1.4.Властивості об'єктів регулювання.

План

1.Ємкість та самовирівнювання.

2.Статичні та динамічні характеристики.

3.Крива розгону.

На процес регулювання впливають як властивості регулюючої частини системи, так і самого об'єкта регулювання.

У промисловій енергетиці властивості об'єктів регулювання визначають частіше на підставі кривих розгону, знятих експериментальним шляхом, а не аналітичним методом - спільним рішенням диференціальних рівнянь матеріального й енергетичного балансу.

Основними властивостями об'єктів регулювання є: 1) ємність об'єкта; 2) самовирівнювання; 3) час розгону об'єкта; 4) запізнювання.

Об'єкти регулювання мають здатність запасати робітниче середовище, акумулювати її усередині обсягу. Запас накопиченої об'єктом енергії або речовини називається ємністю об'єкта. Фізично вона проявляється у вигляді теплоємності, геометричної ємності резервуара, інерційності мас, що рухаються, і т.п. Наприклад, ємність бака з водою залежить від його розмірів. Чим більше бак, тим повільніше буде змінюватися рівень при порушенні відповідності між припливом і витратою.

Під вирівнюванням процесу регулювання розуміють дії (людини або регулятора), спрямовані на досягнення рівності між подачею й споживанням, припливом і витратою. Самовирівнюванням процесу регулювання називається властивість регульованого об'єкта після порушення рівноваги між припливом і витратою повернутися до цього стану самостійно, без участі людини або регулятора. Самовирівнювання сприяє більше швидкій стабілізації регульованої величини й, отже, полегшує роботу регулятора.

Найбільше часто в процесі регулювання опалювальних установок доводиться стабілізувати або змінювати за певним законом такі параметри, як температура, тиск, витрата, рівень. Властивості об'єкта регулювання багато в чому визначаються його здатністю акумулювати як речовина, так і енергію, тобто його инерционностью. При відсутності зовнішнього збурювання об'єкт регулювання перебуває в стані рівноваги. При цьому регульований параметр не міняється в часі, і приплив речовини або енергії Q дорівнює їхньому стоку Q .. Якщо виникає різниця цих величин внаслідок внесеного збурювання, те регульована величина змінюється зі швидкістю, що залежить від здатності, що акумулює

об'єкта або, як говорять, його ємності.

На вхід об'єкта завжди наближений регулюючий вплив з виходу регулятора. При цьому кожному значенню вхідної величини параметра при сталому стані об'єкта відповідає певне значення вихідної величини. Залежність між цими величинами при зазначеному стані являє собою статичну характеристику об'єкта.

У більшості случев статичних характеристик об'єктів нелинейны. Однак в області малих відхилень регульованої величини на виході реальну характеристику можна замінити лінійної . Це дозволяє легко визначати величину, що характеризує якість регулятора — к оефіцієнт підсилення.

Допустимо, що по осі ординат на мал. відкладена величина переміщення клапана регулятора, а по осі абсцис — температура. Якщо номінальне значення регульованої температури дорівнює 75 С, то в умовах відхилення температури від цього значення на+10 С можна розглядати лише частину характеристики в межах від 65 до 85 С. На цій невеликій ділянці дійсну криву замінимо прямій лінією. Тоді тангенс кута нахилу прямій дасть величину коефіцієнта підсилення:

При виборі регуляторів однієї з основних завдань є облік параметрів регулятора, що впливають на коэффициент.посилення. До таких параметрів ставляться твердість виконавчих пристроїв (пружин, мембран, сильфонів), теплові властивості речовин (коефіцієнти лінійного й об'ємного розширення, залежність пружності пар від температури й т.п.), діаметр клапанів і ряд інших.

