Динамические характеристики объектов регулирования (стр. 1 из 4)
Выбор элементного состава системы регулирования, законов регулирования, обеспечение требуемого качества процесса регулирования во многом определяется динамическими свойствами элементов АСР, и прежде всего объекта регулирования. Для определения динамических свойств ОР используют его динамические характеристики, к числу которых относят: разгонные характеристики, импульсные характеристики, частотные характеристики.
Динамические характеристика, как правило, определяются экспериментально. При невозможности получения экспериментальной характеристики пользуются методом математического моделирования АСР, описывая ее поведение дифференциальными уравнениями.
Разгонные характеристики объектов регулирования
Разгонной или переходной характеристикой называют зависимость изменения выходной регулируемой величины от времени yвых(t). Для получения разгонной характеристики ОР ступенчатое воздействие может быть приложено к объекту регулирования или к регулятору.
Разгонные характеристики снимают при испытаниях или наладке в случаях, когда можно нанести значительные по величине и продолжительности во времени воздействия, достаточные для того, чтобы закончился переходный процесс, т.е. стабилизировался регулируемый параметр, по отношению к которому получают разгонную характеристику, либо стабилизировалась скорость его изменения.
Методика получения разгонных характеристик сводится к выполнению следующих основных условий:
- до нанесения воздействия стабилизируется режим работы ОР по регулируемому параметру, относительно которого снимается разгонная характеристика;
- размыкается главная обратная связь между ОР и регулятором, регулирующим параметр, по которому снимается разгонная характеристика;
- величина воздействия устанавливается исходя из производственных возможностей длительного нарушения режима работы ОР.
Необходимо, чтобы воздействие значительно превосходило по величине случайные возмущения, которые могут иметь место во время опыта (обычно воздействие составляет не менее 10% от максимально возможного). Воздействия наносят с возможно большой скоростью, приближаясь к ступенчатому. Во время опыта необходимо обеспечить, чтобы другие виды возмущений отсутствовали или, во всяком случае, были малы по сравнению с наносимым. В виду того, что сложные регулируемые объекты имеют различные динамические свойства при различных видах воздействий, разгонные характеристики снимают при управляющем
и возмущающем 
воздействии., либо воздействии приложенном к исполнительному механизму регулировочного органа 
. Опыт следует повторить, по крайне мере, два раза при воздействиях одного знака (направления) и затем направление (знак) изменить. Разгонная характеристика будет считаться полученной при удовлетворительном совпадении результатов. Для нелинейных ОР опыт проводят при нескольких, обычно трех, различных нагрузках ОР.Разгонная характеристика одноемкостного объекта регулирования с самовыравниванием. Способность объекта регулирования приходить после воздействия на него в новое установившееся состояние называется свойством самовыравнивания ОР.
У ОР с самовыравниванием каждому положению регулировочного органа или значению нагрузки (возмущающему воздействию) соответствует свое установившееся значение регулируемого параметра, согласно величине воздействия.
Разгонные характеристики приведены на рис. 1.
Рис. 1 - Разгонные характеристики: а) при
-возмущающем воздействии, б) при -управляющем воздействии.Особенность одноемкостных ОР в том, что скорость изменения yвых максимальна с момента нанесения воздействия. Параметры разгонных характеристик, по которым оценивают динамические свойства ОР (Рис. 2):
Та- время разгона для ОР-время, в течении которого регулируемый параметр изменится от своего начального значения в момент времени t0 до заданного значения, отвечающему величине воздействия, с постоянной максимальной скоростью, соответствующей наибольшему небалансу.
Для определения Та проводят касательную к кривой разгона из точки t=0. Касательная отсекает отрезок на оси времени, при пересечении касательной и заданного значения регулируемой величины, определяемого величиной воздействия. Практика получения и обработки разгонных характеристик показывает, что для одноемкостных ОР с самовыравниванием время разгона Та соответствует времени, прошедшему от момента возникновения возмущения до момента достижения регулируемой величины значения, равного 0,633 потенциального значения
. 
Рис. 2 - Обработка разгонной характеристики
Величина, обратная времени разгона называется скоростью разгона ОР
Для ОР с самовыравниванием введено понятие степень или коэффициент самовыравнивания (саморегулирования)
, связывающий скорость нанесения воздействия на ОР со скоростью изменения регулируемого параметра, 
,в конечных приращениях
.Знак (–) указывает, что самовыравнивание имеет место тогда, когда отклонение параметра вызывает уменьшение причины отклонения. Величина обратная коэффициенту самовыравнивания называется коэффициентом передачи или усиления для ОР,
. Коэффициент усиления 
определяется для установившегося состояния ОР, когда yвых конечное должно отличаться от yвых заданного не более, чем на 5%.Отношение времени разгона Та к коэффициенту самовыравнивания дает для ОР динамическую постоянную времени ОР «Т».
; 
.Т- учитывает динамические и статические свойства ОР в отличие от Та.
Время достижения конечного значения регулируемой величины называется временем переходного процесса Тпп, для практических расчетов
. Примеры одноемкостных ОР: ротор турбоагрегата, работающего на выделенную нагрузку, емкость с водой, газом при нормативных параметрах окружающей среды. Барабан котельного агрегата, если его рассматривать как ОР по давлению пара.Разгонные характеристики одноемкостного объекта регулирования без самовыравнивания (Рис. 3).
а) при возмущающем воздействии
б) при управляющем воздействии
Рис. 3 - Разгонные характеристики одноемкостного ОР без самовыравнивания
ОР без самовыравнивания относят к числу астатических ОР. Основные параметры, характеризующие динамические свойства ОР без самовыравнивания. Время разгона
определяется величиной отрезка на оси времени 
при условии достижения регулируемой величины значения входного воздействия 
или 
. Скорость разгона 
, ее величина зависит от угла наклона разгонной характеристики к оси времени - 
. 
, при 
или 
, при 
. Время разгона равно Та = динамической постоянной ОР Т, при этом коэффициент передачи или усиления ОР будет К=1.Неустойчивые объекты или объекты с отрицательным самовыравниванием. К числу неустойчивых относят ОР, у которых, даже при самом незначительном возмущении, отклонение параметра продолжается безгранично и со все возрастающей скоростью. Примером регулируемого объекта, имеющего в некоторых режимах отрицательное самовыравнивание, может служить шаровая барабанная мельница (ШБМ) как ОР загрузки барабана мельницы топливом. Разгонная характеристика ШБМ изображена на рис. 4 при ступенчатом изменении положения регулировочного органа подачи топлива m. При загрузках ниже нормальной мельница имеет положительное самовыравнивание, т.е. является устойчивым объектом. При номинальной нагрузке самовыравнивание мельницы равно нулю и она представляет собой в этом режиме астатический объект. Наконец, перегруженная мельница становится неустойчивым объектом вследствии того, что производительность мельницы (выдача пыли В2) падает с ростом загрузки ее топливом (G). Если в режиме, когда ШБМ находится на границе устойчивости, нарушить равновесное состояние мельницы за счет увеличения подачи топлива В1, то наступающий при этом рост загрузки обуславливает в свою очередь уменьшение выдачи пыли В2.