link3404 link3405 link3406 link3407 link3408 link3409 link3410 link3411 link3412 link3413 link3414 link3415 link3416 link3417 link3418 link3419 link3420 link3421 link3422 link3423 link3424 link3425 link3426 link3427 link3428 link3429 link3430 link3431 link3432 link3433 link3434 link3435 link3436 link3437 link3438 link3439 link3440 link3441 link3442 link3443 link3444 link3445 link3446 link3447 link3448 link3449 link3450 link3451 link3452 link3453 link3454 link3455 link3456 link3457 link3458 link3459 link3460 link3461 link3462 link3463 link3464 link3465 link3466 link3467 link3468 link3469 link3470 link3471 link3472 link3473 link3474 link3475 link3476 link3477 link3478 link3479 link3480 link3481 link3482 link3483 link3484 link3485 link3486 link3487 link3488 link3489 link3490 link3491 link3492 link3493 link3494 link3495 link3496 link3497 link3498 link3499 link3500 link3501 link3502 link3503 link3504 link3505 link3506 link3507 link3508 link3509 link3510 link3511 link3512 link3513 link3514 link3515 link3516 link3517 link3518 link3519 link3520 link3521 link3522 link3523 link3524 link3525 link3526 link3527 link3528 link3529 link3530 link3531 link3532 link3533 link3534 link3535 link3536 link3537 link3538 link3539 link3540 link3541 link3542 link3543 link3544 link3545 link3546 link3547 link3548 link3549 link3550 link3551

Лекция по автоматике

Объекты управления и их свойства.

Объекты управления являются теми основными элементами системы управления и регулирования, в которых при помощи технических средств автоматики должен осуществляться заданный или предписанный алгоритм функционирования. Объектом управления может быть машина, набор машин или сооружение, которые предназначены для выполнения технологического процесса, целью которого является получение определенной продукции или энергии. В состав объекта управления может также входить внешняя среда, если она оказывает существенное влияние на состояние объекта. Особенность объекта управления заключается в том, что в нем происходит преобразование, передача или накопление энергии или вещества.

Подведенная из вне энергия или вещество изменяют состояние объекта, которое прежде всего характеризуется изменением его параметров.

Для изменения подводимой энергии или вещества к объекту, последний обязательно имеет регулирующий орган.

Объект можно считать управляемым, если он характеризуется следующими признаками:

а) в нем происходит преобразование, передача или накопление энергии или вещества;

б) если он имеет регулирующий орган для изменения потока энергии или вещества;

в) приток энергии или вещества изменяет состояние объекта, которое характеризуется изменением одного или нескольких параметров, определяющих алгоритм функционирования и составляющих цепь управления.

Воздействие на объект управления может осуществляться как на стороне поступления энергии или вещества, так и на выходе их из объекта. Обычно воздействие на объект управления определяют как управляющим или как возмущающим.

Параметры объекта управления обычно характеризуют качество управления и их называют переменными управления или выходными величинами управляющего объекта.

Объект управления характеризуется определенными свойствами, которые влияют на работоспособность объекта и качества протекающих в цепи процессов.

К основным свойствам объекта управления относят самовыравнивание, запаздывание и аккумулирующую способность.

Под самовыравниванием понимают способность объекта самостоятельно приходить в новое состояние равновесия при изменении управляющего или возмущающего воздействия. Свойством самовыравнивания обладают не все объекты управления. Объекты управления которые описываются интегральными или интегрирующими звеньями не обладают самовыравниванием. Такие объекты называются астатическими, а обладающие самовыравниванием — статические.

Объекты без самовыравнивания очень трудно поддаются управлению. Самовыравнивание может быть положительным и отрицательным. В первом случае равновесие восстанавливается без участия регулятора. В случае отрицательного самовыравнивания, восстановление равновесия осуществляется только при участии регулятора. Это объясняется тем, что возникшее нарушение в объекте стремится к накоплению. При отрицательном самовыравнивании объект называется неустойчивым статическим, а при положительном — устойчивым статическим объектом.

