертежах курсового проекта. Позиции узлов и деталей разрабатываемого устройства, приводимые в тексте записки, должны быть те же, что и на чертежах.

Условные, буквенные и графические обозначения должны соответствовать существующим стандартам. Если в тексте использованы расчетные формулы, то все буквенные обозначения и числовые коэффициенты расшифровываются за формулой, здесь же делается ссылка на литературный источник, из которого она взята. При ссылке на него указывается порядковый номер источника в списке литературы, например [8], а в конце записки приводится сам список.

Содержание записки должно излагаться кратко, четко, с соблюдением единой терминологии. Сокращение слов в тексте и подписях под люстрациями не допускается, за исключением установленных ГОСТ 7.12-77.

2.1. СТРУКТУРА РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

РПЗ должна иметь следующие разделы и подразделы (табл. I).

Таблица I.

Структура расчетно-пояснительной записки

Порядковый номер разделов	Наименование разделов	Кол-во страниц
	Содержание	I
	Введение	1-2
	Определение параметров технологической среды при ее течении через элементы гидравлической системы	2-3
	Описание конструкции и работы разрабатываемого устройства
	Математическая модель разрабатываемых устройств заданной схемы
	Выбор и расчет конструктивных параметров устройства	5-6
	Расчет статических характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям	3-4
	Расчет частотных характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям
	Заключение	1-1,5
9.1	Анализ соответствия полученных статических и динамических характеристик техническому заданию. Область рекомендуемой эксплуатации устройства
9.2	Предложения по улучшению конструкции разрабатываемого устройства
	Библиографический список	1-2
	Приложения

Титульный лист записки является первым и выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105-79.

2.2. СТРУКТУРА ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ

Графическая часть должна отражать основные разработки курсового проекта. Объем графической части составляет 2 листа формата А1. Содержание графической части определяется темой курсового проекта и должно включать в себя следующие компоненты работы:

1. Сборочный чертей разрабатываемого устройства - 0,5 листа

2. Рабочие чертежи деталей устройства - 0,5 листа

3. Схема гидравлической системы - 0,5 листа

4. Математическая модель регулятора, расчетные

статические и динамические характеристики - 0,5 листа

Разработку чертежей устройства необходимо начинать сразу после выбора схемы и расчета конструктивных параметров устройства и продолжать параллельно с оформлением РПЗ. Чертежи обозначаются в соответст­вии с ГОСТ 2109-73 и снабжаются основной надписью (ГОСТ 2.108-68, ф.1) а сборочные чертежи дополняются спецификацией (ГОСТ 12.108-68, ф.2 и 2а).

Сборочный чертеж - это документ, содержащий данные, необходимые для сборки и контроля изделия. Он позволяет понять назначение, устройство и принцип работы разрабатываемого устройства, а также процесс его эксплуатации.

На сборочном чертеже должны быть изображены одна или, если это необходимо, несколько проекций устройства, причем составные части устройства показываются в соответствии со структурным анализом и порядком разборки и сборки. Обязательным является детальное изображение мест соединения с указанием монтажных (посадочных) размеров, обозначением крепежных деталей, шпонок, прокладок и т.д.

На сборочном чертеже указываются те группы, которые имеют отношение ко всей сборочной единице в целом: габаритные, эксплуатационные, монтажные, установочные и присоединительные. Размерные и выносные линии не должны пересекаться выносками номеров позиций составных элементов.

На сборочном чертеже номера позиций, записанные в соответствии с нумерацией в спецификации, указываются на полках-выносках, которые проводятся от изображения составных частей и наносятся на чертеж, как правило, один раз.

Рабочие чертежи деталей выполняются на листе формата А1, который разбивается на форматы А3 и А4. Должно быть изображено не менее трех деталей (задание выдается руководителем курсового проекта). Чертежи должны соответствовать ГОСТ 2.109-73 и содержать необходимую информацию для изготовления детали и контроля за этим процессом.

Документом, отражающим состав устройства, порядок расположения и взаимосвязи элементов конструкции, их наименование и количество, является спецификация. Составные спецификации и обозначение отдельных частей разрабатываемого устройства проводятся параллельно с проставлением их позиции на чертеже. Спецификация составляется по ГОСТ 2.108-68 на каждую сборочную единицу и содержит разделы: документация; сборочные единицы; детали; стандартные изделия [1-3].

