Основные свойства объектов

Объекты характеризуются определенными свойствами (линейностью, постоянством или переменностью параметров, инерционностью и т. п.), оказывающими большое влияние на выбор методов анализа или синтеза систем автоматического регулирования. Так, для линейных объектов целесообразно применять хорошо разработанные частотные методы анализа и синтеза систем. Для нелинейных объектов приходится использовать более громоздкие методы: фазовой плоскости или гармонической линеаризации.

Методы фазовой плоскости разработаны лишь для систем управления описываемых нелинейными дифференциальными уравнениями низких порядков (обычно второго и третьего). Методы гармонической линеаризации хотя и не имеют ограничений на порядок нелинейных дифференциальных уравнений, однако, являются приближенными. Для повышения их точности иногда приходится учитывать поправки на первую гармонику входного сигнала от высших гармоник. Следует отметить, что существуют такие объекты регулирования, к которым невозможно применять методы гармонической линеаризации.

Наличие линейности у объекта проверяется по его реакции на входные воздействия, одинаковые по величине и различные по знаку. Если при дей­ствии таких сигналов переходные характеристики по своей форме идентичны и различаются только знаками, то рассматриваемый объект является ли­нейным. Это означает, что для него справедлив принцип суперпозиции, и математическое описание объекта можно выполнить с помощью линей­ных дифференциальных или разностных уравнений. Если объект реагирует по-разному на данные типы входных сигналов, то для него несправедлив принцип суперпозиции, и он может быть математически описан нелиней­ными дифференциальными или разностными уравнениями.

Большое влияние на описание объектов регулирования оказывает принятая степень идеализации процессов, протекающих в объектах. Если динамика линейного объекта определяется конечным числом переменных, то его поведение описывается дифференциальными уравнениями с сосредо­точенными постоянными (обыкновенными дифференциальными уравнениями). Если число переменных бесконечно велико, то поведение объекта описы­вается дифференциальными уравнениями с распределенными постоянными (дифференциальными уравнениями в частных производных).

При проектировании систем автоматического регулирования с объек­тами, имеющими распределенные параметры, уравнения динамики в част­ных производных довольно часто приводят к обыкновенным дифференциаль­ным уравнениям (системам дифференциаль­ных уравнений).

Во многих объектах регулирования параметры объекта регулирования не являются постоянными, а зависят от времени. Например, параметр летательного аппарата изменяются в зависимости от скорости его полета по закону V = V (t). В этом случае динамика летательного аппарата (само­лета, ракеты) описывается дифференциальным уравнением с переменными параметрами. Если же у объекта регулирования изменение параметров от времени носит случайный характер, то динамика процессов в таком объекте описывается стохастическим дифференциальным уравнением. К таким объек­там можно отнести усилители сигналов с автоматической регулировкой в радиолокационных станциях, выходные блоки в радиорелейных линиях и т. д.

В процессе проектирования автоматической системы определяют инерционность объекта регулирования. Для этого на его вход подают ступенчатое единичное воздействие, а с выхода снимают переходную характеристику. Чем медленнее происходит нарастание переходной характеристики, тем большей инерционностью обладает объект регулирования. Можно отметить, что регулирование объектов с повышенной инерционностью осуществляется достаточно сложно, так как при этом трудно удовлетворить требуемым показателям качества. Регулирование малоинерционных объектов также представляет значительные трудности из-за необходимости применения быстродействующих исполнительных устройств. Наиболее просто обеспечивается регулирование объектов со средней инерционностью.

У некоторых объектов регулирования наряду со значительной инерционностью имеет место «чистое» запаздывание выходного сигнала, что также ухудшает показатели качества процессов регулирования.

Объекты регулирования различают и по степени самовыравнивания. Если при действии на вход объекта регулирования ступенчатого единичного сигнала происходит асимптотический процесс нарастания выходного сигнала до установления определенного уровня, то принято считать, что такой объект регулирования обладает положительным самовыравниванием. Если _ при действии на вход объекта ступенчатого единичного сигнала сигнал на его выходе все время нарастает, то объект регулирования обладает отрицательным самовыравниванием. И, наконец, если при действии ступенчатого единичного сигнала на объект на его выходе происходит линейное нара­стание сигнала, то объект регулирования имеет нулевое самовыравнивание.