Количественно самовыравнивание описывается коэффициентом самовыравнивания, который равен отношению производной от приращения внешнего воздействия к производной от управляемой величины

clip_image320                                                                                1.89


clip_image322 – приращение возмущения;

clip_image324 – приращение управляемой величины.


Чем больше коэффициент ρ, тем легче осуществляется процесс автоматического управления, т.к. меньше отклонение управляемой величины, а следовательно процесс управления протекает быстрее и качественнее.

Объект с отрицательным самовыравниванием и объект без самовыравнивания не могут работать без регуляторов.

Большинство объектов управления в той или иной мере присуща инерционность, которая вызывает запаздывание во времени между изменением управляющего воздействия и соответствующим изменением управляемой величины. Такое запаздывание в объектах управления может быть переходным и транспортным.

Переходное запаздывание появляется из-за сопротивления перехода вещества из одной емкости в другую или энергии из одного состояния в другое, и всегда наблюдается в тех объектах, где имеются емкости, индуктивности, вращающиеся массы и т. д. Оно определяется как промежуток времени от момента возмущения до начала изменения управляемой величины в результате преодоления имеющихся сопротивлений. Переходное сопротивление отрицательно влияет на процесс управления.

Транспортное запаздывание присуще тем объектам, у которых между управляющим органом и выходом объекта имеются транспортные каналы (трубопроводы, ЛЭП и т. д.). Для прохождения такого канала требуется время, равное отношению длинны канала к скорости движения вещества или энергии.

Разным объектам управления присущи различные запаздывания:

1) одноемкостным объектам присуще только переходное запаздывание

2) двухемкостным и многоемкостным объектам присуще транспортное и переходное запаздывание

3) безъемкостным объектам, запаздывание вообще не присуще

Полное запаздывание объекта определяется суммой всех видов запаздываний в нем.

Опасно влияние любого вида запаздывания на процесс управления в объекте без самовыравнивания.

Любой технологический процесс в том или ином объекте управления связан с притоком, расходом, накоплением и преобразованием некоторой материальной среды или энергии. Многие объекты в процессе работы могут запасать внутри себя рабочую среду, что характеризует аккумулирующую способность рассматриваемого объекта. Аккумулирующая способность достаточно серьезно влияет на регулировочные свойства объекта. Саму эту способность оценивают по емкости объекта, под которым понимают запасенные объектом материал, вещество или энергию. Чем меньше емкость объекта, тем он более чувствителен к возмущающим воздействиям.

Количественно оценить емкость объекта можно при помощи коэффициента емкости, под которым понимают то количество энергии или вещества, которое необходимо подвести к объекту управления или отнести от него чтобы принять управляемую величину на единицу измерения

clip_image326                                                                                     1.90


y — управляемая величина;

С — емкость объекта.

Значение емкости характеризует запас управляемой величины или среды внутри объекта.

Изменение управляемого параметра во времени, представленное графически, называют кривой разгона. Кривые разгона объектов с различными свойствами

 
  clip_image328


 

1)одноемкостной без передаточного запаздывания

2)многоемкостной без передаточного запаздывания

3) многоемкостной с передаточным запаздыванием

 


 

Основные характеристики кривой разгона

 
  clip_image330


 

T — постоянная времени объекта

Тр — время разгона

τп — транспортное (передаточное) запаздывание

τ0 – переходное запаздывание

yп  – точка перегиба

yк  – конечное (установившееся) значение управляемой величины

Время разгона — это время от момента подачи возмущения до момента, когда управляемый параметр достигнет нового установившегося значения (в практических целях до 99% установившегося значения).

Постоянная времени — это время разгона объекта без самовыравнивания. Если в объекте есть самовыравнивание и емкость, то постоянная времени равна времени в течение которого отклонение управляемого параметра (yк -y0) от установившегося значения уменьшается в е=2,71 раз.

В практических целях постоянную времени определяют как промежуток времени от момента подачи возмущения до момента, когда управляющий параметр станет равным 0,63 установившегося значения.

clip_image332


Для определения всех вышеназванных временных значений, используют графический метод или формулы

clip_image334                                                                   1.91


ν – чувствительность объекта к возмущению.

clip_image336                                                                   1.92


clip_image338                                                                    1.93