Объект регулирования
Объект регулирования – это основной элемент автоматической системы регулирования, свойства которого оказывают влияние на выбор типа регулятора и качество регулирования.
Каждый объект регулирования характеризуется количеством вещества или энергии, которые проходят через него. Режим работы объекта регулирования определяется внутренними процессами, на характер которых влияют внешние воздействия. В системах автоматического регулирования часть внешних воздействий предоставляет системе информацию о задачах регулирования. Такие воздействия называют полезными. Полезные воздействия задаются оператором или вырабатываются регулятором. Воздействия, которые не связаны с задачами регулирования, называются возмущениями. Из-за существования таких воздействий возникает необходимость в регулировании. Природа возмущений всегда носит случайный характер. Например, к возмущениям можно отнести понижение температуры печей, которое обусловлено случайным открытием дверцы, или увеличение запыленности воздуха из-за открытия ворот. Объекты регулирования классифицируются по следующим признакам:
- Количество регулируемых величин. Согласно данному признаку объекты регулирования делятся на одномерные и многомерные.
- Изменение характеристик во времени. Согласно данном признаку объекты регулирования делятся на стационарные - характеристики не изменяются во времени или изменяются незначительно, и нестационарные - характеристики изменяются во времени.
Основные свойства объектов регулирования
Основными параметрами, которые определяют свойства объектов регулирования, являются:
- Нагрузка.
- Самовыравнивание.
- Емкость.
- Инерционность и запаздывание.
Каждый объект регулирования характеризуется нагрузкой, то есть количеством вещества или энергии, расходуемым в этом объекте для проведения технологического процесса. Нагрузка характеризует пропускную способность объекта (или производительность) при установившемся режиме работы. Существенные колебания нагрузки могут стать причиной изменения регулируемой величины. Для процесса регулирования значение имеет диапазон и характер изменения нагрузки во времени.
Емкость регулируемого объекта – это запас накопленного вещества или энергии.
Например, при регулировании температуры плавильной печи ее емкость относительно температуры характеризует количество тепла, которое накоплено в жидком металле, кладке и т. п. Емкость объекта регулирования зависит от его размеров. Например, в случае регулирования уровня жидкости в баке емкость зависит от вместимости бака. Чем больше вместимость бака, тем медленнее изменяется уровень при нарушении соответствия между приходом и расходом жидкости. Правильно оценить влияние емкости на изменение регулируемой величины позволяет коэффициент емкости, который представляет собой количество вещества или энергии, которое необходимо подвести в объект или отвести от него, чтобы изменить регулируемую величину на единицу времени. Чем больше коэффициент емкости, тем медленнее изменяется регулируемая величина.
Многие объекты регулирования обладают таким свойством, как самовыравнивание - самостоятельно входить в новый статический режим работы при внешних возмущениях. Объекты, которые обладают самовыравниванием называются статическими. В некоторых объектах регулирования нарушение между подачей и потреблением энергии приводят непрерывному изменению регулируемой величины. Астатическими являются те объекты регулирования, которые не обладают самовыравниванием. Примером такого объекта является закалочный бак, в который жидкость поступает по трубам, а отводится при помощи насоса. При увеличении подачи жидкости в бак объем отводимой жидкости останется прежним. В результате этого будет увеличиваться уровень этого и со временем бак переполнится. В данном случае только автоматическое управление производительностью насоса может предотвратить переполнение бака.
Большинству объектов регулирования присущи инерционности и запаздывание. Инерционность характеризует способность объекта регулирования к замедлению накапливать или расходовать энергию или вещество из-за наличия сопротивлений. В таком объекте в результате регулирующего воздействия регулируемая величина не изменяется мгновенно. Отставание регулируемой величины называется запаздыванием. Продолжительность полного запаздывания состоит из:
- транспортного запаздывания - времени, в течении которого регулируемая величина не изменяется, несмотря на регулирующее воздействие.
- емкостного или инерционного запаздывания - запаздывания, которое зависит от гидравлических, термических и прочих сопротивлений между емкостями объекта регулирования.
