沼氣均衡供氣開關(guān)設(shè)計

1、沼氣均衡供氣開關(guān)設(shè)計學(xué)生：王龍祥學(xué)號：20051050134內(nèi)彖簡介:一、背景資料二、實際問題的提出三、設(shè)計方案四、設(shè)計方法選取五、采用根軌跡超前校正設(shè)計法設(shè)計六、設(shè)計結(jié)論一、背景資料目前，世界各國已經(jīng)開始將沼氣用作燃料和用于照明。用沼氣代替汽油、柴油，發(fā)動機器的效果也很好。 將它作為農(nóng)村的能源，具有許多優(yōu)點。例如，修建一個平均每人1-1. 5平方米的發(fā)酵池，就可以基本解決一年 四季的燃柴和照明問題；人、畜的糞便以及各種作物秸稈、雜草等，通過發(fā)酵后，既產(chǎn)生了沼氣，還可作為肥料, 而且由于腐熟程度高使肥效更高，糞便等沼氣原料經(jīng)過發(fā)酵后，絕大部分寄生蟲卵被殺死，可以改善農(nóng)村衛(wèi)生條 件，減少疾病的傳

2、染?，F(xiàn)在，沼氣的應(yīng)用正在各國廣大農(nóng)村推廣，沼氣能源的開發(fā)利用的普及等方面，已經(jīng)取得 了較好的成績。專家們認(rèn)為，21世紀(jì)沼氣在農(nóng)村之所以能夠成為主要能源之一，是因為它具有不可比擬的特點，特別是在 我國的廣大農(nóng)村，這些特點就更為顯著了：(1)沼氣不僅能解決農(nóng)村能源問題，而且能增加有機肥料資源，提高質(zhì)量和增加肥效，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量,1a永l爐2改良土壤；(2)使用沼氣，能大量節(jié)省秸稈、 干草等有機物，以便用來生產(chǎn)牲畜飼料和作為 造紙原料及手工業(yè)原材料；(3)興辦沼氣可以 減少亂砍樹木和亂鏟草皮的現(xiàn)象，保護植被， 使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)逐步向良性循環(huán)發(fā)展；(4)興 辦沼氣，有利于凈化環(huán)境和減少疾病的發(fā)生。

3、這是因為在沼氣池發(fā)酵處理過程中，人畜糞便 屮的病菌大量死亡，使環(huán)境衛(wèi)生條件得到改 善；(5)用沼氣煮飯照明，既節(jié)約家庭經(jīng)濟開 支，又節(jié)約家庭主婦的勞作時間，降低勞動強 度；(6)使用沼肥，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)， 增加經(jīng)濟收入，降低農(nóng)業(yè)污染，為無公害農(nóng)0 6 4 2 18 6 4 1111 o o o o ojomdsoune pjepueso>nssaadu-epejll沼氣池日均用氣氣壓變化二、實際問題的提出圖二、沼氣日均用氣氣壓變化曲線 問題：在使用沼氣的過程中，隨著沼氣池內(nèi)氣壓的不斷降 低，供氣氣壓也會跟著不斷降低。由此導(dǎo)致用氣設(shè)備 發(fā)生一系列不穩(wěn)定的變化。解決方案：1015202

4、5設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)，保證在一定的氣壓范圍內(nèi)輸出氣壓恒定的沼氣。三、設(shè)計方案氣壓圖三、氣壓控制的閉環(huán)系統(tǒng)假定在沼氣池氣壓不低于預(yù)期氣壓的情況下，設(shè)計的目標(biāo)（步驟1）是設(shè)計一個能得到穩(wěn)定沼氣氣壓輸岀的系統(tǒng)。（步驟2）要控制的變量是氣壓?？刂葡到y(tǒng)的 設(shè)計指標(biāo)（步驟3）就是使輸出氣壓值逼近用戶輸入的氣壓預(yù)設(shè)選項所對應(yīng)的氣壓值。（步驟4）給出系統(tǒng)的初步 配置。圖三所示的閉環(huán)系統(tǒng)是由一個電位器、一個直流反饋放大器，一個電動閥門和一個壓敏電阻來調(diào)節(jié)輸出氣 壓的設(shè)計原理圖。圖四將進一步給出系統(tǒng)的框圖模型。預(yù)期氣壓 +(輕)電動控制裝置111執(zhí)行機構(gòu)對象直流放大器1直流電機>供氣閥門廠偏差»

