4.Астатические и статические объекты регулирования. Саморегулирование. Влияние внутренней обратной связи

Свойство объекта, выведенного из положения равновесия, возвращаться к прежнему или переходить к новому равновесному состоянию без воздействия извне называют саморегулированием или самовыравниванием. Рассмотрим это свойство, характеризующее статическую устойчивость, на примере гидравлических объектов.

Астатический объект (без саморегулирования) показан на рис. 2.1,а. Его равновесное состояние при уровне жидкости Н₀=const соблюдается только когда G₁ = G₂, что в идеальном случае обеспечивается при равной частоте вращения одинаковых насосов: п₁ = п₂ = п₀.

П ри нарушении равновесия, т. е. при п₁ < п₂ и G₁< G₂, бак начинает опорожняться; при п₁ > п₂ и G₁ > G₂ - переполняется. Начав изменяться, регулируемая переменная не возвращается к значению Н₀. Объект саморегулированием не обладает и нуждается в управлении. Статические объекты (с саморегулированием) показаны на рис. 2.1, б. На отводе вместо насоса только магистраль, через которую проходит такой же объем жидкости G₂, но самоизливом. Условие Н₀=const соблюдается при n₀=const и G₁ = G₂. Предположим, что п₁ > п₂, тогда увеличится приток в бак, уровень жидкости начнет подниматься, но вместе с тем повысится гидростатическое давление, что в свою очередь приведет к возрастанию расхода через отводящую магистраль. Скорость повышения уровня жидкости постепенно начнет уменьшаться, и наступит новое положение равновесия, но при значении Н_мах > Н₀. В случае п₁<п₀ получим также новое положение равновесия при уровне Н_мin < Н₀. Такой объект обладает саморегулированием со стороны отвода, а подобный эффект может быть получен при ликвидации насоса на подводе или обоих насосов. Саморегулирование позволяет в ряде случаев отказаться от регуляторов за счет использования физических свойств объекта.

Неустойчивые объекты имеют отрицательное саморегулирование. Примером может служить шаровая барабанная мельница (рис. 2.1, в). При загрузке сырьем ниже предельного уровня Н_пр она является статическим объектом, при предельной загрузке превращается в астатический, а при перегрузке - в неустойчивый объект. Если в последнем случае еще увеличить подачу сырья В, то это приведет к уменьшению выхода размола G, разбаланс между ними будет непрерывно р асти и вызывать увеличение загрузки с возрастающей скоростью. В конечном итоге выдача размола прекратится, мельница окажется переполненной и остановится.

Рис. 2.2. Характеристики изменения регулируемой переменной во времени для объектов

Другими примерами неустойчивых объектов являются также компрессоры и воздуходувки, работающие в помпажном режиме.

Имеется типичная взаимосвязь между количественным и качественным параметрами рассмотренных объектов, которая лежит в основе эффекта саморегулирования. Астатический объект обладает строго детектированной (однонаправленной) последовательностью воздействий, т. е. количественный параметр воздействует на качественный. Статический объект в определенных условиях наряду с рассмотренной взаимосвязью параметров имеет и обратное влияние качественного параметра на количественный (уровень на расход). Стабилизация режима идет за счет внутренней естественной отрицательной обратной связи - главной причины саморегулирования. Неустойчивые объекты тоже имеют обратную связь, но положительную, которая приводит к увеличению возмущения, к дестабилизации режима. На рис. 2.2 показан характер изменения регулируемой переменной во времени для этих объектов.