Рисунок 3.4 – Перехідна характеристика САР з урахуванням збурення

3.4 Створення імітаційної моделі САР з регулятором

Введемо в систему ПІД-регулятор, який є універсальним (містить пропорційну, диференціальну та інтегруючу складові). Пропорційна та інтегруюча ланки дозволяють покращити статичні характеристики, а диференціальна ланка – динамічні властивості.

Модель ПІД-регулятора (в MATLAB) має вигляд (рисунок 3.5):

Рисунок 3.4 – Модель ПІД-регулятора

На вхід системи з регулятором подаємо тестовий сигнал – одиничний стрибок. Структурна схема системи з ПІД-регулятором зображена на рисунку 3.5, а перехідна характеристика – на рисунку 3.6.

Рисунок 3.5 – Структурна схема системи з ПІД-регулятором

Рисунок 3.6 – Часова характеристика системи з ПІД-регулятором

З рисунка 3.6 видно, що з використанням ПІД-регулятора система набула кращих динамічних характеристик (перерегулювання відсутнє, час регулювання зменшився до 3 хвилин), а також кращих статичних характеристик (статична помилка в системі – відсутня). Аперіодичний характер перехідного процесу говорить про плавне входження системи в нормальний режим роботи.

На рисунку 3.7 показана система, де, крім задаючої дії, на об’єкт діє ще й збурення, а часова характеристика – на рисунку 3.8.

Рисунок 3.7 – Структурна схема скоректованої системи

Порівнюючи перехідні характеристики системи, зображені на рисунках 3.4 і 3.8 робимо висновок, що з використанням ПІД-регулятора, статичні властивості істотно покращилися, а час перехідного процесу зменшився. Статичні характеристики не змінилися.

Рисунок 3.8 – Часова характеристика системи з урахуванням збурення

4 РОЗРАХУНОК ПОКАЗНИКІВ НАДІЙНОСТІ CИСТЕМИ

Надійність – один з вирішальних факторів, які визначають ефективність різних об’єктів і систем управління ними, та витрати на їх експлуатацію.

Досягнення надійності технічних об’єктів – важка і складна задача, яка повинна вирішуватися на всіх етапах їх створення. Визначальним при цьому є етап проектування, під час якого закладаються основи забезпечення надійності майбутньої системи.

Надійність системи один з показників якості, який характеризує здатність автоматизованого технологічного обладнання виконувати свої функції протягом необхідного проміжку часу. Застосовано до технологічного обладнання надійність розглядається відносно виконання основної задачі – підтримання заданого значення тиску в котлі (в даному дипломному проекті).

Оцінку надійності проводять з допомогою кількісних показників, основу яких складає поняття “відмова”, тобто неполадка, без усунення якої автоматична система не може виконувати повністю чи частково свої функції. Відмови розділяють на раптові і поступові.

Поступові відмови виникають в наслідок зносу окремих елементів, старіння деталей. Тому такі відмови вважаються неминучими, появу їх можна передбачити і в значній мірі попередити проведення належних профілактичних і ремонтних робіт [13].

В процесі експлуатації в перший час переважають раптові відмови. Після вдосконалення приладів кількість відмов цього роду зменшилась. Вірогідність безвідмовної роботи елемента можна підвищити, роблячи частішими профілактичні, ремонтні та інші роботи, повністю чи частково підвищуючи втрачені якості. Необхідно по можливості зменшити число з’єднаних елементів, які входять в систему. Це особливо відноситься до раціонального складання електричних схем, в яких необхідно забрати всі лишні контакти, реле, ключі управління та ін.

Щоб запобігти виникненню випадків завчасного виходу з ладу пристроїв здійснюється дослідження надійності окремих ланок пристрою з метою виявлення найбільш слабких частин і подальшого акцентування уваги на них.

Більшість відмов електронної апаратури мають випадковий характер і обумовлені різними факторами: вологість, температура навколишнього середовища, вібрація, радіоактивне випромінювання, недосконалість технологічних процесів, неоднорідність матеріалів, тощо. Оскільки заздалегідь передбачити появу і ступінь впливу вказаних факторів на процес нормального функціонування можливо тільки з певною вірогідністю, в теорії надійності застосовують математичний апарат теорії ймовірностей. Даний апарат дозволяє розраховувати кількісні характеристики випадкових подій. Кількісною характеристикою випадковості події є її ймовірність. Стосовно до надійності пристроїв розглядають її основний кількісний критерій – ймовірність безвідмовної роботи Р(t) протягом заданого інтервалу часу t.

Надійність є складною властивістю, яка об`єднує безвідмовність, довговічність, ремонтопридатність і збережуваність. Одними з причин ненадійності систем є недоліки схемних рішень та неправильний підбір елементів. Ці причини закладаються ще на стадії проектування, тому важливо робити оцінку надійності систем під час їх проектування, оскільки тільки зробивши дану оцінку, можна знайти таке проектне рішення, яке буде мати найвищу надійність роботи [13].

Задачею розрахунку надійності обладнання є визначення показників, які характеризують їх безвідмовність та ремонтопридатність, оскільки показники ремонтопридатності характеризують можливість відновлення і час, за який можливе повне відновлення об’єкту. Отже в загальному випадку розрахунок повинен складатися з наступних етапів:

- визначення критеріїв і видів відмов обладнання та складу показників надійності, що розраховуються;

- побудова структурної (логічної) схеми, яка базується на аналізі функціонування системи, врахуванні резервування, відновлення, контролю роботоздатності елементів;

- вибір методу розрахунку надійності з врахуванням прийнятих моделей опису процесів функціонування та відновлення;

- отримання в загальному вигляді математичної моделі, яка зв’язує показники надійності з характеристиками надійності елементів;

- підбір даних за показниками надійності;

- виконання розрахунку і аналіз отриманих результатів.

Склад перелічених етапів в значній мірі залежить від вибраних критеріїв відмов та показників надійності, що розраховуються.

Так, при розробці технічних засобів повинні бути визначені такі показники надійності як середнє напрацювання на відмову та ймовірність безвідмовної роботи протягом встановленого часу. При розробці системи управління в цілому необхідно визначити коефіцієнт готовності чи простою системи. Для багатофункціональних систем достатньо проаналізувати надійність основних функцій. Необхідні дані для розрахунку показників надійності елементів слід вибирати за паспортними даними або з довідників.

4.1 Логічна схема надійності системи регулювання

Ймовірність безвідмовної роботи є функцією часу t, і в загальному випадку її визначення для будь-якого часового інтервалу створює значні труднощі. Однак для складної апаратури, яка вмішує велику кількість різних елементів, часто виявляється достатнім знати величину середнього напрацювання на відмову , яка визначається як