20 Классификация объектов управления. Алгоритмы их функционирования

Объект управления – динамическая система, у которой параметры характеризующие состояние выходной величины изменяются во времени под влиянием входных величин.

Объекты бывают:

1. одномерные (одна выходная величина, описываются одним уравнением статики и одним уравнением динамики). Пример: резервуар для жидкости.

2. Многомерные (много выходных величин, число уравнений соответствует числу выходных величин)

А) с независимыми выходными величинами (изменение входной величины приводит к изменению только своей выходной величины). Пример: аппарат, в котором испаряется жидкость и отводят пар одновременно.

Б) с взаимозависимыми выходными величинами (изменение входной величины приводит к одновременному изменению нескольких выходных величин). Пример: непрерывно действующий экзотермический реактор идеального смешенния. Прохождение сигналов по каждому из каналов выражено своим уравнением динамики или своей передаточной функцией.

1. С сосредоточенными параметрами (объекты, регулируемые величины которых имеют одно числовое значение в данный момент времени ). Испаритель, химреактор. Объекты с сосредоточенными параметрами – объекты, у которых величины имеют одно числовое значение в данный момент времени во всех точках пространства. Например, аппарат под давлением, - давление во всех точках одинаково. Динамика объектов с сосредоточенными параметрами описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, которые дополняются начальными условиями. Такие объекты проще автоматизировать.

2. С распределёнными параметрами (объект, регулируемые величины которого имеют разные числовые значения в различных точках объекта в данный момент времени). Аппараты типа труба в трубе, печи, теплообменники, реакторы и т.д. Один и тот же аппарат, в зависимости от параметра, может обладать свойствами объекта, как с сосредоточенными, так и распределенными параметрами. Динамика объектов с распределенными параметрами описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, дополненными начальными и граничными условиями. Т.к. решение уравнений в частных производных более сложно, чем решение обыкновенных дифференциальных уравнений, то при составлении математического описания объектов с распределенными параметрами их часто разбивают на ряд последовательно соединенных элементов с сосредоточенными параметрами, каждый из которых описывается обыкновенным дифференциальным уравнением. Точность такого описания тем выше, чем на большее число элементов был разбит исследуемый объект. Для управления такими объектами используют, как правило, многоконтурные АСР.

В зависимости от вида дифференциального уравнения динамики реального объекта химической технологии различают объекты первого, второго и высших порядков.

Объекты 1-го порядка (одноемкостные). К ним относятся сборники жидкости, бункеры для сыпучих материалов, газовые аккумуляторы, жидкостные смесители, теплообменники смешения и т. д. Во всех этих аппаратах количество вещества или тепла заключено в одном резервуаре. Такие объекты обладают способностью аккумулировать (накапливать) проходящие через них вещество или тепло в переходном режиме. Это выражается в том, что рассогласование потоков на входе и выходе при изменении, например, нагрузки вызывает изменение количества вещества или тепла в объекте, а следовательно, и выходной величины объекта. При этом скорость изменения выходной величины объекта зависит от аккумулирующей способности или инерционных свойств объекта.

Объекты 2-го порядка. В таких объектах вещество или тепло заключено в двух объемах, разделенных сопротивлением. Примерами этих объектов являются теплообменник, в котором тепло передается через стенку от одной жидкости к другой; два сообщающихся между собой сосуда с жидкостью и т. д.

Объекты высшего порядка. С повышением порядка дифференциального уравнения объект реагирует на возмущения все более замедленно. Их поведение в динамике идентично поведению цепочки последовательно соединенных апериодических звеньев первого порядка.

По способности восстанавливать равновесное состояние при конечном изменении входных величин объекты подразделяют на нейтральные, устойчивые и неустойчивые.

Алгоритм функционирования – совокупность предписаний определённых характерных изменений входной величины объектов управления. Одна из главных задач ТАУ – определение такого алгоритма управления который обеспечивает минимальное отклонение входной величины от требуемого значения.

Базовые алгоритмы:

1. алгоритм стабилизации (постоянство вектора выходной величины и равенство его заданному значению)

2. программный алгоритм (изменение вектора выходного состояния объекта управления по заданному направлению)

3. следящий алгоритм (требуемый закон изменения вектора выходных величин заранее неизвестен)

На практике вектор выходных величин всегда отклоняется от заданного значения. Это вызвано внешними воздействиями, т.е. возмущениями, изменением параметров самого объекта управления, инерционностью объекта управления, т.е. изменение управляемого воздействия не мгновенно. При изменении управляемого воздействия на объект возникает процесс, в течение которого выходная величина не соответствует требуемому значению. Характер переходного процесса определяется динамическими свойствами объекта управления и законам изменения управляемого процесса.