Реферат: Динамические характеристики объектов регулирования

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 .

Рис. 4 - Разгонная характеристика ШБМ

Небаланс между подачей топлива В₁ и выдачей пыли В₂ непрерывно растет и вызывает дальнейшее увеличение загрузки G со все возрастающей скоростью. Если вовремя не уменьшить подачу, то мельница быстро окажется заваленной топливом.

Чтобы выяснить, является ли объект устойчивым или не устойчивым, достаточно знать, как влияет в АСР отклонение параметра на приток и расход вещества или энергии в объекте. Если рост параметра вызывает уменьшение небаланса, то объект имеет положительное самовыравнивание. Для астатического или так называемого нейтрального объекта изменение параметра не оказывает никакого влияния на приток вещества или энергии. Наконец, если с ростом параметра небаланс увеличивается, то объект неустойчив.

Разгонные характеристики многоемкостных объектов регулирования. При автоматизации тепловых процессов на электростанциях приходится встречаться, как правило, с более сложными объектами, содержащими две, три и более емкостей. Такие многоемкостные объекты представляют цепь последовательно соединенных одноемкостных звеньев. Пример двухемкостного объекта - теплообменник со змеевиковым подогревателем, как объект регулирования температуры. Этот объект состоит из двух последовательно соединенных звеньев. Первым звеном являются обогревающие змеевики, а вторым собственно теплообменник. При регулировании температуры динамические свойства первого звена определяются тепловой емкостью змеевиков, а свойства второго звена - тепловой емкостью обогреваемого вещества. Многоемкостные объекты, также как одноемкостные, могут иметь свойства самовыравнивания или быть астатическими. Если в цепи последовательно соединенных звеньев хотя бы одно звено не имеет самовыравнивания, то и весь объект в целом является астатическим.

Рис. 5 - Разгонные характеристики многоемкостных ОР: а) астатический объект б) статический объект (с самовыравниванием)

Характерной особенностью динамических свойств многоемкостных объектов является то, что после нанесения воздействия не происходит заметного изменения регулируемого параметра (Рис. 5). Если у одноемкостных объектов начальная скорость изменения параметра является наибольшей, то у многоемкостных - скорость отклонения регулируемой величины после воздействия начинает постепенно возрастать от нуля и достигает своей наибольшей величины лишь спустя некоторое время. Поэтому у многоемкостных объектов по сравнению с одноемкостными отклонение параметров на выходе ОР при прочих одинаковых условиях отстает во времени. Это отставание, вызванное наличием нескольких емкостей, называется переходным или емкостным запаздыванием. Его величина определяется отрезком, который отсекает на оси времени касательная, проведенная к разгонной кривой в точке, (А) где скорость изменения параметра достигает наибольшего значения. У объектов с самовыравниванием эта точка является точкой перегиба, статической характеристики, у астатических объектов касательной служит продолжение прямолинейной части характеристики.

Переходное запаздывание тем больше, чем больше число последовательно соединенных емкостей в объекте и чем больше величины отдельных емкостей. У некоторых сложных объектов изменение параметра может отставать во времени и не только по причине переходного запаздывания. В этом случае внешнее воздействие сказывается на состоянии объекта не сразу, а спустя некоторое время, необходимое для передачи воздействия к объекту.

Рис. 6 - Разгонная характеристика ОР с транспортным запаздыванием

Так, например, после повышения числа оборотов питателей пыли пройдет известное время, пока увеличенное количество топлива пройдет по пылепроводам до топочной камеры и это скажется на режиме работы котла. В течении этого времени параметр не изменяется вообще. Отрезок времени между началом перемещения регулировочного органа и моментом, когда его действие начнет сказываться на регулируемом объекте, называется передаточным (транспортным или чистым) запаздыванием. Чистое запаздывание и переходное запаздывание составляет в сумме полное запаздывание объекта:

Наибольшим переходным (емкостным) запаздыванием, при прочих равных условиях, обладают тепловые объекты регулирования, наименьшим – объекты, в которых регулируется расход жидкости или газа.

Методы графического определения времени разгона Та для многоемкостных ОР приведены на рис. 5 и 6.

Импульсные характеристики объектов регулирования

Длительное и значительное по величине воздействие, которое приходится наносить для получения разгонных характеристик объекта регулирования, вызывает длительные изменение режима его работы и потому не всегда допустимо на действующих установках. Сокращение величины воздействий при снятии разгонных характеристик целесообразно лишь до определенных пределов, ибо в противном случае наносимое воздействие окажется соизмеримым со случайными возмущениями, имеющими место во время проведения опыта. Если по производственным условиям длительное нарушение режима невозможно, то сокращают обычно не величину воздействия, а его длительность. В этом случае динамические свойства объекта могут быть определены не по разгонной, а по импульсной характеристике.

Импульсная характеристика представляет собой кривую изменения регулируемого параметра в результате временного импульсного воздействия, то есть такого импульса, когда нанесенное ступенчатое воздействие спустя некоторый промежуток времени так же ступенчато полностью снимается.

Импульсное воздействие можно рассматривать как действие двух равных и противоположных по направлению ступенчатых воздействий, из которых второе нанесено позднее первого на .

Импульсные характеристики для одноемкостных объектов регулирования . Для одноемкостного ОР без самовыравнивания, импульсная кривая имеет следующий вид (Рис. 7,а)