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЧАСТЕЙ РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

3.1. Содержание.

Перечисляются названия всех разделов и подразделов РПЗ и номера страниц.

3.2. Введение.

Приводится техническое задание на разработку устройства. Обосновывается поставленная задача по управлению и применение данного типа регулятора. В конце раздела указываются принятые основные обозначения.

3.3. Определение параметров технологической среды при ее течении через элементы гидравлической системы.

Технологический процесс осуществляется, как правило, в специальном оборудовании (теплообменнике, колонне и т.д.). Для нормального его протекания требуется целый ряд дополнительного оборудования - источники напора, трубопроводы, арматура и т.д. Технологическую схему производства можно представить как аппаратное оформление производственного процесса. Конструктивно гидравлическая система состоит из узлов (обладающими местными гидравлическими сопротивлениями), различным способом соединенных между собой и образующих линию, в которой предусмотрен регулятор.

Технологическая схема указывается в задании на курсовой проект или выдается руководителем проекта.

Задача анализа и синтеза разрабатываемого устройства складывается из определения его гидравлических характеристик и выбора конструктивных параметров, обеспечивающих надежность его эксплуатации в конкретной АСР. Первая задача решается путем расчета гидравлической системы АСР, вторая - анализа конкретных условий эксплуатации.

В данном разделе записки рассматривается решение первой задачи. Цель расчета - определение изменения расхода через объект регулирова­ния в заданном диапазоне регулирования Q_max – Q_min. Верхняя граница Q_max определяется материальным балансом технологической линии, а нижняя Q_min - путем анализа возмущений в объекте регулирования, которые необходимо компенсировать в процессе регулирования.

На рис. I показан пример гидравлической системы питания колонны стабилизированным расходом жидкости.

Гидравлическая система (рис. I) состоит из всасывающей (индекс "В") - от емкости до насоса - и нагнетающей (индекс "Н") линий. Последняя делится на нагнетающую линию до (индекс 1) и после (индекс 2) разрабатываемого устройства.

Исходные данные для расчета: максимальный Q_max и минимальный Q_min массовые расходы через объект регулирования; абсолютные статические давления в конце гидравлической системы P_к и баке насоса P_б. температура среды Т₁; значения удельных потенциальных энергий положения в баке насоса z_б, во всасывающем z_в и нагнетательном z_н патрубках; на входе z₁ и выходе z₂ разрабатываемого устройства, в конце гидравлической системы z_к; плотность ρ и кинематическая вязкость ν среды при температуре Т₁; параметры всасывающей линии насоса: диаметр D_тв и длина трубопровода от насоса до l₁ и после l₂ разрабатываемого устройства до колонны; состав и структура гидравлической системы АСР.

Всасывающая линия (рис. I) состоит из внезапного сужения, тройника, вентиля, трубопроводной линии, конфузорного перехода на нагнетательном патрубке насоса. Нагнетательная линия до разрабатываемого устройства содержит следующие гидравлические сопротивления: два тройника, вентиль, колено под углом 90° и трубопроводная сеть; на участке после устройства - тройник, вентиль» колено под углом 90°, угольник под углом 135°, внезапное расширение и трубопроводную сеть.

Расчет гидравлической системы АСР включает: выбор типа насоса; определение параметров гидравлического эвена; определение параметров насоса; расчет статических давлений в характерных сечениях (точках системы).

Выбор типа насоса проводится по [5,7] так, чтобы максимальная его подача была бы больше требуемого максимального расхода через объект регулирования Q_max. Для выбранного типа насоса строится его напорная характеристика Н=f(Q) (рис. 2), где Н - напор насоса, Н_рас - располагаемый напор, а координаты точек на кривой соответствуют паспортным данным насоса, взятым, например, из [7]. Для проверки правильности выбора насоса на рис. 2 наносится точка с координатами (Q_{max т.}; Q_{min т.}), где Н_{min т}.>P_к/(ρ_кg). Напорная характеристика насоса должна охватывать данную точку. Если разность Н_рас − Н_{min т.} ≥ 0, то необходимо (по согласованию с руководителем) увеличить диаметр трубопровода с целью уменьшения потерь давления по длине.

