1.1.1 Основні властивості регульованого

ОБ'ЄКТУ

Регульований об'єкт є невід'ємною частиною САР і його властивості (акумулююча здатність, самовирівнювання, час розгону) роблять вплив на роботу всієї САР.

Акумулюючою здатністю регульованого об'єкту називається здатність об'єкту накопичувати в собі робоче середовище.

Баланс робочого середовища об'єкту може бути виражений рівнянням

,

де — притік робочого середовища за одиницю часу; — витрата робочого середовища за одиницю часу; — кількість робочого середовища, що йде на зміну запасу її в регульованому об'єкті.

Для отримання загальних висновків необхідно перейти до безрозмірних величин, тобто віднести всі величини до їх базисного значення. Звичайно за базисне значення якої-небудь величини приймають її максимальне або номінальне значення.

У нашому випадку приймемо за базисне значення номінальне значення витрати робочого середовища , тобто _, і введемо позначення відносних величин:

.

Тоді величина називатиметься відносною притокою робочого середовища, — відносною витратою робочого середовища, а — відносним збуренням або зміною запасу робочого середовища в об'єкті.

Рівняння балансу робочого середовища в регульованому об'єкті у відносних величинах матиме вигляд

.

Запас робочого середовища в регульованому об'єкті збільшується у випадку, якщо , і зменшується, якщо ; якщо ж , то запас робочого середовища залишається без зміни, і отже, в регульованому об'єкті наступила рівновага, тобто притік робочого середовища став рівним його витраті.

Величина визначає зміну запасу робочого середовища в об'єкті: чим більше величина , тим швидше змінюватиметься регульована величина. Якщо регульовану величину віднести до її базисного значення, то вона також може бути виражена в безрозмірних одиницях.

Позначимо — зміна регульованої величини, виражена в безрозмірних одиницях. Швидкість зміни регульованої величини залежатиме від величини відносного збурення, і тоді в загальному вигляді можна буде записати

.

Цю залежність при малих збуреннях з практично достатньою точністю приймають лінійною, і тоді

, (1.1)

де — коефіцієнт пропорційності.

Коефіцієнт є швидкістю зміни регульованої величини без дії регулятора на об'єкт при відносному збуренні , рівному одиниці, і іноді називається чутливістю об’єкта до збурення.

Місткістю об'єкту називається кількість робочого середовища, притік (або витрата) якого за одиницю часу в об'єкт викликає приріст регульованої величини на одиницю

.

Замість місткості об'єкту часто користуються величиною, яка називається коефіцієнтом місткості і виражає відношення місткості об'єкту до відповідного значення регульованої величини.

Чим більша місткість об'єкту при одному і тому ж притоку (або витраті) робочого середовища в об'єкт, тим більша його інерційність і, отже, тим менша швидкість зміни регульованої величини.

Регульовані об'єкти по числу ємкостей підрозділяються на одноємкісні і багатоємкісні. До одноємкісних об’єктів відносяться:

резервуари і апарати, в яких регулюється рівень рідини;

апарати з регулюванням температури шляхом змішування двох рідин;

ділянки трубопроводів з регульованою витратою або тиском;

об'єкти, в яких регулюється тиск пари або газу.

До двохємкісних об'єктів практично відносяться об'єкти, найпоширеніші в нафтовій промисловості, — теплообмінники. Теоретично теплообмінники — трьохємкісні об'єкти, оскільки перегородки між місткостями також акумулюють тепло і тому є третьою місткістю. Враховуючи малі розміри (товщину) перегородки і її хорошу теплопровідність, цією місткістю нехтують і вважають теплообмінник двохємкісним об'єктом із зосередженими параметрами, насправді ж теплообмінник складніший об'єкт з розподіленими параметрами.

Самовирівнюванням називається така властивість об'єкта, завдяки якій невідповідність між притоком і витратою робочого середовища самостійно, без участі регулятора, прагне досягти нуля, а регульована величина — до нового усталеного значення.

Третя властивість об'єкту — час розгону (час перехідного процесу) характеризує його динамічні властивості.

Об'єкти з самовирівнюванням, що володіють місткістю і, отже, інерцією, не можуть при появі збурення миттєво перейти до нового усталеного значення і затрачують на це час.

Теоретично перехідний процес триває нескінченно довго. Тому для практичних розрахунків вводиться деяка умовна межа закінчення перехідного процесу і вважається, що перехідний процес закінчується протягом часу, за яке відхилення регульованої величини встановиться і до нового збурення залишатиметься менше певної, наперед заданої малої величини. Цей час і називається часом розгону об'єкту (часом перехідного процесу).

Для процесів, що асимптотично наближаються до усталеного значення, за таке мале відхилення звичайно приймається відхилення в розмірі ±5% від сталої регульованої величини.

Для об'єктів, перехідний процес яких протікає по експоненті, за час перехідного процесу приймається час,

1 – без запізнення; 2 – з чистим запізненням;

3 – з перехідним запізненням

Рисунок 1.1– Графіки об’єктів з самовирівнюванням.

рівний від чотирьох до п'яти значень постійної часу об'єкту або ланки.

Другим динамічним параметром об'єкту є постійна часу об'єкту, яка визначається як час розгону об'єкту за відсутності самовирівнювання.

Так, наприклад, для об'єктів з перехідними процесами, які описуються по експоненті, за постійну часу приймається час, протягом якого регульована величина досягає значення 63,2% від усталеного значення.

У об'єктах з великою місткістю постійна часу велика, що з інформаційної точки зору рівносильне наявності великої післядії в процесі, сильним корелятивним зв'язком в ньому.

Такі об'єкти пред'являють менші вимоги до швидкодії системи регулювання. В них можливе використання дискретного регулювання. При цьому здійснюється дискретна дія на регулюючий орган. Час між діями визначають, через постійну часу об'єкту, за теоремою Котельникова. Цей час тим більший, чим більше Т.

У всіх розглянутих випадках поведінки об'єкту передбачалося, що в об'єкті після виникнення збурення негайно починає змінюватися регульована величина. Проте насправді в багатьох технологічних процесах спостерігається деяке запізнення початку зміни регульованої величини.

Час (рисунок 1.1), який пройшов від початку збурення до початку зміни регульованої величини, називається часом чистого запізнення. Він також іноді називається дистанційним, передавальним і транспортним запізненням.

Причиною чистого запізнення є наявність в регульованому об'єкті ділянок, розповсюдження збурення по яких вимагає деякого часу, наприклад транспортери, елеватори, лотки, довгі трубопроводи.

У багатоємкісних об'єктах передача збурення від ємності до ємності також відбувається з деяким запізненням, яке називається перехідним запізненням. Час перехідного запізнення визначається відрізком на осі часу, який відсікається дотичною, проведеною через точку перегину кривої розгону (рисунок 1.1).

У цих випадках повне запізнення буде рівне .

Об'єкти, в яких регулюється температура, володіють найбільшим запізненням, а в яких регулюється рівень рідини — меншим запізненням.