Свойства объекта управления

ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Объект управления является основной составной частью автоматической системы, определяющий ее характер. При всем разнообразии объектов управления они могут быть распределены на небольшое число типов, обладающих аналогичными динамическими характеристиками и характеризующихся следующими свойствами: нагрузкой, емкостью, способностью к самовыравниванию, запаздыванием процесса.

Способность объектов аккумулировать рабочую среду, запасать ее внутри объекта называется аккумулирующей способностью или емкостью объекта. Накопление вещества или энергии возможно благодаря тому, что в каждом объекте имеется сопротивление выходу.

Объекты управления подразделяются на одноемкостные и многоемкостные. Объект называется одноемкостным, если он состоит из одного сопротивления и емкости (аппарат в котором регулируется уровень, теплообменник смещения).

Многоемкостным объектом называется такой, который имеет две или более емкости, участвующие в процессе управления и разделенные переходными сопротивлениями (трубчатый теплообменник). В многоемкостных объектах различают емкости на входе и выходе.

Мерой емкости служит коэффициент емкости - количество вещества или энергии, которое нужно подвести к объекту, чтобы изменить управляемую величину на единицу:

Чем больше коэффициент емкости объекта, тем меньше скорость изменения управляемого параметра при одном и том же изменении количества подаваемого продукта. А это значит, что легче поддаются управлению те объекты, коэффициент емкости которых больше.

Нагрузка - количество вещества или энергии, отбираемых из объекта для производственных нужд. Изменение нагрузки является сильным возмущающим воздействием. Чем чаще и в больших масштабах изменяется нагрузка тем сложнее управлять объектом.

Способность объекта приходить после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства управляющего устройства называется самовыравниванием объекта.

Объекты, обладающие самовыравниванием, называются статическими объектами. Чем больше величина самовыравнивания, тем меньше отклоняется управляемый параметр от состояния равновесия, существовавшего до возмущения. Самовыравнивание облегчает работу управляющего устройства.

Объекты, не обладающие самовыравниванием, называются нейтральными или астатическими. Отсутствие самовыравнивания ухудшает возможности управления объектом.

Рассмотрим примеры объектов с самовыравниванием (рис. 43) и без него (рис. 44).

Рисунок 43 – Объект с самовыравниванием

Q_п и Q_р - величины расходов жидкости на притоке и расходе. Н - уровень в емкости.

Рисунок 44 – Объект без самовыравнивания

Коэффициент самовыравнивания не является постоянной величиной, а зависит от нагрузки объекта. Максимальной нагрузке соответствует максимальное значение r.

В реальных объектах часто между моментом нарушения равновесия и началом изменения управляемой величины проходит некоторое время - запаздывание. Запаздывание объясняется наличием сопротивлений и инерционностью системы.

Различают два вида запаздывания: чистое (или транспортное) и переходное (емкостное).

Чистым запаздыванием называется время t от момента внесения возмущающего воздействия до начала изменения управляемой величины. Это время необходимо для того, чтобы поток вещества или энергии, обладающий скоростью v, прошел расстояние L от места внесения возмущающего воздействия до места, в котором измеряется значение управляемой величины. Например, контроль толщины насыпного слоя на ленте транспортер (рис. 35).

Рисунок 35 – Пример объекта с чистым запаздыванием

Чистое запаздывание смещает во времени реакцию на выходе в объекте по сравнению с моментом нанесения входного воздействия на величину запаздывания, не изменяя величину и форму воздействия.

Обычно в управляемых объектах имеется не только чистое, но и переходное запаздывание, которое характерно для многоемкостных объектов. Запаздывание возникает при преодолении потоком вещества или энергии сопротивлений, разделяющих гидравлические, тепловые и другие емкости объекта (рис. 46).

Время переходного запаздывания определяется отрезком t_п. Переходное запаздывание определяется числом емкостей и величиной переходных сопротивлений. Поскольку величины переходных сопротивлений в процессе эксплуатации объекта могут изменяться, величины запаздываний могут возрастать.

Общее запаздывание t_общ в объекте управления равно сумме чистого и переходного запаздываний:

t_общ = t +t_п.

Как чистое, так и переходное запаздывания всегда неблагоприятно сказываются на качестве управления.

Рисунок 46 – Пример объекта с переходным запаздыванием

Дата добавления: 2015-04-29