Файл: Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок учеб. пособие.pdf

х а р а к т е р и з у ю щ и м и о б ъ е к т ы , с и с т е м а в т о м а ­ т и к и , являются: статическая характеристика, динамическая харак­ теристика, аккумулирующая способность, самовыравнивание, время разгона объекта и постоянные времени объекта.

объекта 1 и нелинейного объекта 2.

Сцелью упрощения анализа систем

снелинейными характеристиками осу­

дит к определенной погрешности. В каждом отдельном случае необхо­ димо выяснять возможность применения линеаризации, а также способ замены нелинейной характеристики прямой линией, чтобы не полу­ чить неправильных результатов или большой погрешности в расчетах.

Д и н а м и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а объекта пред­ ставляет собой зависимость регулируемой величины у (f) для любого момента времени от задающего воздействия х (t) в переходном режиме. Связь между этими параметрами осуществляется посредством диффе­ ренциальных уравнений.

Полное представление о динамических свойствах дают передаточные

27

Аккумулирующая способность объекта. Любой технический про­ цесс всякого объекта регулирования связан с притоком, расходом, накоплением и преобразованием некоторой материальной среды или энергии. Многие объекты способны в процессе работы запасать рабочую среду внутри объекта. Например, в водонапорном баке создается запас воды, для накопления энергии во вращающихся частях двигателя внутреннего сгорания на его вал насаживают маховик; в теплицах накапливание тепла происходит во всем, что обладает теплоемкостью, и т. д.

Аккумулирующая способность оказывает существенное влияние на регулировочные свойства объекта. Чем меньше аккумулирующая

емкость объекта, тем больше скорость изменения регулируемой вели­ чины при нарушении баланса между притоком и расходом рабочей среды и, следовательно, тем сложнее осуществить регулирование. Напротив, большая емкость объекта облегчает задачу регулирования.

Для оценки аккумулирующей способности объекта вводится поня­ тие коэффициента емкости с, который представляет собой отношение

Чем больше коэффициент емкости с, тем меньше чувствительность объекта ѵ к возмущениям; чувствительность объекта представляет

собой отношение скорости изменения регулируемой величины du/dt к изменению возмущающего воздействия ДF:

dy/dt

ѵ= —— ( 1-8) 4F •

28

Различают объекты безъемкостные, одноемкостные и многоемкост­

ные. На рис. 12, а, б, в приведены примеры объектов с различным числом емкостей.

Изменения регулируемой величины объекта во времени называют к р и в о й р а з г о н а . Такая кривая может быть получена, если на вход объекта подать скачком входную величину и записать изме­ нения выходной величины для различных моментов времени. На рис. 12, s даны кривые разгона для безъемкостного (кривая 1), одноемкост­ ного (кривая 2) и многоемкостного (кривая 3) объектов.

У безъемкостного объекта сток Q2 изменяется мгновенно в полном соответствии с изменением притока. Наличие емкости вызывает не мгновенное, а постепенное изменение стока Q2 во времени. Чем больше емкость объекта, тем более пологой будет кривая разгона этого объекта, так как происходит накопление управляемого параметра в емкости.’

Аккумулирующая способность объекта должна учитываться при выборе регулятора.

Самовыравнивание объекта. В процессе работы в объекте возникает несоответствие между притоком и расходом рабочей среды. Это несо­ ответствие может быть ликвидировано двумя способами: без участия регулятора и под действием регулятора. Если несоответствие между притоком и расходом стремится к нулю, а регулируемая величина — к новому установившемуся значению без участия регулятора, то объект обладает с а м о в ы р а в н и в а н и е м . Количественно самовырав­ нивание объекта оценивается коэффициентом самовыравнивания р, который представляет собой отношение первой производной от прираще­

Уі ~ у~ — регулируемая величина в относительных еди­

ницах.

Чем больше р , тем легче осуществить процесс автоматического регулирования. В ряде объектов ликвидация отклонения регулируе­ мого параметра от заданного значения может быть достигнута только за счет самовыравнивания без регулирующего воздействия на объект. Например, при регулировании температуры воздуха в теплицах само­ выравнивание может быть достигнуто за счет тепла почвы. Если темпе­ ратура воздуха внутри теплицы снизится из-за увеличения тепловых потерь через стены и крышу, то возрастет отдача тепла в воздух от почвы. Наступит новое тепловое равновесие при пониженной темпера­ туре; при этом если новая температура не выйдет из заданных пределов, действия регулятора не потребуется.

Время разгона объекта. Постоянные времени объекта. Большинству объектов присуща в той или иной степени инерционность, которая вы­ зывает запаздывание во времени между изменениями регулирующего

29

воздействия, поступающего на объект, и соответствующих им измене­ ний регулируемой величины. В зависимости от причин, обусловливаю­ щих запаздывание, различают п е р е х о д н о е и т р а н с п о р т ­ н о е ( п е р е д а т о ч н о е ) запаздывание.

Переходное запаздывание появляется из-за сопротивления переходу вещества из одной емкости в другую или энергии из одного состояния в другое и всегда в тех объектах, где имеются емкости, индуктивности, вращающиеся массы и т. п.

Транспортное запаздывание присуще тем объектам, в которых между регулирующим органом и выходом объекта имеются переда­ точные каналы, такие, как транспортеры, трубопроводы, теплопро­ воды и т. п. Для прохождения передаточного канала требуется время, равное отношению длины канала к скорости движения вещества (энергии).

На рис. 11, б графически изображено изменение регулируемой величины у в объектах с транспортным и переходным запаздыванием (кривая 2) и без транспортного запаздывания (кривая /) при поступле­ нии возмущения на вход объекта. Полное запаздывание т определяется как сумма транспортного т0 и переходного те запаздывания. Для этого через точку перегиба кривой разгона (точку наибольшей скорости нарастания регулируемой величины) проводят касательную к кривой, и точка пересечения этой касательной с осью абсцисс даст полное время запаздывания т.

Для сравнения отдельных объектов по их свойствам в переходном режиме применяется понятие п о л н о г о в р е м е н и р а з г о н а tv, которое равно времени от момента подачи возмущения до момента, когда регулируемая величина достигает своего нового установивше­ гося значения ук (рис. 11, б). Для каждого объекта время разгона имеет свое физическое значение. Так, например, временем разгона объекта будет: 1) время разгона электродвигателя до достижения им номинальной скорости вращения и равновесного состояния после его пуска; 2) время, необходимое для достижения установившейся задан­ ной температуры в нагревательном элементе после его подключения к сети, и т. д.

Наряду со временем разгона объекта іриспользуют понятие постоян­ ной времени объекта Т. Под постоянной времени понимается время разгона объекта при отсутствии самовыравнивания. Значение постоян­ ной времени Т объекта можно определить, если провести касательную к начальной точке кривой изменения регулируемой величины у = f(t) (кривая 1; см. рис. 11, б).

Чем больше постоянная времени Т, тем хуже условия регулиро­ вания объекта.

30