Классификация и характеристики объектов регулирования

 

Автоматическая система регулирования в простейшем случае состоит из регулятора и объекта управления.

Объекты управления в зависимости от динамических свойств, т.е. от вида переходного процесса, подразделяются на объекты с сосредоточенными параметрами и распределенными параметрами. (Переходный процесс – это изменение выходной величины во времени. Обычно в автоматизации его рассматривают после нанесения возмущающего воздействия.)

Если регулируемая величина в состоянии равновесия имеет везде одинаковые значения, то такой объект называется объектом с сосредоточенными параметрами (варочная колона, шнековая камера).

Если регулируемая величина в состоянии равновесия имеет неодинаковые значения, т.е. характеризуются не только изменением во времени, но и в пространстве, то такой объект называется объектом с распределенными параметрами (термокамера для обработки колбасных изделий, пастеризационная установка, трубопроводы).

 

Свойство объекта накапливать вещество или энергию называется емкостью.

Два бака одинакового объема, но с разной площадью оснований. Для изменения уровня жидкости в них на равную величину h, требуется различное ее количество, которое и будет характеризовать емкость объекта, т.е. способность накапливать вещество.

В области автоматического регулирования понятие «емкость» означает не только способность вмещать что-либо, но и само оборудование, в котором может накапливаться вещество или энергия. В зависимости от их числа различают одноемкостные (бункер, накопительный бак), двухемкостные (змеевиковый теплообменник) и многоемкостные объекты (ректификационная колонна).

Модель многоемкостного объекта можно представить в виде последовательного соединения нескольких емкостей.

Одноемкостные объекты описываются дифференциальными уравнениями первого порядка, двухемкостные – второго порядка и многоемкостные – уравнениями более высоких порядков. Т.о. у первых скорость изменения выходной величины при подаче на вход ступенчатого воздействия постоянная или непрерывно уменьшается с течением времени от максимального, соответствующему начальному моменту времени, до нуля.

 

А у остальных – скорость изменения выхода нарастает от минимального до максимального, а потом либо остается неизменной, либо убывает до нуля.

 

 

Свойство объекта возвращать выходную величину к состоянию равновесия без регулятора называется самовыравниваением, а такие объекты носят название статических или объектов с самовыравниванием.

Не обладающие таким свойством объекты носят название астатических.

Кривая разгона объекта – это зависимость изменения регулируемой величины во времени после нанесения ступенчатого воздействия.

 

 

 

Если объект обладает свойством запаздывание, то при изменении входной величины изменение выходной величины произойдет не мгновенно, а через некоторое время. Различают транспортное и емкостное запаздывания.

Транспортное запаздывание возникает при наличии участков объекта, требующих определенного времени для распространения по ним выходного сигнала (к примеру: изменение расхода на транспортере).

Емкостное запаздывание вводится в дифференциальное уравнение одноемкостного объекта при аппроксимации им динамической характеристики многоемкостного объекта. Величина емкостного запаздывания определяется отрезком на оси абсцисс, отсекаемым касательной, проведенной к кривой разгона в точке ее перегиба.

К характеристикам объектов регулирования (переходного процесса, кривой разгона) относятся также время переходного процесса и постоянная времени объекта, время разгона, коэффициент усиления (передачи).

Время переходного процесса – это время за которое выходная величина (объекта) достигнет нового установившегося значения.

Постоянная времени объекта – это время за которое выходная величина достигнет нового установившегося значения, если бы она изменялась (весь промежуток, отрезок времени) с (постоянной) максимальной скоростью. (Она характеризует среднее время в течении которого каждый элементарный объем из потока отрабатываемого вещества удерживается в объекте регулирования.)

Коэффициент усиления показывает во сколько раз выходной сигнал отличается от входной величины в установившемся состоянии, т.е. характеризует чувствительность выходной величины объекта к входной. Может быть выражен как в размерном, так и безразмерном виде.

Постоянная времени характеризует инерционность объекта. Для экспоненциального процесса постоянная времени численно равна длине отрезка экспоненциальной кривой, заключенного между ординатой, проходящую через любую точку этой кривой, в которой проведена касательная, и точкой пересечения этой касательной с асимптотой.

Время разгона одноемкостного астатического объекта есть время, в течении которого регулируемая величина изменится от нуля до номинального своего значения при постоянной максимальной скорости изменения, соответствующей наибольшему небалансу.