3.4. Описание конструкции и работы разрабатываемого устройства.

Для проектирования предложен регулятор расхода прямого действия (рис. 3).

Рис.3. Регулятор расхода прямого действия

Регулятор работает следующим образом: технологическая среда, поступает на вход регулятора, обтекает плунжер I и проходит через открытую часть профилированных отверстий на его боковой поверхности. Часть основного потока (3 - 10 %) направляется по каналу управления 5 в пружинную полость. При увеличении (уменьшении) перепада давлений (ΔP_р) на регуляторе плунжер I перемещается вправо (влево). Пружина 9 сжимается (распрямляется) и при этом уменьшается (увеличивается) проходное сечение открытой части профилированных окон 2, что компенсирует влияние на расход через окна 2 изменения ΔP_р и обеспечивает стабилизацию расхода Q_max при переменных ΔP_р. В установившемся режиме усилие, создавае­мое давлением среды на торцевую поверхность плунжера, уравновешивается усилием пружины 9, а также давлением среды Р_п пружинной полости 3 и на выходе регулятора.

Расход регулируется изменением проходного сечения управляющего канала за счет изменения давления P_у в задающем элементе, путем изменения положения винта 3.

При увеличении сечения управляющего канала S_у расход через управляющий канал Q_у одновременно давление подпора в пружинной полости возрастает, что влечет перемещение плунжера влево и, следовательно, увеличение степени открытия профилированных окон 2. При уменьшении S_у происходит обратный процесс. С помощью данного устройства можно определить фактический расход среды по P₁, P_п, P₂.

3.5. Математическая модель разрабатываемого устройства заданной схемы. Математическое описание устройства составляется для прогнозирования значения выходных параметров устройства (расхода или перемещения) в зависимости г.т независимых входных параметров, и нахождения предельно допустимых значений и скорости (частоты) изменения последим.

Математическая модель устройства разрабатывается с использованием уравнений движения его подвижных частей, баланса расходов (массы) с учетом уравнений течения среды через местные сопротивления (расходных характеристик), уравнения динамики трубопровода на входе и выходе.

Математическую модель устройства необходимо составлять, используя примеры из технической литературы [5-9] и лекционного материала.

3.6. Выбор и расчет конструктивных параметров устройства.

Задача выбора конструктивных параметров разрабатываемого устройства, удовлетворяющего техническому заданию, как правило, не имеет однозначного решения, и процесс выбора носит итерационный характер. Цель выбора: устройство должно обеспечить работоспособность в заданном интервале изменения внешних условий (перепад давления, расход), заданную точность стабилизации и необходимое быстродействие. При этом устройство должно иметь минимальные габаритные размеры и массу (особенно подвижных частей). Поскольку, как правило, повышение точности влечет уменьшение быстродействия, то не рекомендуется выбирать предельные значения конструктивных параметров.

Конструктивные параметры устройства следует выбирать по [8,9]. Допустим, требуется обеспечить с помощью устройства (рис. 3) изменение расхода жидкости или газа плотностью ρ по заданию в пределах Q = Q_min −Q_max. Перепад давлений на нем может быть изменен в пределах ΔP_р = (ΔP_р)_min ÷ (ΔP_р )_max. Необходимо обеспечить реализацию зависимости Q = Q⁰(ΔP_р/ ΔP_р⁰)^α, где Q⁰, и P_р⁰ - средние настроечные (номинальные) значения расхода и разности давлений на регуляторе; α - заданное число.

Исходя из диаметра сопряженного с регулятором трубопровода и конструктивных соображений следует задаться диаметром плунжера D_п, зазором по посадке движениям δ диаметром буртика плунжера D_б. Диаметр плунжера выбирается из соотношения D_п = 24÷42 мм, а диаметр буртика плунжера D_б = D_п + 2 толщины стенки корпуса (2÷3 мм) + 2 диаметра проволоки пружины (2÷4 мм) + запаса (I÷2 мм).

Цель расчета - определение координатных точек профиля окна плунжера и расчет конструктивных параметров устройства (табл. 2).

