Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

На рис. 125 годографы 1, 2, 5 характеризуют устойчивую, а годограф 3 — неустойчивую, 4 — «граничную» системы.

Критерий устойчивости Найквиста—Михайлова позволяет су- Дйть об устойчивости замкнутой системы регулирования по ам­плитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы, что дает возможность использовать для оценки устойчивости результаты исследований.

В целом качество регулирования характеризуется тремя пока­зателями: затратой времени на затухание обнаруженного возму­щения; максимальным отклонением регулируемой величины от заданного значения; статической ошибкой. Однако нормативы на эти виды показателей отсутствуют. Их оптимальное значение определяют опытным путем для каждого объекта; при. этом надо стремиться, чтобы сократить переходный период и уменьшить статическую ошибку.

Повысить качество регулирования можно увеличением устой­чивости регулирования и применением так называемых дифферен­цирующих устройств, измеряющих скорость изменения регули­руемой величины. Повышение устойчивости систем автоматиче­ского регулирования возможно за счет подбора скорости регу­лирования, чувствительности первичного преобразователя, умень­шения времени регулирования и т. д. и

Контрольные вопросы а задания

- -ь

к/ 1. Дайте определение системы автоматического регулирования. Какое ре­гулирование называют ручным и какое автоматическим?

2. Расскажите о структурной схеме системы автоматического регулиро­вания.

3 Какие элементы используются в системах автоматического регулиро­вания?

4. Расскажите о видах обратной связи в системах регулирования? ^л 5. Расскажите о принципах регулирования.

6. Как классифицируются системы автоматического регулирования?

7. Расскажите о стабилизирующих система» автоматического регули­рования.

8. Чем отличаются программные системы регулирования от стабилизи­рующих?

9. Изложите принцип действия следящих систем автоматического регули­рования.

10. Изложите принципы действия кибернетических систем регулирования.

11. Перечислите качественные показатели систем автоматического регули­рования и дайте им характеристики.

12. Дайте определение устойчивости системы автоматического регулиро­вания.

13. Расскажите о способах определения устойчивости замкнутых систем.

14. Как определяется устойчивость разомкнутых систем?

Глава 15. Объекты регулирования и их свойства

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

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

К наиболее распространенным объектам регулирования в ли­тейных и термических цехах относятся тепловые устройства (пла­вильные, нагревательные и сушильные печи), в которых требуется регулировать температуру, расход воздуха, топлива или элек­трической энергии; установки по приготовлению формовых и стержневых смесей; установки для получения контролируемых атмосфер, где необходимо регулировать одновременно темпера­туру, влажность или состав газовой фазы, и т. д.

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 системе автоматического регулирования часть внешних воздействий дает ей информацию о задачах регулирования. Поэтому их называют полезными (регулирующими) воздействиями. Они либо вырабаты­ваются регулятором, либо задаются оператором. Воздействия на объект, не связанные с задачей регулирования, называют возму­щениями. Именно из-за существования возмущений возникает необходимость регулирования. Природа возмущений всегда носит случайный характер. Например, это может быть понижение тем­пературы нагревательной или плавильной печей из-за случайного открытия дверки, увеличение запыленности воздуха из-за откры­тия въездных ворот и т. п.

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.

В качестве примера объекта регулирования рассмотрим лабо­раторную нагревательную печь, у которой регулируемой вели­чиной является температура рабочего пространства. К числу внешних возмущений этого объекта относится масса загружен­ных образцов, частота открытия загрузочной дверки, колебания напряжения электропечи.

Следовательно, объект регулирования — это устройство, за­данный режим которого должен поддерживаться регулирующими воздействиями регулятора извне. Для создания системы регули­рования необходимы четкие представления о свойствах объекта. Знание этих свойств необходимо также и для выбора технических средств измерения контролируемых и регулируемых величин, элементов регуляторов и их настроек.

2. ПАРАМЕТРЫ ОБЪЕКТОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

К основным параметрам, определяющим свойства объ­ектов регулирования, относятся: нагрузка, емкость, самовырав- н'ивание, 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 количеством топлива, подаваемого К горелкам печей, количеством электроэнергии, подводимой к элек­тродам дуговых плавильных печей, и т. п.

