Основы автоматического регулирования
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
2.6 Определение параметров переходных характеристик

  Для определения динамических свойств обьекта на практике чаще всего используют методику снятия переходной характеристики. При определении динамических характеристик обьекта по его переходной характеристике (кривой разгона) на вход подается или ступенчатый пробный сигнал или прямоугольный импульс – см.раздел 2.3. Во втором случае переходная характеристика (кривая отклика) должна быть достроена до соответствующей кривой разгона. Процесс получения передаточной функции обьекта, исходя из данных о переходном процессе, называется идентификацией обьекта. 2.6.1 При снятии переходной характеристики необходимо выполнить ряд условий, представленных в таблице 2.1:

Таблица 2.1 - Условия снятия переходной характеристики

№пп

Условия

1

Если проектируется система стабилизации технологического параметра, то переходная характеристика должна сниматься в окрестности рабочей точки процесса.

2

Переходные характеристики необходимо снимать как при положительных, так и отрицательных скачках управляющего сигнала. По виду кривых можно судить о степени асимметрии обьекта. При небольшой асимметрии расчет настроек регулятора рекомендуется вести по усредненным значениям параметров передаточных функций. Линейная асимметрия наиболее часто проявляется в тепловых обьектах управления

3

При наличии зашумленного выхода желательно снимать несколько переходных характеристик (кривых разгона) с их последующим наложением друг на друга и получением усредненной кривой.

4

При снятии переходной характеристики необходимо выбирать наиболее стабильные режимы процесса, например, ночные смены, когда действие внешних случайных возмущений маловероятно

5

При снятии переходной характеристики амплитуда пробного входного сигнала должна быть, с одной стороны, достаточно большой, чтобы четко выделялась переходная характеристика на фоне шумов, а, с другой стороны, она должна быть достаточно малой, чтобы не нарушать нормального хода технологического процесса.

Примечание к таблице 2.1:     Начальные условия снятия переходной характеристики:

В начальный момент необходимо, чтобы система управления находилась в покое, т.е. регулируемая величина X (например, температура в печи) и управляющее воздействие регулятора Y (выход регулятора на исполнительный механизм) не изменялись, а внешние возмущения отсутствовали.Например, температура в печи оставалась постоянной и исполнительный механизм не изменяет своего положения. Затем на вход исполнительного механизма подается ступенчатое воздействие, например, включается нагреватель. В результате состояние обьекта начинает изменяться.

2.6.2 Определение динамических характеристик обьекта управления
с самовыравниванием по его переходной характеристике

    Самовыравниванием процесса регулирования называется свойство регулируемого объекта после нарушения равновесия между притоком и расходом вернуться к этому состоянию самостоятельно, без участия человека или регулятора. Самовыравнивание способствует более быстрой стабилизации регулируемой величины и, следовательно, облегчает работу регулятора.

     Процесс изменения параметра Х(t) и его переходная характеристика h(t) изображена на рис. 2.5.

    Сняв кривую разгона, и оценив характеробьекта управления (с самовыравниванием или без) можно определить параметры соответствующей передаточной функции.

    Передаточную функцию вида (выражение 2.9) рекомендуется применять для обьектов управления с явно выраженной преобладающей постоянной времени. Перед началом обработки переходную характеристику (кривую разгона) рекомендуется пронормировать (диапазон изменения нормированной кривой от 0 до 1) и выделить из ее начального участка величину чистого временного запаздывания.

   ПРИМЕР. При подаче на вход некоторого обьекта ступенчатого воздействия была получена переходная характеристика (см. пример на рис. 2.5). Требуется определить параметры переходной характеристики.
   Определение динамических характеристик обьектов по кривой разгона производится методом касательной к точке перегиба переходной характеристики (кривой разгона).
   В данном случае точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режиму   замедления темпа нарастания выходного сигнала.

Рисунок 2.5 - Переходная характеристика (кривая разгона) обьекта с самовыравниванием

По виду переходной характеристики можно определить динамические свойства объекта:

К, Хуст, τd, Т, R.

    1) Динамическим коэффициентом усиления называется величина, показывающая, во сколько раз данное звено усиливает входной сигнал (в установившемся режиме), и равна отношению величины технологического параметра Хуст в установившемся режиме к выходной величине У:

        K=  Хуст / У                  (2.12)

     Коэффициент усиления объекта К для объектов с самовыравниванием является величиной,  обратной коэффициенту самовыравнивания (К = 1/с).

     2) Установившееся значение выходной величины Хуст - это значение Х при t → ∞. Например, максимальное значение температуры в печи, которое может быть достигнуто при установленной мощности нагревателя.

     3) В системах автоматического регулирования, после получения возмущающего воздействия регулируемый параметр изменяется не мгновенно, а через некоторое время. Это время называется запаздыванием τd  процесса в объекте. Различают емкостное и транспортное (передаточное) запаздывание.
     Емкостное запаздывание зависит от емкости объекта регулирования. Паровой котел - по уровню воды в барабане, например, обладает емкостным запаздыванием.
     Транспортным (динамическим) запаздыванием τd называется промежуток времени от момента изменения входной величины У до начала изменения выходной величины Х. Например, это может быть время после включения нагревателя, за которое температура в печи достигнет значения ≈0,1Хуст.
       Чем больше, время полного запаздывания τd - тем труднее регулировать такой процесс. Из наиболее часто регулируемых параметров наибольшим - запаздыванием обладают объекты, в которых регулируется температура, а наименьшим - объекты, в которых поддерживается расход жидкости.

     4) Постоянная времени обьекта Т может быть определена в соответствии с рис.2.5. Постоянная времени обьекта достаточно точно может быть определена как время, за которое температура достигнет значения 0,63*Хуст минус τd1 , т.е.:

Т = τ0,63 - τd1                    (2.13)

     5) Максимальная скорость изменения параметра R - наклон переходной характеристики, может быть определено по формуле:

R = Xуст / Т                    (2.14)

   Back      House     Forward