Свойства объектов управления

На процесс регулирования оказывают существенное влияние, как свойства регулирующей части, так и свойства самого объекта управления.

Рабочий процесс всякого ОУ связан с притоком, расходом, преобразованием некоторой материальной среды или энергии. Эта среда называется регулируемой средой, если на ее протекание влияет положение регулирующего органа.

Многие ОУ обладают способностью аккумулировать рабочую среду, запасать ее внутри объекта.

В общем случае любой процесс регулирования потока может быть представлен балансом рабочей среды или энергии.

Обозначим:

Q₁ – приток рабочей среды в единицу времени,

Q₂ – расход этой среды в единицу времени,

∆Q – расход среды, идущий на изменение запаса внутри регулируемого объекта.

Баланс рабочей среды:

Перейдем к базисным величинам:  

Q_б – принимается максимальное или номинальное значение расхода. Тогда:  

При      ∆q > 0 – запас количества рабочей среды в ОУ увеличивается,

∆q < 0 - запас количества рабочей среды в ОУ уменьшается,

∆q = 0 – запас сохраняется без изменения.

Обозначим произвольной значение регулируемой величины через . Скорость изменения r будет зависеть от возмущающего воздействия ∆q.

В большинстве случаев с достаточной точностью эту зависимость можно принять линейной:

k_f – коэффициент пропорциональности – характеризует скорость изменения регулируемой величины без воздействия регулятора на ОУ при относительном возмущении ∆q=1 – чувствительность ОУ к возмущению.

Например: регулируемая величина – уровень воды.

H₀- начальный уровень воды в резервуаре,

H_к – конечный уровень воды в резервуаре,

Q₀ – начальный приток,

S – площадь резервуара.

(1):       Q₁=Q₂ →        H₀=const=H.

При нарушении равенства (1):

Так как Q₁ и Q₂ даны в единицу времени, то изменение регулируемой величины, то есть скорость ее изменения будет:

(2)

Перейдем к безразмерным величинам:

,                        ,           ,          

Подставляем в (2):

Таким образом, чем больше S, тем меньше чувствительность ОУ к возмущению.

Самовыравнивание – это свойство объекта, благодаря которому возникшее несоответствие между притоком и расходом рабочей среды самостоятельно, без участия регулятора, стремиться к нулю, а регулируемая величина – к новому установившемуся значению.

ОУ без самовыравнивания и регулятора.

Приток воды поступает в резервуар через задвижку 1. Вода, расходуется из резервуара насосом 2, который работает с постоянным числом оборотов, поэтому расход не зависит от уровня воды в резервуаре.

Пока имеет место равенство Q₁=Q₂ – уровень воды не изменяется. Допустим, что он при этом равен H₀.

Предположим теперь, что приток Q₁ увеличился. Это легко может быть достигнуто увеличение открытия задвижки 1. Поскольку Q₂ осталось неизменным, то Н увеличится. Установившейся режим никогда не будет достигнут.

Выводы о влиянии самовыравнивания ОУ:

1. при положительном самовыравнивании работа автоматического регулятора облегчается совпадающим действием самовыравнивания, причем, если степень самовыравнивания велика, то можно обойтись даже без регулятора.

2. при отсутствии самовыравнивания обеспечить устойчивую работу регулируемой системы без применения регулятора невозможно.