Динамічні властивості об'єкта регулювання(час запізнювання, постійна часу, коефіцієнт передачі й ін.) характеризують поводження об'єкта при порушенні сталого стану. Вони визначаються його динамічною характеристикою, що показує, як змінюється регульована величина в перехідний період, тобто після внесення впливу, що обурює. Звичайно як подібний вплив приймається миттєве стрибкоподібне збурювання певної величини або періодичне (зокрема, гармонійне) вплив з певною амплітудою коливань на вході об'єкта. Реакція об'єкта на ці види збурювань визначається експериментально й залежить від инерционности об'єкта.

Так, інерційні (статичні) об'єкти мають здатність поступово відновлювати відхилення вхідної величини від первісного значення в результаті стрибкоподібного збурювання . Такі об'єкти регулювання мають властивість самовирівнювання.

Об'єкти, у яких зміна вихідної величини при збурюванні відбувається необмежено й установлюється лише постійна швидкість її зміни , не мають властивість самовирівнювання й називаються астатическими.

Розгінною або перехідною характеристикою називають залежність зміни вихідної регульованої величини від часу yвых(t). Для одержання розгінної характеристики ОР східчастий вплив може бути прикладене до об'єкта регулювання або до регулятора.

Р озгінні характеристики знімають при випробуваннях або налагодженні у випадках, коли можна нанести значні по величині й тривалості в часі впливу, достатні для того, щоб закінчився перехідний процес, тобто стабілізувався регульований параметр, стосовно якого одержують розгінну характеристику, або стабілізувалася швидкість його зміни.

Методика одержання розгінних характеристик зводиться до виконання наступних основних умов:

- до нанесення впливу стабілізується режим роботи ОР по регульованому параметрі, щодо якого знімається розгінна характеристика;

- розмикається головний зворотний зв'язок між ОР і регулятором, що регулює параметр, по якому знімається розгінна характеристика;

- величина впливу встановлюється виходячи з виробничих можливостей тривалого порушення режиму роботи ОР.

Мірою ємності об'єкта із самовирівнюванням є постійна часу розгону То. Дотична, проведена до кривої розгону, відтинає на осі часу, щодо нового сталого значення параметра, величину Те. Коефіцієнт самовирівнювання р служить для кількісної оцінки явища. Він показує, у який степениотклонение параметра впливає на небаланс: , деУ — кількісний показник збурювання; X — кількісний показник регульованої величини.

Для об'єктів із самовирівнюванням частіше користуються величиною, зворотної коефіцієнту самовирівнювання, що називається коефіцієнтом підсилення об'єкта :

У системах автоматичного регулювання, після одержання впливу, що обурює (порушені стрибкоподібно приплив або витрата), регульований параметр змінюється не миттєво, а через якийсь час. Цей час називається запізнюванням процесу в об'єкті. Розрізняють ємнісне й транспортне . (передатне) запізнювання.

Ємнісне залежить від ємності об'єкта регулювання. Паровий казан за рівнем води в барабані, наприклад, має ємнісне запізнювання.

Час між переміщенням регульованого органа в результаті отриманого сигналу й початком зміни регульованого параметра називається транспортним запізнюванням. Наприклад, щоб збільшити тиск пари в барабані казана, перемістимо регулювальний орган подачі палива в топлення казана. Час запізнювання буде складатися із часу спалювання палива, передачі тепла екранним трубам, паротворення в них, підйому пари в парову частину барабана казана.

Час запізнювання визначається по величині відрізка від моменту нанесення стрибкоподібного збурювання до крапки перетинання дотичній з віссю часу . Чим більше час повного запізнювання - тим сутужніше регулювати такий процес. З найбільше часто регульованих параметрів найбільшим запізнюванням володіють об'єкти, у яких регулюється температура, а найменшим - об'єкти, у яких підтримується витрата рідини.

Для визначення динамічних характеристик об'єкта регулювання - коефіцієнта підсилення (передачі) об'єкта До, постійної часу запізнювання т на практиці частіше користуються експериментальними методами, оскільки залежність між вхідною й вихідною величиною (криву розгону) легше одержати саме таким способом.