3.3. Методика эксперимента по снятию переходной характеристики объекта исследования

В данной работе была проведена идентификация по временным характеристикам реакции объекта на скачкообразный входной сигнал 1(t) (диаграммам изменения температуры термоэлектрического устройства). В качестве объекта управления использовались термоэлектрические устройства. Для снятия временных характеристик был использован стенд рис. 3.3.

Рис.3.3 Стен для снятия временных характеристик

В состав стенда входят следующие приборы и устройства:

1. Блок питания и управления термостатом.

2. Блок питания и управления нагрузочным элементом.

3. Прецизионный электронный термометр DTI-1000.

4. Персональный компьютер IBM PC.

5. Исследуемый объект (термоэлектрический термостат).

Микропроцессорный цифровой термометр соединен с персональным компьютером с помощью интерфейсного кабеля RS-232С. Роль датчиков температуры выполняют платиновые терморезисторы, установленные на исследуемом объекте. Цифровой термометр позволяет одновременно обрабатывать данные с двух датчиков и индицировать температуру на ЖК-дисплее. В данном термометре также предусмотрена возможность передачи информации в цифровом виде с датчиков на персональный компьютер. Результаты измерений фиксируются в виде таблицы и графиков, кроме того, могут непосредственно сохраняться в текстовый файл.

Блок управления и стабилизации температуры термостата состоит из блока питания; блока измерения и индикации температуры в объеме термостата и блока управления.

Блок питания и управления нагрузочным элементом представляет собой регулируемый источник питания, позволяющий плавно менять значение тепловой нагрузки на исследуемом устройстве.

В сложном объекте исследования, где процесс определяется различными величинами, выделяются регулируемые величины и регулирующие воздействия. Далее определяется связь определенного регулирующего воздействия с регулируемыми величинами. При этом другие регулирующие воздействия и регулируемые величины поддерживаются постоянными на заданном уровне, чтобы они не влияли на результаты эксперимента. Кроме того, необходимо ограничить влияние внешних возмущений, соблюдая определенные условия исследований, например, в данном случае:

температура окружающего воздуха, ºС 20 ± 5

температура воды в охлаждающем контуре горячих спаев, ºС 15 ± 10

относительная влажность окружающего воздуха, % 30 − 80

атмосферное давление, кПа 84,0 – 106,7

напряжение питания, В 220 ± 10

3.4. Алгоритм расчета параметров модели термоэлектрического объекта

Представленные ниже экспериментальные переходные характеристики объекта с достаточной точностью могут быть аппроксимированы экспоненциальной зависимостью

где к₀ – коэффициент передачи, – постоянная времени объекта на рис 3.4.

Такая временная характеристика соответствует линейной математической модели в виде передаточной функции типового апериодического (инерционного) звена: с достаточно большой инерционностью T₀=500-4000с, которую можно оценить моментом времени с координатой , где – установившееся значение h(t) при

t→ ∞.

Коэффициент передачи объекта определяется согласно выражению , где _ΔU - приращение входного воздействия, – соответствующее приращение выходного сигнала. По экспериментальным данным определено К₀ = -10.4 К/В . Постоянная времени Т₀ =3840 с на рис.3.4.

Рис.3.4. Переходная функция апериодического звена

Расхождения между экспериментальными данными h(t) и теоретическими, определенными по модели, не превышают 6.56 %.

Результаты расчета в табличном и графическом виде представлены в таблице 3.1 и на рис.3.5, рис 3.6. Блок-схема алгоритма обработки экспериментальных данных приведена на рис.3.7.