5、實際 氣壓傳感器測量氣壓（電壓）模型初始化各器件的傳遞函數(shù)：直流放大器：k = 54電動閥門（電樞）：g = g1xg2gl(s)=10s+ 1g2（s）=2s + 0.5圖五、系統(tǒng)框圖傳感器：h = 1（附注：直流電機采用了電樞控制小馬力直流電機模型p46. p58現(xiàn)代控制系統(tǒng)richard c.dorf）四、設(shè)計方法選取用matlab控制系統(tǒng)仿真集成環(huán)境simulink6.0對圖五進行階躍響應(yīng)測試:圖六是simulink仿真圖，圖七則給出了仿真結(jié)果。 結(jié)果顯示：系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都還不夠理想，需要進行校止設(shè)計。圖六、simulink仿真圖圖七、scope顯示的系統(tǒng)的階躍響應(yīng)設(shè)計方法選取

6、：超前校正設(shè)計方法適用于要求穩(wěn)定 性好，超調(diào)量小以及動態(tài)過程響應(yīng)快 的系統(tǒng)。這正好可以解決上述分析中 出現(xiàn)的問題。進一步考慮到，系統(tǒng)很 小，并且對控制精度要求并不是很 高，故采用根軌跡法。于是，設(shè)計方 法采用根軌跡超前校正設(shè)計法。五、采用根軌跡超前校正設(shè)計法設(shè)計注：本設(shè)計采用了根軌跡超前校正設(shè)計的幾何法系統(tǒng)設(shè)計：540首先，據(jù)已知得到單位負(fù)反饋系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為：g0(s) = 了 s “臥(s + l)(2s+ 0.5)然后，確定設(shè)計方案：試用根軌跡幾何法對系統(tǒng)進行超前串聯(lián)校正設(shè)計，(1) 階躍響應(yīng)的超調(diào)量a%<20%；(2) 階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時間ts<1.2s設(shè)計過程：1、

7、確定希望極點在s復(fù)平面上的位置根據(jù)題意，要求超調(diào)量o%w20%,用以下matlab語句求匚。sigma=0.2;zeta=(log(l/sigma)a2/(pi)a2+(log(l/sigma)a2)a(l/2)可以求得匚為：zeta = 0.4559，即匚 2 0.4559,取匸=0.5,由 ts(5%) = - = 13可得3口 = 6rad/s然后根據(jù)根軌跡法則，給出以下matlab語句求在s平面上希望極點的位置。zeta=0.5;w n=6;p=l 2*zeta*wn wn*wn;roots(p)運行以上matlab語句，求得根:ans= -3.0000 + 5.19621-3.000

8、0-5.1962i即希望極點的位置為sl2 = -3.0000 15.196212、求校正補償器的傳遞函數(shù)根據(jù)根軌跡超前校正設(shè)計的幾何法理論，編制程序計算校正器的傳遞函數(shù)。%matlab program trancl.m,計算校正器的傳遞函數(shù)。 clear;clc;sl=-3.0000+5.1962i;ng=540;dg=conv(l 1,2 0.5);ngv=polyval(ng,sl);dgv=polyval(dg,sl);g=ngv/dgv;theta=a ngle(g);if theta>0;phic=pi-theta;end;phi=a ngle(sl);thetaz=(phi

9、+phic)/2; thetap=(phi-phic)/2;運行程序后，可得校正器的kc與傳遞函數(shù):kc = 0.2077transfer function:s + 3.503s +10.28zc=real(sl)-imag(sl)/ta n(thetaz); pc=real(sl)-imag(sl)/ta n(thetap); nc=l -zc;dc=l -pc;n v=polyval( ncsl); dv=polyval(dc,sl);kv二nv/dv;kc=abs(l/(g*kv);if theta<0;kc=-kc;end; disp('kc=');disp(kc