Значения P₁, P₂, ΔP_max, P_min берутся из предшествующего расчета. Дополнительно задаются μ - коэффициент расхода, Q_у - значение расхода через управляющий канал и рассчитываются Q⁰ и P_р⁰ - средние настроечные (номинальные) значения расхода и разности давлений на регуляторе.

Алгоритм и формулы расчета конструктивных параметров

1.1. Вычислить значения площади щелей, по которым среда может поступать из пружинной полости на выход регулятора

S_щ ³ 2.2×p×D_п×d (3.1)

1.2. Задаться максимальной площадью сечения канала перетока управляющего расхода

S_{у max}³ K₁ × S_щ, где K₁=1÷4

1.3. Определить требуемый диаметр трубопровода канала управления

1.4. Найти коэффициент соотношения площадей

К_{у min} = S_щ / S_{у max}

1.5. Вычислить минимальную эффективную площадь плунжера

S_{э min} = S_п - S_п^’ /(1+ К²_{у min}) ³ 0,

где S_п = p/4×D_п² – площадь сечения плунжера,

S^’_п = p D_б²/4- S_п – площадь буртика.

Если окажется, что - S_{э min}. < 0, то необходимо изменить значения D_б, или k_{у min}. Необходимо, чтобы S_{э min} немного превышало 0.

1.6. Найти минимальную нагрузку на пружину

R_min = S_{Э min} × DР_min,

а затем уточнить S_п^', т.е. диаметр буртика, чтобы обеспечить условие 0,5 ≤ R_min <5÷10 кГ.

1.7. Из уравнений истечения с учетом данных технического задания найти требуемое максимальное, минимальное и номинальное значение площадей дросселирующих профилированных окон

и величины их отношений S_{g max} / S_g⁰; S_{g min} / S_g⁰.

1.8. Из конструктивных соображений задаться минимальной затяжной пружины H_min, соответствующей крайне левому положению плунжера (0,1÷2) мм. и найти сжатие пружины при номинальных значениях расхода Q⁰ и перепада давлений ΔP_р⁰

H⁰ = H_min×(S_{g max}/S_g⁰)^1/(0.5-m)

1.9. Определить высоту окон Н_ок и требуемое максимальное сжатие пружины для реализации технического задания

H_max = Н_ок = H⁰(S_g ⁰/S_{g min})^1/(0,5-m),

при этом H⁰ лежит в пределах H_max ÷ H_min

1.10. Вычислить требуемую жесткость пружины

С_тр £ R_min / H_min.

1.11. Определить требуемую максимальную нагрузку, которую должна выдерживать пружина

R_тр ³ С_тр H_max

1.12. Выбрать средний диаметр пружины D_c исходя из конструктивных соображений и выбранных D_п, D_б и рассчитать диаметр проволоки

и округлить его до стандартного значения [8]. Для этого необходимо выбрать материал проволоки пружины, для которого найти σ и τ_кр.

1.13. Определить рабочее число витков пружины

n ³ [s_в] d⁴_тр / (8D_c³C_тр)

и округлить до кратного 0,25. Если предыдущее условие не выполняется изменить С_тр.

1.14. Определить допустимую нагрузку на пружину R_доп

R_доп = p×d³_тр×t_кр / 8×К×D_c

и проверить выполнение условия R_доп > R_тр.

1.15. Задаться минимальным расстоянием между профи­лированными окнами по боковой поверхности плунжера (Δ ≈ 5 мм) и вычислить максимальную суммарную ширину профилированных отверстий

X_max = pD_п - 2D

1.16. Вычислить номинальное значение эффективной площади окон

S⁰_э = С×H⁰ / DP⁰_p

1.17. Вычислить номинальное значение коэффициента соотношения площадей

Если k_у⁰ ≤ k_{у min}, то подгоняется жесткость пружины С за счет изменения числа витков n или отношения S_п/S_п^'. После проверяется условие п. 1.5.

