Свойства объектов регулирования

Свойства объекта необходимо знать при составлении схемы автоматизации, выборе закона работы регулятора и определении оптимальных значений его настоечных параметров. Правильный учет свойств объектов позволяет создавать АСР, имеющие значительно более высокие показатели качества переходного процесса.

Основными свойствами объектов регулирования являются самовыравнивание (саморегулирование), емкость и запаздывание.

Самовыравнивание объекта характеризует устойчивость. Самовыравниванием называют свойство устойчивого объекта самостоятельно устанавливаться в равновесное состояние после изменения своей входной величины.

В объектах с самовыравниванием ступенчатое изменение входной величин приводит к изменению выходной величины со скоростью, постепенно уменьшающей до нуля, что связано с наличием внутренней отрицательной обратной связи. Количественно эта характеристика определяется степенью самовыравнивания , под которой понимают отношение изменения входной величины объекта (x,z) к изменению выходной величины по достижении объектом равновесного состояния .

или (1)

Чем больше степень самовыравнивания, тем меньше отклонение выходной величины от первоначального положения.

Емкость объекта является свойством, присущим всем динамическим объектам. Она характеризует их инерционность – степень влияния входной величины на скорость изменения выходной. Даже ступенчатое изменение входной величины объекта приводит к изменению выходной величины с конечной скоростью. Под емкостью понимают такое изменение входной величины, которое приводит к изменению его выходной величины на единицу за единичный отрезок времени.

(2)

Чем больше емкость, тем меньше скорость изменения выходной величины объекта, и наоборот.

Запаздывание объекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени , называемый временем запаздывания.

Все реальные объекты обладают запаздыванием, т.к. изменение потоков вещества или тепа распространяется в объектах с конечной скоростью и требуется время для прохождения сигнала от места нанесения возмущения до места, где фиксируется изменение выходной величины.

По способности восстанавливать равновесное состояние при конечном изменении входных величин объекты подразделяются на нейтральные, устойчивые и неустойчивые.

1 – неустойчивый объект;

2 – нейтральный;

3 – устойчивый.

В химической промышленности широко распространены объекты 1-го порядка, т.е. объекты, которые описываются уравнениями 1-го порядка. К ним относятся сборники жидкости, бункеры для сыпучих материалов, газовые аккумуляторы, жидкостные смесители, теплообменники смешения и т.д. Во всех этих аппаратах количество вещества или тепла заключено в одном резервуаре. Такие объекты обладают способностью аккумулировать (накапливать) проходящие через них вещество или тепло в переходном режиме. Это выражается в том, что рассогласование потоков на входе и выходе при изменении, например, нагрузки вызывают изменение количества вещества или тепла в объекте, а следовательно, и выходной величины объекта. При этом скорость изменения выходной величины объекта зависит от аккумулирующей способности или инерционных свойств объекта.

Нейтральные объекты 1-го порядка. В нейтральных объектах входные величины влияют на выходные, а входные не влияют на выходные величины, т.е. внутренняя связь отсутствует.

Уравнение динамики: (3)

где - время разгона объекта; Это время, в течение которого выходная величина объекта y, изменяясь с постоянной скоростью, достигает значения входной величины z. Время разгона прямо пропорционально емкости объекта и характеризует его инерционные свойства.

Величину, обратную , часто называют скоростью разгона объекта , под которой понимают скорость изменения выходной величины у п ри предварительном ступенчатом изменении входной величины z, равном 1.

Передаточная функция нейтрального объекта первого порядка

(4)

В динамическом отношении такой объект представляет собой интегрирующее звено. Нейтральным объектом первого порядка присущи только емкостные (инерционные) свойства.