Объекты управления и их свойства

Объекты управления являются теми основными элементами автоматических систем, в которых при помощи технических средств должен осуществляться заданный алгоритм функционирования.

В качестве объекта управления может выступать отдельная машина или набор машин, которые направлены в своем действии на выполнение технологического процесса с целью получения определенного вида продукции.

Объектом управления может быть помещение или комплекс помещений с определенными параметрами внутренней среды, если эта среды оказывает серьезное воздействие на объект управления.

Основной особенностью объекта управления является то обстоятельство, что в них происходит выработка, передача, преобразование и накопление энергии или материала. Подведенная из вне энергия или вещество изменяют состояние объекта, который в первую очередь характеризуется изменением его параметров (технических, физических показателей которые характеризуют какие-либо физические принципы организации работы объекта).

Дозирование (регулирование) количества поступающего вещества или энергии осуществляется посредством регулирующего органа.

В качестве резюме определяющего понятие объекта управления могут выступать следующие заключения:

1) объект является управляемым, если в нем происходит передача, преобразование или накопление вещества или энергии;

2) объект считается управляемым, если он имеет регулирующий орган;

3) объект может быть управляемым в случае, если приток энергии или вещества изменяет состояние объекта, который характеризуется изменением его одного или нескольких параметров.

На объект управления все время оказывают влияние различных воздействий, в результате чего изменяются (варьируются) переменные управления, которые носят название выходных величин управляющих объектов.

Воздействие на объект управления может быть приложено как со стороны поступления энергии или вещество, так и на выходе из объекта. Все воздействия обычно разделяют на управляющие и возмущающие.

Объект управления характеризуется обычно некоторыми свойствами, количественное значение которых характеризуют показатели управляемости объекта. К таким характеристикам относят: самовыравнивание объекта, его аккумулирующая способность, а так же его реакцию на управляющее или возмущающее воздействие.

Под самовыравниванием понимают способность объекта самостоятельно приходить в новое состояние равновесия при изменении управляющего или возмущающего воздействия. Не все объекты управления обладают этим свойством. Так объекты управления, описываемые с помощью интегрирующих звеньев не обладают способностью к самовыравниванию, такие объекты называютастатическими. Объекты, которые обладают самовыравниванием называют статическими. Объекты без самовыравнивания крайне трудно поддаются регулированию. Самовыравнивание может быть как положительным так и отрицательным.

При положительном самовыравнивании равновесие в объекте создается без использования автоматических регуляторов. При отрицательном самовыравнивании возникшее нарушение равновесия стремится к нарастанию, поэтому используют автоматические регуляторы. При отрицательном самовыравнивании объект называется неустойчивым статическим объектом, а при положительном – устойчивым статическим объектом.

Количествен самовыравнивание оценивается при помощи коэффициента самовыравнивания, который равен отношению производной от приращения внешнего воздействия к производной от управляемой величины:

, ()

где - приращение возмущения в относительных единицах; - приращение управляемой величины; номинальное значение возмущения и управляемой величины

Чем больше по значению коэффициент самовыравнивания, тем легче осуществить процесс автоматического регулирования. Сам процесс протекает быстрее и поэтому более качественно.

Большинству объектов управления в той или иной степени присуща инерционность, которая вызывает запаздывание во времени, изменение управляемой величины от управляющего воздействия. Запаздывание обычно бывает или переходным или транспортным. Переходное появляется из-за сопротивления из одной емкости в другую, или при переходе из одного состояния в другое.

Переходное запаздывание наблюдается в объектах, где имеются индуктивности, емкости, вращающиеся массы и т.п. характеристики. Оно определяется как промежуток времени от момента возмущения до начального изменения управляемой величины. Это запаздывание отрицательно влияет на процесс регулирования.

Транспортное запаздывание присуще тем объектам, у которых между управляющим органом и выходом объекта имеются передаточные органы (транспортеры, ЛЭП, трубопроводы и т.п.). Для прохождения таких каналов необходимо время, определяемое длиной канала и скоростью передачи вещества или энергии.

Разным объектам управления присущи различные запаздывания:

1) беземкостные объекты запаздывания не имеют;

2) одноемкостные объекты обладают только переходным запаздыванием;

3) двух и многоемкостные объекты обладают и транспортным и переходным запаздыванием.

Полное запаздывание в объектах определяется суммой имеющихся в объекте запаздываний. С точки зрения регулирования опасно влияние запаздывания в объекте, где отсутствует самовыравнивание. Многим объектам свойственно накапливать различный материал или энергию, что характеризует аккумулирующую способность объекта управления. Такая способность оказывает существенное воздействие на регулирующие свойства объекта.

Аккумулирующую способность оценивают по емкости объекта, под которым понимают количество запасенной энергии и вещества. Чем меньше емкость объекта, тем он чувствительнее к возмущающим воздействиям. Оценить аккумулирующую способность объекта можно при помощи коэффициента емкости, под которым понимают то количество энергии или вещества, которое необходимо подвести к объекту управления (или отвести от него), чтобы изменить управляемую величину на единицу измерения:

, ()

где емкость объекта; значение управляемой величины.

Самым простейшим в теплотехнических расчетах может являться коэффициент теплоемкости. Значение емкости С характеризует запас управляемой среды в объекте. Если в процессе управления емкость объекта не остается постоянной, коэффициент емкости определяют как отношение изменения емкости к изменению управляемой величины :

()

Изменение управляемой величины во времени графически выражается в виде кривой разгона объекта.

Рис.1.17. Внешний вид кривой разгона и основные параметры процесса управления: конечное значение управляемой величины; ордината точки перегиба (необходима для нахождения постоянной времени); постоянная времени – время разгона объекта без самовыравнивания. При наличии в объекте самовыравнивания и емкости постоянная времени равна промежутку времени, в течение которого изменение управляемой величины от установившегося параметра в раз; время разгона – время, которое прошло между подачей возмущения или воздействия и моментом, когда управляемый параметр достигнет нового установившегося значения. На практике он соответствует времени, когда управляемый параметр достигнет 99% от конечного установившегося результата.

Для нахождения характеристик объекта управления можно использовать следующие формулы:

, ()

где - коэффициент самовыравнивания; - чувствительность объекта

Время разгона можно найти:

()

Используются технологии uCoz