1.18. Вычислить номинальное значение площади управляющего канала

S⁰_у = S_щ / К⁰_у

1.19. Определить номинальное значение перепада давления на плунжере в полости регулятора

(P_п - P₂)⁰ = (S_п - S⁰_э) × DP⁰_p / S’_п

1.20. Определить номинальное значение перепада давления в управляющей канале

(Р₁ - Р_п)⁰ = DP⁰_p - (Р_п - Р₂)⁰

1.21. Найти номинальное значение расхода через управляющий канал

и расхода через профилированные отверстия

Q⁰_др = Q⁰ - Q⁰_у

1.22. Найти требуемое значение показателя m

m = 0,5(1 - a₀ Q⁰/Q⁰_др), где a₀ =1

1.23. Длину плунжера необходимо выбрать по условию L_пл ≥ 2,2 H_min с учетом конструктивных соображений и возможных предельных значений ΔP_р.

1.24. Определить несколько значений суммарной ширины профилированных отверстий по их высоте, задаваясь Н

__ __

Х = m S⁰_g (m-0.5) H^(m-1.5) / H⁰, где H = H/ H⁰

Полученные данные используются для построения контура профилированных окон.

3.7. Расчет статических характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям. Его цель - определение фактических статических возможностей для выбранных конструктивных параметров.

Статические характеристики следует рассчитывать как по управляющему, так и по возмущающему воздействиям.

Управляющим воздействием для данного регулятора является изменение сечения канала μS_у перетока 9 (см. рис.3) управляющего расхода Q_у, а возмущающим - перепад давления на регуляторе P₁ − P₂ = ΔP_р.

Математическое описание устройства для условий стационарного течений и установившегося положения подвижных частей, сводится к одному уравнению, Из которого следует, что выражение статической характеристики регулятора

Из выражения (15) можно найти фактические статические характеристики регулятора; если задаваться различными μS_у при P₁ −P₂ = idem, то получим характеристику по управляющему воздействию Q = f(μS_у); а если изменять значения (P₁ −P₂) при μS_у = idem, то получим характеристику по возмущению Q = f(P₁ −P₂).

Данные параметров μS_у, ΔP_р, ρ для расчета статических характеристик следует взять из технического задания, а C, Н⁰, m, S_уmax, S_п, S_п^', S_щ выбрать из расчета конструктивных параметров регулятора или рассчитать по приведенному выше алгоритму.

Статические характеристики регулятора по управляющему воздействию Q = f(μS_у), ΔP_р = idem удобнее всего рассчитывать по алгоритму, представленному в табл. 3.

Расчет статических характеристик регулятора можно вести на ЭВМ по программе "STXAR". Таблица соответст­вия параметров и идентификаторов программы приведена в приложении 2.

По результатам расчета, строятся графики Q = f(μS_у) и Q = f(P₁ −P₂ ) статических характеристик устройства по управлению и возмущению, которые приводятся в РПЗ курсового проекта.

Расчет статических характеристик, проводится по следующим формулам:

;

S_плэф = S_п - S_п^’ /(1+ К²_у) ³ 0;

;

(Р₁ - Р_п) = DP⁰_p - (Р_п - Р₂);

;

;

; ;

.

3.8. Расчет частотных характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям. Для расчета частотных характеристик устройства можно использовать выражение, к которому сводится система уравнений мате­матического описания регулятора в линейном приближении:

(a₃l³ + a₂l² + a₁l + a ₀) dQ = (b₀ + b₁l + b₂l²) dS_y +

(r₀ + r₁l + r₂l²) d(DP_p),

где l - оператор Лапласа;

dS_y, d(DP_p) - малые приращений управляющего канала и перепада давления на регуляторе.

Полагая в (6) d(DP_p) = 0, получим выражение передаточной функции регулятора (см. рис. 3) по управляющему воздействию:

Полагая в (6) dS_y = 0 получим выражение передаточной функции регулятора (см. рис. 3) по возмущающему воздействию:

Для расчета частотных характеристик регулятора необходимо вычислить коэффициенты передаточных функций, соответствующие предложенному техническому заданию и выбранным конструктивным характеристикам регулятора (алгоритм см. в табл. 4 и программу "STXAR").

Затем, задаваясь различными значениями частоты в пределах от 0 до ∞ (обычно достаточно до 1000), следует вычислить соответствующие значения действительной (Re) и мнимой (Jm) частей амплитудно-фазовых характеристик по управляющему и возмущающему воздействиям на регулятор. Значения Re_у, Jm_y, Re_в, Jm_в надо рассчитать по нижеприведенным формулам, которые получены из выражений W_у, W_в:

,

,

,

.

