Основные свойства и характеристики регулируемых объектов

 

На процесс регулирования оказывают влияние как свойства регулирующей части системы, так и свойства регулируемого объекта.

Рабочий процесс объекта связан с преобразованием какой-нибудь материальной среды или энергии, например, уровня жидкости или температуры.

Основными свойствами и характеристиками регулируемых объектов являются: самовыравнивание, запаздывание, постоянная времени, коэффициент передачи.

- Под выравниванием процесса регулирования понимают действия (человека или регулятора), направленные к снижению равенства между подачей и расходом. Самовыравниванием называются свойство регулируемого объекта после равенства между подачей и расходом среды приходить к состоянию равновесия самостоятельно, без участия человека или регулятора. Это может быть предыдущее или новое состояние равновесия. Пример: бак с подводящей и отводящей трубами с вентилями.

Самовыравнивание облегчает работу регулятора совпадающим действием, а если самовыравнивание велико, то позволяет обойтись вовсе без регулятора.

Если в предыдущем примере вместо вентиля на отводящей трубе будет стоять насос с постоянной частотой вращения (т.е. постоянным расходом), отклонение уровня воды в баке, по-прежнему не влияя на подачу, перестанет влиять еще и на расход, тогда бак станет объектом без самовыравнивания.

 

Рис. 29 Объект регулирования уровня с самовыравниванием (а) и кривая разгона (б) с основными параметрами

В объекте с самовыравниванием отклонение регулируемой величины влияет на разбаланс между подачей и расходом в сторону уменьшения несоответствия. Бывают и такие регулируемые объекты, у которых отклонение регулируемой величины влияет на разбаланс, но не в сторону его уменьшения, а в сторону увеличения. Если такой объект вывести из состояния равновесия совершено незначительным возмущением, то отклонение регулируемой величины будет продолжаться непрерывно и со все возрастающей скоростью. Такие объекты называют неустойчивыми, или объектами с отрицательным самовыравниванием. Отрицательное самовыравнивание значительно понижает качество регулирования.

Пусть в результате увеличения подачи горючего газа (ступенчатое воздействие) температура в печи повышается (рис. 29б). При этом получим кривую изменения выходной величины (температуры) - кривую разгона.

Если в точке А, соответствующей максимальной скорости изменения выходной величины, провести касательную к кривой разгона и продолжить ее до пересечения с линиями начального (т.В) и конечного (т.С) установившихся значений выходной величины, то отрезок ОВ времени от момента внесения возмущения до момента, определяемого точкой пересечения касательной с осью, определит общее запаздывание объекта (τ), а отрезок ВЕ - постоянную времени объекта (Т). Постоянная времени - это условное изменения выходной величины от начального до нового установившегося значения, если бы это изменение происходило со скоростью постоянной и максимальной для данного переходного процесса. Коэффициентом передачи называется изменение выходной величины объекта (Dх) при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к единичному возмущению на входе (Dу). Единичным возмущением можно считать 1% хода регулирующего органа или единицу расхода регулируемой среды. Т.е. К_n = Dх / Dу.