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

Значительные колебания нагрузки вызывают изменения регу­лируемой величины. Однако для процесса регулирования имеет значение не абсолютное значение нагрузки, а.диапазон и характер ее изменения во времени. Чем медленнее изменяется нагрузка и ■ чем меньше ее диапазон, тем легче регулировать объект, и наоборот.

Емкость. Подавляющее большинство видов оборудования ли­тейных и термических цехов (плавильные и нагревательные печи, охлаждающие баки, сушильные установки и т. д.) способны накапливать (аккумулировать) энергию и вещество. Такое нако­пление возможно благодаря тому, что в каждом объекте имеется сопротивление выходу энергии и вещества (кладка печи, заслонка и шибер и т. д.).

Емкостью регулируемого объекта называют запас накопленной энергии или вещества. Так, например, при. регулировании тем­пературы плавильной печи ее емкость по отношению к регулируе­мой величине (температуре) будет характеризоваться количе­ством тепла, накопленном в кладке, в жидком металле и в газах, заполняющих рабочее пространство печи.

Емкость объекта зависит от его размеров. Так, например, при регулировании уровня жидкости в закалочном баке емкость объекта зависит от вместимости бака. Чем больше вместимость бака, тем медленнее будет изменяться уровень при нарушении соответствия между приходом и расходом жидкости. В объекте с большей емкостью регулируемая величина при возмущении медленнее изменяет свое значение, и регулирование протекает более устойчиво.

Однако понятие емкости не позволяет правильно оценить ее влияние на изменение регулируемой величины, поэтому вводят понятие о коэффициенте емкости.

Коэффициент емкости — это количество энергии или веще­ства, которое необходимо подвести в объект или отвести от объ­екта, с тем чтобы изменить регулируемую величину на единицу времени. Например, при регулировании уровня жидкости в за­калочном баке коэффициент емкости — это количество жидкости, которое необходимо добавить в бак, чтобы уровень жидкости изменился на единицу измерения.

Чем больше коэффициент емкости, тем больше емкость объекта, тем медленнее изменяется регулируемая величина, т. е. меньше чувствительность объекта К возмущениям, и наоборот.

В общем виде коэффициент емкости К с можно представить как отношение емкости объекта С к значению регулируемой вели­чины X:

Ко = С/Х.

Коэффициент емкости может быть постоянной или переменной величиной; в последнем случае коэффициент емкости определяют как отношение изменения емкости к соответствующему изменению регулируемой величины:

Ко = АС/АХ.

Величину, обратную коэффициенту емкости, называют чув­ствительностью объекта к возмущению.

Различают безъемкостные, одноемкостные и многоемкостные объекты.

К безъемкостным объектам относят объекты с очень малой вместимостью (например, небольшие трубопроводы).

Одноемкостные объекты — такие объекты, у которых наруше­ние равновесия между подачей и потреблением вызывает одновре­менные и одинаковые изменения регулируемой величины во всех точках емкости.

Многоемкостные объекты — это те объекты, в которых име­ются две или более емкостей, разделенных между собой термиче­скими, гидравлическими или электрическими сопротивлениями.

Примером двухъемкостного объекта может служить термическая печь, у которой одна емкость — рабочее пространство — отделена от второй (где находятся нагревательные элементы) термическим сопротивлением (металлическим муфелем). Другим примером двухъемкостного объекта является, тигельная плавильная печь.

Многоемкостные объекты сложно регулировать, так как они характеризуются так называемым переходным запаздыванием, о чем будет сказано ниже.

Самовыравнивание. Большинство объектов регулирования в литейных и термических цехах обладает свойством самовырав- нивания: при внешних возмущениях самостоятельно (без участия регулятора) входить в новый статический режим работы. Таким образом, в объектах с самовыравниванием возникшее несоответ­ствие между приходом и расходом энергии (или вещества) стре­мится к нулю, а регулируемая величина — к новому устано­вившемуся значению. Например, если к нагревательным элемен­там электрической печи будет подводиться меиьшее напряжение, то температура в ней будет понижаться и стремиться к новому установившемуся значению.