Таблица 3.1

№	t, с	T,°С	tотн,с	Tотн,°С	hмод,°C	Δ	δ,%
1	15360	-9.2	0	0	0.00	0	0
2	15600	-9.2	240	0	-0.63	0.63	6.058694
3	15840	-9.5	480	-0.3	-1.22	0.92	8.865694
4	16080	-10.2	720	-1	-1.78	0.78	7.481704
5	16320	-10.8	960	-1.6	-2.30	0.70	6.735306
6	16560	-11.4	1200	-2.2	-2.79	0.59	5.684591
7	16800	-11.9	1440	-2.7	-3.25	0.55	5.309534
8	17040	-12.5	1680	-3.3	-3.69	0.39	3.704378
9	17280	-12.9	1920	-3.7	-4.09	0.39	3.770011
10	17520	-13.4	2160	-4.2	-4.47	0.27	2.637102
11	17760	-13.8	2400	-4.6	-4.83	0.23	2.243088
12	18000	-14.2	2640	-5	-5.17	0.17	1.639919
13	18240	-14.5	2880	-5.3	-5.49	0.19	1.801806
14	18480	-14.8	3120	-5.6	-5.79	0.19	1.779115
15	18720	-15.2	3360	-6	-6.06	0.06	0.62149
16	18960	-15.5	3600	-6.3	-6.33	0.03	0.262514
17	19200	-15.7	3840	-6.5	-6.57	0.07	0.712056
18	19440	-16	4080	-6.8	-6.81	0.01	0.056309
19	19680	-16.2	4320	-7	-7.02	0.02	0.227061
20	19920	-16.5	4560	-7.3	-7.23	0.07	0.690585
21	20160	-16.7	4800	-7.5	-7.42	0.08	0.765864
22	20400	-16.9	5040	-7.7	-7.60	0.10	0.953096
23	20640	-17.1	5280	-7.9	-7.77	0.13	1.245498
24	20880	-17.2	5520	-8	-7.93	0.07	0.675159
25	21120	-17.4	5760	-8.2	-8.08	0.12	1.15917
26	21360	-17.6	6000	-8.4	-8.22	0.18	1.730369
27	21600	-17.7	6240	-8.5	-8.35	0.15	1.421937
28	21840	-17.8	6480	-8.6	-8.48	0.12	1.190448
29	22080	-18	6720	-8.8	-8.59	0.21	1.992779
30	22320	-18.1	6960	-8.9	-8.70	0.20	1.901474
31	22560	-18.2	7200	-9	-8.81	0.19	1.873958
32	22800	-18.3	7440	-9.1	-8.90	0.20	1.906366
33	23040	-18.4	7680	-9.2	-8.99	0.21	1.995067
34	23280	-18.5	7920	-9.3	-9.08	0.22	2.13665
35	23520	-18.6	8160	-9.4	-9.16	0.24	2.327912
36	23760	-18.7	8400	-9.5	-9.23	0.27	2.565843
37	24000	-18.8	8640	-9.6	-9.30	0.30	2.847615
38	24240	-18.8	8880	-9.6	-9.37	0.23	2.209033
39	24480	-18.9	9120	-9.7	-9.43	0.27	2.57068
40	24720	-19	9360	-9.8	-9.49	0.31	2.968672
41	24960	-19.1	9600	-9.9	-9.55	0.35	3.400808
42	25200	-19.1	9840	-9.9	-9.60	0.30	2.90348
43	25440	-19.2	10080	-10	-9.65	0.35	3.397822
44	25680	-19.3	10320	-10.1	-9.69	0.41	3.92047
45	25920	-19.3	10560	-10.1	-9.74	0.36	3.508171
46	26160	-19.4	10800	-10.2	-9.78	0.42	4.08239
47	26400	-19.4	11040	-10.2	-9.81	0.39	3.718537
48	26640	-19.5	11280	-10.3	-9.85	0.45	4.338267
49	26880	-19.5	11520	-10.3	-9.88	0.42	4.017168
50	27120	-19.6	11760	-10.4	-9.91	0.49	4.677062
							максимум: 8.87
	ko=-10.4	To=3840

Рис. 3.5 Графическое изображение результатов эксперимента

Рис. 3.6 Графическое изображение результатов идентификации