Свойства объектов управления

Под свойствами объектов управления понимаются характеристики объектов, влияющие на динамику управления.

Под объектом управления (технологическим объектом) понимается технологический процесс, происходящий в технологическом оборудовании, режим которого зависит от внешних и внутренних воздействий и который может быть поддержан на оптимальном уровне устройств управления (ТОУ).

ТОУ характеризуется большим количеством параметров, которые можно условно разделить на три группы:

1. входные

2. конструктивно-режимные

3. выходные

В качестве входных принимаются величины, которые характеризуют материальные и энергетические потоки на входе в объект, т.е. они являются относительно свободными. Примером входной величины можно считать подачу сырья, топлив, теплоносителя.

Входные величины используются в качестве управляющих воздействий.

Конструктивно-режимные величины определяют характеристики технологического процесса, т.е. скорость реакции, давление, температуру, состав и т.д.

Эти параметры определяют качество и количество продукции.

Выходные параметры характеризуют материальные потоки на выходе из технологического объекта

.

Таким образом, в зависимости от входных и конструктивных параметров определяют свойства объектов:

1.самовыравнивание- свойство устойчивого объекта самостоятельно устанавливаться в равновесное состояние после изменения входной величины.

H=const.

Q_{притока} = Q_отвода .

Предположим расход на притоке увеличили на некоторое значение ∆Q, баланс между входом и выходом нарушится, уровень в емкости будет повышаться. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока жидкость не перельется или объект не разрушится, т.е. устойчивое состояние не состоится, т.е. такой объект называется без самовыравнивания. Входной величине однозначно не соответствует выходная величина, такие объекты еще называют астатическими, т.е. интегрирующими объектами.

Изменим схему, сделаем отвод свободным (без насоса), тогда через некоторое время наступит новое состояние равновесия.

В данной схеме расход на отводе является функцией уровня, т.е. выходная величина H влияет на статическую характеристику, а это является отрицательной обратной связью, т.е. при увеличении расхода на притоке само повышение уровня способствует установлению нового равновесного состояния(H_∞).

Таким образом для такого объекта каждому входному воздействию Q_пр соответствует одно значение выходной величины H. Такие объекты называются статическими, т.е. объекты с самовыравниванием являются статическими.

Количественно самовыравнивание оценивается степенью самовыравнивания:

-обратная величина коэффициента усиления

∆x,∆y- приращение

2. Емкость характеризует инерционность объекта и определяется способностью накапливать вещество или энергию.

Количественно характеризуется степенью влияния входной величины на скорость изменения выходной величины:

x- входная величина

3. Нагрузка-способность пропускать через себя материальные или энергетические потоки.

Характеризуется производительностью (насоса или компрессора), расходом, температурой или энтальпией рабочего тела.

4.Запаздывание. Выражается в том, что выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения воздействия, а только через некоторые промежутки времени τ, называемый временим запаздывания.

У запаздывания 2 причины:

- ограниченность скорости распространения частиц во времени

- емкость объекта, который поглощает энергию.

Запаздывание может быть емкостным и транспортным.

Если рассматривать переходные характеристики, их можно изобразить следующим образом:

τ = τ_т + τ_е

τ_е – транспортное запаздывание

τ_т – емкостное запаздывание

Начало изменения выходной величины - начало емкостного запаздывания.

Проиллюстрируем запаздывание на следующем примере: имеется трубопровод длиной l, по которому перекачивают газ со скоростью υ, м/с. Если принебречь свойствами сжимаемости, то:

Свойства объектов управления можно определять опытным путем и расчетным.

Определение свойств называется идентификацией. В результате ее должны быть получены текстовые описания, таблицы, математические формулы, взаимосвязи параметров характеризующих объект.

Получение математических формул, связывающие входные, выходные и другие величины, называется математическим моделированием.