4. Идентификация объекта управления

Прежде чем приступить к расчетам оптимальных настроек регулятора, нужно знать параметры объекта управления. Эти параметры можно определить различными методами расчёта. Конечной целью является получение математического описания объекта управления, то есть получение передаточной функции рассматриваемого звена. В данном методическом указании рассмотрены самые распространенные методы определение динамических характеристик объекта управления способом нанесения пробных возмущений.

Расчёт систем автоматического регулирования (САР) основывается на статических и динамических характеристиках объектов регулирования. При проектировании САР статические и динамические характеристики определяют по справочникам или экспериментально.

Статической характеристикой объекта регулирования называется зависимость регулируемой выходной величины в установившемся состоянии от входной . При этом имеет размерность регулируемой величины. Входной величиной является положение регулирующего органа в процентах хода (регулирующий орган включен в объект) или величина, характеризующая нагрузку объекта, т.е. расход энергии, топлива и др. (регулирующий орган не включен в объект).

Статические характеристики бывают линейными и нелинейными. При этом нелинейная зависимость может быть экстремальной. По статической характеристике объекта подбирают характеристику регулирующего органа, определяют возможность применения экстремальных регуляторов и находят коэффициент передачи объекта k_об для рабочего значения нагрузки объекта:

(4)

Динамическими характеристиками объекта называют изменение выходной величины объекта во времени при некоторых заранее заданных типовых изменениях входной величины объекта. Обычно в качестве типовых входных воздействий выбирают ступенчатое, импульсное, периодическое либо гармоническое воздействие.

4.1 Определение динамических параметров по кривой разгона

Наиболее распространённой динамической характеристикой для нагревательных объектов можно считать кривую разгона, т.е. изменение во времени выходной величины объекта после ступенчатого изменения входной величины на. При выборе и расчёте регулятора САУ кривая разгона находится по справочным данным или экспериментально.

Для статических объектов (с самовыравниванием), переходной процесс заканчивается при достижении выходной величиной нового установившегося значения. Для астатических объектов (без самовыравнивания) переходной процесс можно считать закончившимся, если скорость изменения выходной величины достигает установившегося значения. То есть кривая разгона выходит на прямую линию. По кривой разгона определяется передаточная функция объекта. Существует несколько способов обработки разгонной характеристики исследуемого объекта с целью получения его передаточной функции. Некоторые из них: графический способ, аппроксимация кривой разгона при помощи номограммы, интерполяционный метод (метод Ормана), метод последовательного логарифмирования, метод интегральных площадей (метод М. Симою).

4.1.1 Метод площадей Симою

Метод площадей Симою М.П. позволяет определить передаточную функцию модели объекта по кривой разгона.

Кривая разгона – реакция динамического звена (объекта регулирования) на скачкообразное воздействие произвольной амплитуды. В отличие от классического определения переходной характеристики амплитуда входного воздействия не равна единице. Кривая разгона может быть получена как экспериментально, так и расчетным путем.

Динамические свойства объекта аппроксимируются моделью следующего вида:

(4.1.1)

где

–коэффициент усиления,

–время запаздывания (запаздывание),

–коэффициенты передаточной функции,

–нормированная передаточная функция с коэффициентом усиления равным единице .

Основной задачей является определение коэффициентов ипередаточной функции методом, предложенным М.П. Симою.

Данный метод является довольно трудоёмким и требует значительных временных затрат.