3. Определение динамических характеристик химико-технологических процессов при активном эксперименте

Основным методом является метод переходных функций. Переходной функцией называется зависимость выходной координаты при изменении входной координаты от значения до .

где — значение входной координаты в стационарном режиме.

Функция задается в виде графика или таблицы. Если статическая характеристика объекта линейна, то также являются линейными и их величина не влияет на динамику объекта, то есть

Если входная координата -функция:

то выходная координата 𝛿 имеет вид импульсной функции

Активный эксперимент для получения динамической характеристики химико-технологического процесса (ХТП) заключается в снятии функции и аппроксимацией её решением однородного дифференциального уравнения с постоянными коэффициентами и нулевыми начальными условиями.

Процесс определения динамических характеристик включает:

1. Изучение промышленного объекта моделирования. Для этого изучается технология процесса, КИПиА, исследуется сам процесс ХТП как объект управления и в результате составляется следующая схема:

Рис. 6 Схема исследуемого объекта

Далее определяются диапазоны изменения приведенных на схеме параметров. Затем изучают статические характеристики объекта и . Далее изучаются характеристики по каналам управления при , при .

Если сведения о статичных характеристиках отсутствуют, при нормальной эксплуатации происходят частые смены режима работы, выходные параметры изменяются в широком пределе, следовательно, статические характеристики необходимо получить экспериментально.

Если выходные координаты изменяются в пределах 10÷15% м от , то можно примять условие линейности его статических характеристик.

После анализа статичных характеристик мы получаем при которых можно снимать переходные функции в пределах рабочих диапазонов согласно регламенту входных и выходных параметров.

Выявляются возможные помехи и принимаются мероприятия к их стабилизации. При невозможности их стабилизации определяется среднее время их появления.

2. Подготовка аппаратуры для проведения эксперимента. Если эксперимент проводится при наличии шумов, помех, то для регистрации необходимо применять приборы с классом точности 1÷2. Если эксперимент проводится при отсутствии помех, то применяются приборы с классом точности 0,2÷0,5. От точности выбора средств измерения зависит точность и точность аппроксимации.

3. Планирование эксперимента. Вначале определяется время одного опыта по снятию переходной функции. Если помехи отсутствуют, то на каждом режиме необходимо снять до четырех переходных функций. Если помехи присутствуют, то для получения достоверных данных необходимо снять 8-10 переходных функций.

Важным является выбор вида и амплитуды испытательного воздействия. Следует учесть следующие факторы:

1. назначение динамических характеристик;

2. наличие шумов;

3. возможность создания испытательных шумов.

Некоторые испытательные воздействия и их характеристики приведены в следующей таблице:

Таблица 2.2

наименование воздействия	ступенчатая функция	прямоугольный импульс
графическое изображение
математическая формулировка
преобразование Фурье
частотная характеристика
область применения	низкая частота

Как видно из Таблицы 2.2 частотные спектры различны, по этому АФХ имеют различную точность.

Рекомендации:

Если динамические свойства объекта не известны, то эксперимент целесообразно проводить со ступенчатой функцией;

Если известна область частот, то используется прямоугольный импульс.

Выбор величины амплитуды ( ) производится с учетом:

1. нелинейности объекта;

2. требований технологического режима к допустимой скорости и величине входных координат объекта и уровня случайных помех и возмущений. Если характеристика объекта линейная, то желательно выбрать таким образом, чтобы при увеличении от до изменение выходных координат подчинялось линейной зависимости. При известном коэффициенте усиления , то . Минимальное значение опредляется классом точности прибора и уровнем шума. Величину можно определить в виде: