Статические характеристики объектов управления

Статические характеристики относятся к характеристикам установившегося режима и позволяют количественно оценить процесс передачи информации, энергии или вещества от окружающей среды к объекту или между отдельными элементами объекта, т.е. дают численное значение связи регулируемых величин объекта с его управляющими и возмущающими воздействиями при , , .

Процесс определения статических характеристик экспериментальным активным методом представляет собой многошаговую задачу определения реакции объекта на малые приращения управляющих и (или) возмущающих воздействий в установившемся режиме (после окончания переходного процесса). Для устойчивых объектов с самовыравниванием обобщенная статическая характеристика имеет вид, изображенный на рис. 3.

Рис. 3. Обобщенная статическая характеристика устойчивого объекта.

По статической характеристики объекта можно определить:

- объект линейный или нелинейный;

- зону нечувствительности;

- линейную зону статической характеристики;

- зону насыщения (ограничения);

- передаточный коэффициент объекта по управлению и (или) по возмущению ;

- допустимый диапазон изменения входных воздействий , ;

- допустимый диапазон изменения выходных величины объекта .

При неоднократном повторении эксперимента можно установить однозначность статической характеристики (отсутствие явления гистерезиса). Статическая характеристика позволяет оценить метрологические показатели объекта (погрешность преобразования), а также провести линеаризацию (если последняя допустима). Для сложных многосвязанных объектов целесообразно снимать семейство статических характеристик по соответствующим входам и выходам.

Значительно сложнее определяются статические характеристики объектов с явно распределенными параметрами. Например, железнодорожную сортировочную горку можно рассматривать как систему мест, находящихся в определенных состоянии. В роли мест здесь выступают участки железнодорожного полотна, в роли состояний этих мест – подвижный состав, находящийся на соответствующих участках полотна. В процессе управления сортировочной горкой приходится решать задачу оптимального распределения множества единиц подвижного состава на множества мест (участках полотна). В качестве формального языка, описывающего процессы управления горкой, удобно пользоваться алгеброй конечных предикатов. Вводя определенные граничные условия, можно составить алгоритм функционирования или специальную таблицу мест и состояний. Аналогично можно описывать статические характеристики производственных участков, цехов и других объектов с распределенными параметрами.

Однако метод активного эксперимента не всегда допустим по условиям работы объекта, так как может нарушить нормальный ход технологического процесса. В этих случаях пользуются пассивным экспериментированием, которое сводится к регистрации большого числа случайных величин , и соответствующих изменений выходных величин объекта в процессе его нормального функционирования. Для обработки результатов эксперимента используют аппарат математической статистики (корреляционный и регрессивный анализ).

Необходимо отметить, что определение передаточных коэффициентов нейтральных объектов имеет свои специфические особенности, так как после подачи на вход ступенчатого сигнала регулируемая величина объекта непрерывно изменяется с постоянной скоростью, величина которой зависит от уровня входного сигнала (накопления жидкости в резервуаре, угол поворота выходного вала двигателя). Время, требуемое для достижения регулируемой величины нейтрального объекта того же процентного изменения, что и ступенчатое воздействие на входе, называется «временем интегрирования». Передаточный коэффициент нейтральных объектов характеризует их усилительные свойства в единицу времени (в секунду, минуту, час и т.д.), т.е. он всегда имеет размерность вида:

.

В заключение следует отметить, что для подавляющего большинства объектов управления их статические характеристики не дают полного представления об объектах, так как не раскрывают их свойств, проявляющихся в динамических режимах работы.