Характеристики объекта управления

Каждый объект регулирования можно охарактеризовать од­ним или несколькими количественными и качественными пара­метрами. Такие величины, как производительность, мощность, расход, влажность продукта, скорость и т.д. изменяются в широ­ких пределах. Законы этих изменений во времени произвольны и носят случайный характер. Однако можно выделить ряд величин, которые присущи любому объекту автоматического управления.

Емкость объекта. Уравнение динамики объекта регули­рования в общем виде можно записать (для бесконечно малого отрезка времени, когда зависимость между входными и выход­ными параметрами можно считать линейной): dy/dt = с dE/dt,

где dy/dt t - скорость изменения регулируемого парамет­ра;

с - постоянная объекта, называемая емкостью объек­та, характеризующая его способность запасать энергию;

Е = E₁- E₂ - подводимая и отводимая к объекту энергия.

Если dE > 0, то в объекте накапливается энергия, что сопро­вождается увеличением регулируемого параметра у.

Если dE < 0, то запас энергии в объекте снижается, т. е. регу­лируемый параметр уменьшается.

Для многих объектов величины подводимой и затрачиваемой энергии в той или иной степени зависят от значения регулируе­мого параметра.

Условие E₁ = E₂ соответствует состоянию равновесия объек­та. При отклонении регулируемого параметра у от заданного у₀ в ту или иную сторону равновесие объекта нарушается.

Если объект накапливает один вид энергии, то он называется одноемкостным, если несколько - многоемкостным (например, LRC контуры - магнитная, тепловая и электрическая энергия).

Механические объекты, например резервуар, обладают спо­собностью накапливать в себе жидкость, газ, сыпучие тела. Поня­тие емкости здесь связано с объемом резервуара. Печь, термо-стат, сушильный шкаф способны накапливать тепло. Понятие их
емкости связано с теплоемкостью и т. д..

Время разгона — это время, в течение которого регули­руемый. параметр у изменяется от нуля до номинального зна­чения у при максимальном возмущении или управлении при ус­ловии, что скорость изменения dy/dt остается в течение этого времени постоянной, рис. 6.1. Время разгона Т_р может быть оп­ределено экспериментально по переходной характеристике y(t). Для одноемкостного объекта оно может быть определено как T_p=T_а/k, где Т_а - постоянная времени объекта; к- тангенс угла на­клона касательной в начальной точке t=0

Рисунок 6.1 - К определению времени разгона.

Чувствительность объекта. Чувствительность, или скорость разгона, объекта представляет величину, обратную времени раз­гона е = 1/Т_р

Постоянная времени объекта представляет собой время, в те­чение которого регулируемый параметр достигает нового устано­вившегося значения при неизменных притоке и расходе вещества или энергии для данного объекта, лишенного самовыравнивания. Значение Т_а можно принимать равным Т_а =(0,25...0.33)Т_р

Самовыравнивание объекта - это свойство объекта после возникновения возмущения приходить в состояние равновесия без внешнего вмешательства (без регулятора), причем каждому возмущению соответствует свое значение установившегося регу­лируемого параметра. Оценивается самовыравнивание степенью или коэффициентом самовыравнивания (иногда его называют коэффициентом статизма или саморегулирования).

Запаздывание в объекте. Одной из важнейших характеристик объекта регулирования является его запаздывание. Сущность его состоит в том, что с увеличением или уменьшением нагрузки (расходе энергии, вещества) в объекте параметры изменяют свое значение не сразу, а спустя некоторое время с момента возмуще­ния. При этом различают (аналогично, как и для систем авто­матического управления) два вида запаздывания: транспортное и переходное, определяемые свойствами объекта.