Определение динамических характеристик объекта управления по кривой его разгона

Если эксперимент проводится на объекте, охваченном системой регулирования, то наблюдается эффект корреляции (взаимосвязи) между входным и выходным сигналами объекта через регулятор. Такая взаимосвязь снижает точность математического описания.

Следует учитывать, что активные методы, в той или иной степени, приводят к нарушению нормального хода технологического процесса. Поэтому проведение эксперимента должно быть тщательно спланировано.

В пассивных методах на вход объекта не подаются никакие пробные сигналы, а лишь фиксируется естественное движение объекта в процессе его нормального функционирования. Полученные реализации массивов данных входных и выходных сигналов обрабатываются статическими методами. По результатам обработки получают параметры передаточной функции объекта. Однако, такие методы имеют ряд недостатков:

- малая точность получаемого математического описания, (т.к. отклонения от нормального режима работы малы);

- необходимость накопления больших массивов данных с целью повышения точности (тысячи точек);

При определении динамических характеристик объекта по кривой его разгона на вход подается или ступенчатый сигнал или прямоугольный импульс. Во втором случае кривая отклика должна быть достроена до соответствующей кривой разгона.

При снятии кривой разгона необходимо выполнить ряд условий:

1) Если проектируется система стабилизации, то кривая разгона должна сниматься в окрестности рабочей точки процесса.

2) Кривые разгона необходимо снимать как при положительных, так и отрицательных скачках управляющего сигнала. По виду кривых можно судить о степени асимметрии объекта. При небольшой асимметрии расчет настроек регулятора рекомендуется вести по усредненным значениям параметров передаточных функций, а линейная асимметрия наиболее часто проявляется в тепловых объектах управления.

3) При наличии зашумленного выхода желательно снять несколько кривых разгона с их последующим наложением друг на друга и получением усредненной кривой.

4) При снятии кривой разгона необходимо выбирать наиболее стабильные режимы процесса, когда действие случайных внешних возмущений маловероятно.

5) При снятии кривой разгона амплитуда тестового сигнала должна быть, с одной стороны, достаточно большой, чтобы четко выделялась кривая разгона на фоне шумов, а с другой стороны, она должна быть достаточно малой, чтобы не нарушать нормальной работы объекта.

Сняв кривую разгона и оценив характер объекта управления (с самовыравниванием или без), можно определить параметры соответствующей передаточной функции. Например, передаточную функцию вида (1) рекомендуется применять для объектов управления с явно выраженной доминирующей постоянной времени (одноемкостный объект). Перед началом обработки кривую разгона рекомендуется пронормировать (диапазон изменения нормированной кривой 0 –1) и выделить из ее начального участка величину чистого временного запаздывания.

Рассмотрим нормированную кривую разгона объекта, у которой заранее выделена величина чистого запаздывания

t_з=3 мин. Построим график кривой разгона (рис.2)

Динамический коэффициент усиления K объекта определяется как отношение приращения выходного сигнала к приращению входного в окрестности рабочей точки.

Определение динамических характеристик объектов по кривой разгона можно производить двумя методами.

Метод касательной к точке перегиба кривой разгона. В данном случае точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режиму замедления темпа нарастания выходного сигнала. Постоянная времени Т и динамическое запаздывание определяются в соответствии с графиком рис.2, то есть t=t_з+t_d

Формульный метод позволяет аналитически вычислить величину динамического запаздывания и постоянной времени по формулам.

где значение h_A берется в окрестности точки перегиба кривой, а значение h_B принимается равным 0,8 –0,85.По этим значениям определяются и моменты времени t _A и t_B.

График разгонной характеристики объекта без самовыравнивания показан на рис.3.

Для объекта без самовыравнивания коэффициент усиления определяется как отношение установившейся скорости изменения выходной величины к величине скачка входного сигнала. В нашем примере

Критерии выбора алгоритма регулирования

В САУ, работающей по отклонению, регулятор изменяет управляющий сигнал после того, как появилось отклонение регулируемого параметра от заданного значения. Следовательно, он должен не только компенсировать возмущающее воздействие, но и свести к нулю отклонение регулируемого параметра от заданного значения, т.е. регулятору предстоит форсированная работа.

При это возможны 3 случая:

1. Регулятор вырабатывает управляющий сигнал недостаточной мощности. При этом скорость нарастания отклонения регулируемого параметра от заданного значения уменьшается, но само отклонение продолжает расти. График процесса регулирования - изменение во времени выходного сигнала Yвых (t) системы после нанесения на нее возмущающего воздействия – будет расходящийся, а работа САУ -неустойчивой. Отклонение выходной величины Yвых(t) от установившегося значения увеличивается c течением времени, i = 1, 2, 3, …. (рис1.а).

Yо (t)= Yвых(t) = 0

Δi = Yi (t)- Yо(t)

2. Регулятор вырабатывает управляющий сигнал избыточной мощности, который не только компенсирует возмущающее воздействие и сводит к нулю отклонение регулируемого параметра от заданного значения, но и вызывает новое отклонение Δi, противоположное по знаку и большей амплитуды (рис. 1.б). График процесса регулирования в такой САУ также будет расходящийся (расходится с заданием), а работа САУ - неустойчивой.

3. Регулятор вырабатывает управляющий сигнал необходимой мощности. При этом регулируемый параметр или плавно возвращается к заданному значению (апериодический процесс регулирования), или возвращается к нему через колебания уменьшающейся амплитуды (колебательный процесс регулирования). Такие графики процессов регулирования называются сходящимися, а работа САУ будет устойчивой (рис. 1.в).

Рисунок 1

Дата добавления: 2014-01-04