Свойства объектов управления.

Объект управления является основной частью системы автоматического управления, свойства которого оказывают влияние на качество регулирования и выбор типа регулятора.

Любой объект регулирования характеризуется количеством энергии или вещества, проходящего через него. Режим работы объекта определяется протекающими внутренними процессами, на характер которых влияют внешние воздействия. В САР часть внешних воздействий дает информацию о задачах регулирования. Поэтому их называют полезными (регулирующими) воздействиями. Они вырабатываются регулятором или задаются оператором. Воздействия на объект не связанные с задачей регулирования, называют возмущениями. Именно из-за них возникает необходимость регулирования. Если объект имеет одну регулируемую величину, то он относится к простым или одномерным; при наличии нескольких регулируемых величин его называют многомерным. Различают два вида объектов регулирования: стационарные, у которых характеристики не изменяются во времени или изменяются незначительно, и нестационарные, характеристики которых изменяются во времени.

Следовательно, объект регулирования – это устройство, заданный режим которого должен поддерживаться регулирующими воздействиями регулятора извне.

К основным параметрам, определяющим свойства объектов регулирования, относятся: нагрузка, емкость, самовыравнивание, инерционность и запаздывание, время разгона и постоянная времени объекта.

Нагрузка. Любой объект регулирования характеризуется нагрузкой, т.е. количеством энергии или вещества, которое расходуется в этом объекте для проведения заданного технологического процесса, например подачи топлива к горелкам котельной установки, количеством электроэнергии, подаваемой к электродам дуговых плавильных печей, и т.п.

Нагрузка характеризует производительность или пропускную способность объекта при установившемся состоянии контролируемого процесса.

Емкость. Емкостью регулируемого объекта называют запас накопленной энергии или вещества. Так, например, при регулировании температуры котельной установки ее емкость по отношению к регулируемой величине (температуре) будет характеризоваться количеством теплоты, накопленного в кладке котла, в паре и в газах заполняющих рабочее пространство котла.

Однако понятие емкости не позволяет правильно оценивать её влияние на изменение регулируемой величины, поэтому вводят понятие о коэффициенте емкости, обратную коэффициенту емкости величину чувствительности объекта к возмущению. Также различают безъемкостные, одноемкостные и многоемкостные объекты.

К безъемкостным относят объекты с малой вместимостью (например небольшие трубопроводы); к одноемкостным – такие объекты, в которых нарушения равновесия между подачей и потреблением вызывают одновременные и одинаковые изменения регулируемой величины во всех точках емкости; многоемкостные – в которых имеется две или более емкостей, разделенных между собой термическими, гидравлическими или электрическими сопротивлениями.

Самовыравнивание. Большинство объектов регулирования обладают свойством самовыравнивания: при внешних возмущениях самостоятельно (без участия регулятора) входить в новый статический режим работы. Например, если в топку парового котла с естественной циркуляцией будет подаваться меньшее количество топлива, то температура в нём будет понижаться и стремиться к новому установившемуся значению.

Объекты, обладающие свойством самовыравнивания, называются статическими объектами, лишенные самовыравнивания – астатическими объектами. Способность объекта к самовыравниванию характеризуется степенью самовыравнивания :

где q – относительная разность между приходом и расходом вещества или энергии;

 – относительное отклонение регулируемой величины;

 – номинальное значение;

 – текущее значение регулируемой величины.

Инерционность и запаздывание. Инерционность объекта характеризует его способность к замедлению накапливать или расходовать энергию (вещество) в результате наличия сопротивления. Отставание регулируемой величины называется запаздыванием.

Время разгона и постоянная времени объекта. Временем разгона объекта регулирования называют время, в течение которого регулируемая величина изменяется от нуля до заданного значения при мгновенном 100 %-ом изменении регулирующего воздействия и постоянства его действия. Время разгона является мерой инерционности объекта. Оно возрастает с увеличением емкости объекта.

Рис. 1.34.	Рис. 1.35.

Постоянная времени объекта – это время его разгона при отсутствии самовыравнивания. Значение постоянной времени Т (рис. 1.34. 1.35) объекта можно определить, если провести касательную к начальной точке кривой разгона. Отрезок, отсекаемый этой касательной на прямой параллельной оси абсцисс, представляет собой постоянную времени объекта Т.