Назад в библиотеку

Анализ и моделирование системы автоматического управления отоплением загородного дома.

Авторы: А. В. Савченко, Н. Н. Чернышев
Источник: Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции. – 2015. – № 7 часть 2 (18–1). – C. 405–408.

Аннотация

А. В. Савченко, Н. Н. Чернышев – Анализ и моделирование системы автоматического управления отоплением загородного дома. Разработана модель системы автоматического управления отоплением загородного дама. Проведены анализ и моделирование процесса нагрева и охлаждения воздуха с учетом параметров помещения.

Синтез системы автоматического управления

В разрабатываемой САУ будет использоваться принцип управления с обратной связью.Схема управления с обратной связью получила наибольшее распространение на практике. Это объясняется простотой ее реализации. Особенность этого принципа заключается в том, что система управления начинает действовать на объект только после того, как факт отклонения уже свершился. В соответствии с этим принципом система управления наблюдает за объектом, на который воздействуют возмущающие факторы. В результате, в поведении объекта возникают отклонения. Система управления отслеживает наблюдаемые параметры (переменные) и на их основе создает алгоритм управления[1].

Рисунок - Структурная схема управления по отклонению.

Рисунок 1 – Структурная схема управления по отклонению.

Контроль и информация о действительных значениях показателей процесса отопления осуществляются с помощью обратных связей.

Отклонение регулируемой величины e (t) представляет собой разность между действительным измеряемым её значением и заданным значением. Под управляющим устройством понимается техническое устройство, с помощью которого осуществляется автоматическое управление объектом управления.

Регулируемая величина y (t) определяется задающим воздействием r(t) на входе системы, т.е. воздействием, вводимым в систему и определяющим необходимый закон изменения регулируемой величины. На вход системы в элемент сравнения кроме задающего воздействия подается по цепи обратной связи фактическое значение регулируемой величины. На выходе элемента сравнения,т.е. на входе управляющего устройства, появляется отклонение или управляющее воздействие, которое обеспечивает изменение регулируемой величины.

Нагревательный элемент представляет собой подсистему, которая имеет постоянную скорость потока воды. Регулятор температуры включает или выключает нагревательный элемент. Тепловой поток в комнату выражается уравнением (1):

Формула 1

    где

    Тгор - температура воды в системе отопления;

    Тводтек - текущая температура воздуха в комнате;

    Fвод - массовый расход воды через нагревательный элемент;

    Cвоз - теплоемкость воздуха в помещении.

Система отопления построена таким образом, что нагревательный элемент может работать только в двух режимах: включен, т.е. максимальная мощность; выключен, т.е. минимальная (нулевая) мощность.

Для предотвращения дребезга управляющего выходного устройства и нагревательного элемента вблизи задания SP (слишком частого включения нагревателя), предусматривается гистерезис Н.

Рисунок - Статическая характеристика двухпозиционной системы регулирования.

Рисунок 2 – Статическая характеристика двухпозиционной системы регулирования.

Будем использовать отрицательные значения гистерезиса для упреждения или задержки включения (выключения) нагревательного элемента. На рис. 3 представлена модель САУ отоплением загородного дома в программе Simulink [2].

Рисунок - Структурная схема системы автоматического управления.

Рисунок 3 – Структурная схема системы автоматического управления.

Регулятор настроен таким образом, что если температура в помещении падает до 23 градусов, то включается нагреватель и повышает температуру до 27 градусов, после чего нагревательный элемент отключается. Температура наружного изменяется по синусоидальному закону, в то время как температура в помещении поддерживается в пределах ± 2 градуса по Цельсию относительно заданного значения.

Рисунок - Переходной процесс температуры воздуха в доме.

Рисунок 4 – Переходной процесс температуры воздуха в доме.

Полученная имитационная модель системы автоматического управления отоплением позволяет исследовать показатели качества переходных процессов при различных температурах внешней среды, теплоизоляционных характеристиках строительных материалов.

Список использованной литературы

1. Чернышев Н. Н. Использование беспроводных технологий при построении современных информационно-управляющих систем / Н. Н. Чернышев, И. А. Гарматенко // Научно-технический сборник Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики, часть I. – Ростов-на-Дону.: ПЦ Университет, 2014.   C. 45–48.
2. Чен К. MATLAB в математических исследованиях [пер. с англ.] / Чен К., Джиблин П., Ирвинг А.   М.: Мир, 2001.   346 C.