Экспериментальное определение свойств объекта

В инженерной практике свойства промышленных объектов (химиче­ские реакторы, ректификационные колонны, абсорберы и др.) обычно выяв­ляют экспериментальным путем. С этой целью технологический объект оснащают аппаратурой для нанесения входных типовых возмущений и опре­деления его ответной реакции во времени. <При этом предусматривают: пла­нирование и подготовку эксперимента, проведение эксперимента с целью нахождения временных или частотных характеристик и обработку получен­ных экспериментальных зависимостей.

Снятие временных характеристик проводят на реальном объекте, оснащенном аппаратурой в соответствии со схемой, приведенной на рис. II-24. Все измерительные преобразователи и исполнительные устройства обыч­но относят к объекту. Быстродействие всех элементов используемой аппара­туры в целом должно значительно превышать быстродействие объекта.

Для снятия временных характеристик объект исследования приводят в равновесное состояние, а затем с помощью панели дистанционного управле­ния и исполнительного устройства.наносят на вход объекта возмущающее воздействие известной формы (ступенчатое или импульсное). Реакция объек­та на это возмущение (кривая разгона или импульсная характеристика) реги­стрируется в координатах: выходная величина — время.

Рис. II-24. Схема установки аппаратуры для определения временных (или частот­ных) характеристик объекта:

1 — панель дистанционного управления (или генератор гармонических колебаний); 2 —

исполнительное устройство; 3 — исследуемый объект; 4, 6 — измерительные пре-

образователи выходной и входной величин соответственно; 5 — вторичный регистри-

рующий прибор.

Рис. II-25. Ступенчатое возмущение (а) и кривые разгона для одноемкостных (б, в) и двухъемкостных (г, д) объектов регулирования: б, г — нейтральных; в, д — устойчивых.

Снятие кривой разгона предусматривает нанесение на объект ступен­чатого возмущения путем энергичного изменения степени открытия проход­ного сечения регулирующего органа; при этом отмечают величину и момент нанесения возмущения. Изменение выходной величины регистрируют до тех пор, пока объект не примет нового установившегося значения (объект устой-чивый) или пока скорость изменения выходной величины не станет постоян­ной (объект нейтральный).

Кривые разгона обычно определяют,на действующем (находящемся в промыш­ленной эксплуатации) объекте, изменяя его входную величину на несколько процентов. Использование такого сравнительно небольшого возмущения обусловлено тем, что реак­ция объекта не должна выходить за пределы ограничений, установленных технологиче­скими соображениями.

Снятие импульсной характеристики предусматривает нанесение на объект им­пульсного возмущения последовательного в виде двух ступенчатых возмущений, равных по величине, но противоположных по направлению, с интервалом по времени ∆t. Измене­ние выходной величины регистрируется до тех пор, пока скорость ее изменения не станет равной нулю. При этом выходная величина может принять то же значение, что и до нане­сения возмущения (устойчивый объект) или другое значение (нейтральный объект).

Импульсную переходную характеристику снимают в случае, если продолжитель­ное ступенчатое возмущение приводит к нарушению нормального режима работы объек­та, вследствие отклонения регулируемой величины от допустимых значений.

Если объект имеет несколько входных величин, то во время снятия временных характеристик по определенному каналу необходимо следить за постоянством остальных величин, поскольку их изменение может привести к дополнительному нежелательному изменению интересующей нас выходной технологической величины.

По экспериментально полученной переходной характеристике объекта можно определить свойства, которыми он обладает (см. табл. II. 1), а также оценить эти свойства.

Аппроксимация переходных характеристик объектов. Определение по кривой разгона свойств нейтрального и устойчивого объектов 1-го порядка с запаздыванием при ступенчатом возмущении х_в показано на рис. II-25, а, б, в.

В первом приближении объекты 2-го порядка можно аппроксимировать двумя последовательно соединенными звеньями. Нейтральные объекты 2-го порядка аппрокси­мируют звеном запаздывания и нейтральным звеном 1-го порядка, а устойчивые объекты 2-го порядка — звеном запаздывания и апериодическим звеном 1-го порядка.

При аппроксимации нейтрального объекта 2-го порядка с запаздыванием (рис. II-25, г) через ту часть его кривой разгона, где выходная величина изменяется с постоянной скоростью, проводят наклонную прямую до пересечения с осью абсцисс и принимают, что выходная величина объекта изменяется сначала по горизонтальной, а затем по вновь про­веденной наклонной прямой. Время запаздывания τ и время разгона T _ε такого объекта определяют по графику.

При аппроксимации устойчивого объекта второго порядка с запаздыванием (рис. II-25, д) через точку перегиба Е его кривой разгона проводят касательную до пересечения с осью абсцисс в точке В и принимают, что выходная величина объекта изменяется по ло­маной кривой О Е и далее по кривой разгона. Время запаздывания т и постоянную вре­мени объекта Т₀ находят по графику: =ОВ; T₀ = BD.

Именно такую аппроксимацию объектов обычно применяют для определения их свойств в численном выражении с целью последующего нахождения оптимальных значе­ний настроечных параметров регуляторов.