где - мнимая единица.

Частотные характеристики регулятора можно рассчитать, например, на ЭВМ по программ "KREG". Таблица соответствия параметров и идентификаторов приведена в приложении 3.

По результатам расчета построить амплитудно-фазовые характеристики регулятора, соответствующие W_у и W_в и конструктивным параметрам, выбранным по техническому заданию.

Ниже приведены формулы для расчета частотных характеристик:

;

; ; ;

;

; ; ;

; ;

;

; ;

; ; ;

3.9. Заключение.

В этом разделе необходимо проверить соответствие полученных статистических и частотных характеристик техническому заданию (13), определить область рекомендуемой эксплуатации устройства, а также дать предложения по улучшению конструкции разрабатываемого устройства.

Дня этого после расчета и построения статических характеристик разрабатываемого устройства подлежит определить значение P_min, начиная с которого, статическая характеристика Q = f(P₁ −P₂) имеет угол наклона не более заданного, а также максимальное значение ΔP_max, при котором еще гарантируется малый (заданный) статизм. Сравнить диапазон ΔP_max÷ P_min с заданным в ТЗ диапазоном.

По характеристикам Q = f(S_у) определить диапазон возможного изменения расхода устройства с выбранными конструктивными параметрами при изменении S_y = 0÷80 мм² и сравнить его с требуемым по ТЗ.

Найдя по характеристикам Q = f(S_у) и Q = f(P₁ −P₂) точку номинального (основного расчетного) режима работы, определить диапазоны изменения ΔP и S_y , рекомендуемые при эксплуатации устройства с выбранными параметрами.

Указать (в порядке приоритета), изменение каких конструктивных параметров может способствовать улучшению статических характеристик. Если последние не соответствуют ТЗ, то внести изменения и повторить расчеты, т.е. доработать конструкцию устройства. После расчета и построения АФЧХ устройства по управляющему воздействий определить максимальное значение частоты изменения управляющего воздействия, при котором отклонение амплитуды от единиц не превышает 10 % и (или) фазовый сдвиг составляет не более 10°. Определить диапазон допустимой частоты изменения управляющего канала.

После расчета и построения АФЧХ устройства (или системы устройства с подводящими трубопроводами) по возмущающему воздействию определить диапазон частот, при которых устройство (система) еще обладает стабилизирующими свойствами (т.е. амплитуда не превышает 0,5), а также диапазон (иди значения) резонансных частот, недопустимых в эксплуатации.

При назначении допустимого частотного диапазона эксплуатации регулятора рассматривать только ту часть АФЧХ по управлявшему воздействию, которая ограничена сектором ось абсцисс - прямая, проведенная из начала координат в IV квадранте комплексной плоскости под углом 15° к оси абсцисс.

Выделить возможные пути улучшения АФЧХ, указать, изменение каких конструктивных параметров позволяет уменьшить частотный диапазон нормальной работы устройства по управляющему и возмущающему воздействиям. Наметить мероприятия по доработке устройства (уменьшение габаритов и массы устройства, улучшение технологичности его изготовления и эксплуатации, и т.д.) с учетом анализа статических и динамических характеристик.

3.10. Библиографический список оформляется в соответствии с ГОСТ 7.1-2003. В него включаются все использованные источники, которые следуют располагать в порядке ссылок на литературу в тексте РПЗ. В списке литературы приводятся сведения о книгах, о статьях из периодических изданий, об изобретениях и о другой технической литературе.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

I. Гжиров Р. И. Краткий справочник конструктора. - М.: Машиностроение, 1983. - 464 с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. - М.: Высшая школа, 1964. - 336 с.

3. Курсовое проектирование деталей машин / С.А. Чернявский и др. - М.: Машиностроение, 1980. - 351 с.

4. Патрикеев В. Г., Сербулов Ю.С. Специальные исполнительные устройства химической промышленности. - Воронеж: Изд-во ВГУ, - 252 с.

5. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. - М.: Машиностроение, 1977. - 424 с.

6. Справочник по гидравлическим расчетам / Под ред. П.Г. Киселева. - М.: Энергия, 1974. - 314 с.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроите-

ля: В 3-х томах - М. : Машиностроение, 2006. - 483 с.

Учебное издание