10、);gc二tf(nc，dc); display(gc);那么校正后系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:gq(s)gc(s)=540540s + 3.503540=0.2077(s + l)(2s + 0.5)*s +10.28(3)校檢校正器計算是否符合要求根據(jù)校正后的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，編寫調(diào)用函數(shù)perf()的程序 tranc2.m來計算時域性能指標(biāo)。%matlab program tranc2.m,計算校止后的系統(tǒng)的時域按根軌跡校上后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能指標(biāo)。clear;global y tsl=tf(0.2077*540/conv(l 1,2 0.5);0.20.40.60.81.21.41.61.8s2=tf(l

11、 3.503jj110.28) sope=sl*s2;sys=feedback(sope,l); step(sys);y,t=step(sys);sigma,tp,ts=perf(l,y,t);運行該程序，可得系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線 如圖八所示,并有超調(diào)量a %=31.2902%；峰值時間tp=0.5297s;調(diào)節(jié)時間ts=0.8575s.即校正后系統(tǒng)的階躍響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)是：調(diào)節(jié)時間ts=0.8575s<1.2s,調(diào)節(jié)時間已滿足要求;超調(diào)量。%=31.2902%>20%,沒有達到要求。%計算系統(tǒng)單位階躍給定響應(yīng)性能指標(biāo)(超調(diào)量、峰值時間、調(diào)節(jié)時間)%的函數(shù)perf ()%matlab

12、fuction program perf.m%count sigma and tp%調(diào)用格式:sigmaztp,tsfunction sigma,tp,ts=perf(y,t)mpztf=max(y);cs=le ngth(t);yss=y(cs)；sigma=100*(mp-yss)/ysstp=t(tf)%count tsi=cs+l;n=0;while n二二0,i=i-l;if i=l,n=l;(4)重新選擇冬36再求校正器的傳遞函數(shù)并校驗是否已滿足要求重選 «二06可得 u)n=5rad/so再計算求得校正補償器的傳遞函數(shù):0.1477即有校正后的傳遞函數(shù)g0(s)gc(s

13、)=540(s + l)(2s + 0.5)kcelseif y(i)>1.05*yss, n 二 1;endendtl=t(i);cs=len gth(t);j=cs+l;n=0;s + 2.722s + 9.1830 1477心竺 (s + l)(2s + 0.5) s + 9.183按以上計算,仍然要校驗階躍響應(yīng)的品質(zhì) 指標(biāo)。經(jīng)計算，得改變參數(shù)后系統(tǒng)的階躍 響應(yīng)曲線如圖九所示。并有：超調(diào)量 0 %= 24.2640%；峰值時間tp= 0.6357 s;調(diào)節(jié)時間ts二1.0594 s.超調(diào)量o %= 24.2640 %>20%,仍沒有達到 要求。step response1.4

14、0.80.60.4圖九、匚=0.6時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)“0.2°00.511.522.5再次重新選擇、3®再求校正器的傳遞函數(shù)并校驗是否已滿足要求：重選 5=0.65,可得 wn= 4.6154 rad/so<s + as + z 434再次計算求得校正補償器的傳遞函數(shù)：gccs) = (s) = 01264 s十& 75z即有校正后的傳遞函數(shù):g。 gc(s)=540(s + l)(2s + 0.5) kc(s)1.41.210.80.60.40.2000.20.40.60.811.21.41.61.82step ftesponseq ”540s + 2.43401 64 (s + l)(2s + 0.5) + 8.752按以上計算，仍然按要求校驗階躍響應(yīng)的品質(zhì) 指標(biāo)。經(jīng)計算，得改變參數(shù)后系統(tǒng)的階躍響應(yīng) 曲線如圖十所示。并有：超調(diào)量。%= 21.8458 %；峰值時間tp= 0.7063 s;調(diào)節(jié)時間ts= 1.2008