4 Управляемая система (controlled system)

Управляемая система – часть управляемого процесса или машины, в которой PV должна поддерживаться на значении предустановденной величины (SP) и в которой выходное управляющее воздействие компенсирует все возмущения. Входные переменные системы управления включают не только выходное управляющее воздействие, но и возмущающие воздействия. Прежде чем  PLC может быть определён для управляемой системы, должно быть известно поведение управляемой системы.

Инженера не интересует технический процесс внутри системы, но только поведение самой системы.

Для этого надо знать динамический ответ системы (time response). Это временная характеристика выходной переменной (управляемая величина Х)  при изменении входной переменной У. Особенно важно поведение, когда воздействующая величина меняется.

Инженер должен понимать, что каждая система имеет (time response).

Пример 1. Изменение в установке вентиля расход пара не мгновенно будет изменять выходную величину температуры.  Теплоёмкость воды будет заставлять температуру медленно перемещаться в новое положение (Рис. 5).

Рис. 5 Ответ управляемой системы «водяная баня»

 Пример 2. При управлении расходом динамический ответ быстрый. Изменение в положении вентиля вызовет немедленное изменение  расхода, так что изменение в объёмном расходе почти немедленно повторяет изменение во входном положении вентиля.

 Рис. 6  Ответ управляемой системы «вентиль» на изменение состояния  в контуре управлении расходом

Ответ системы на изменение состояния определяется временной константой. Управляемые системы (технические системы могут показывать существенно разные временные константы):

• температура: очень медленный

• поток (расход): медленный

• скорость вращения (rotary): относительно быстрый

• освещённость: очень быстрый

 Из примеров видно, что ответы разные.

Эта методика используется для определения выходного ответа системы (step response).

Ответ системы на внезапное изменение входной переменной называется (step response).

Каждую систему можно характеризовать её (step response). Вид (step response) позволяет описывать поведение системы математическими уравнениями. Это поведение ещё известно как динамический ответ системы (Dynamic response).

Рис. 7 Пример динамического ответа системы

На рис. 7 входная переменная (У – это управляющая переменная) вдруг резко меняется (скачком). Система показывает выход (Х)- установившийся процесс с перерегулированием.

Другая характеристика системы – это её поведение в равновесии – статическая характеристика. Статическая характеристика достигается, когда ни одна из переменных не меняется со временем. Равновесие достигается, когда система установлена. Это состояние может поддерживаться неограниченное время. Выходная величина предсказуемо изменяется в зависимости от входной.

Пример. Характеристика системы «вентиль» из примера 2 показывает отношение между объёмным расходом и положением вентиля.

Рис. 8 Характеристика системы «вентиль» - нелинейная

Характеристика показывает, линейна или нелинейна система. Многие управляемые системы нелинейны. Однако они могут быть аппроксимированы как линейные в диапазоне, где они работают.