Файл: Автоматизация_Staroverov1.doc

В)

Качество переходного процесса оценивается с помощью следу­ющих параметров: длительности переходного процесса т_цер, по истечении которого разность между заданным и текущим зна­чениями регулируемой величины не превышает 5 %, и величины перерегулирования

а = (Х_тах - Х₀)/Х₀, _и.

где Х,ш,_х и Х₀ — максимальное и заданное значения регулируе­мой величины. Оптимальным считается, если а — 20 %, а число колебаний за время переходного процесса не превышает трех.

Существуют различные способы определения устойчивости системы: аналитический, экспериментальный и другие. оп

Аналитический способ заключается в решении уравнений, описывающих систему автоматического регулирования. Суще­ствуют три основных критерия устойчивости: критерий Рауса— Гурвица, критерий Михайлова и критерий Найквиста—Ми­хайлова.

Критерий устойчивости Рауса—Гурвица позволяет судить об устойчивости системы по коэффициентам ее характеристического уравнения. Необходимым условием устойчивости систем автома­тического регулирования является положительность всех коэф­фициентов характеристических уравнений этих систем.

Рис. 125. Годографы замкнутых систем регулирования

Критерий устойчивости Михайлова — это

частотный критерий, основанный на построе­нии по характеристическому уравнению си­стемы характеристической кривой (или годо­графа), по виду которой судят по устойчи­вости систем автоматического регулирования.

Критерий Михайлова формулируется сле­дующим образом: система устойчива, если годограф Михайлова / при изменении часто­ты © от 0 до +оо, начинаясь на положительной части веще­ственной полуоси, огибает против часовой стрелки начало коор­динат, нигде не обращаясь в нуль, проходя последовательно такое количество квадрантов комплексной плоскости, какова степень Характеристического уравнения.

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.