3. Характеристики объектов регулирования

При разработке автоматических систем регулирования (АСР), а также при настройке регуляторов необходимо знать свойства объектов регулирования, такие как самовыравнивание, емкость и запаздывание [2].

Самовыравниванием объекта называют свойство устойчивого объекта самостоятельно устанавливаться в равновесное состояние после скачкообразного изменения входной величины. Количественно это свойство объекта оценивается степенью самовыравнивания ρ, под которой понимают отношение относительного изменения входной величины Δx/x = μ к относительному изменению выходной величины Δy/y = φ по достижению объектом равновесного состояния, т. е.

.

Запаздывание объекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а через некоторый промежуток времени τ_з, называемый временем запаздывания.

Все реальные объекты обладают запаздыванием. Время запаздывания τ_з можно определить как

,

где l — расстояние от места нанесения возмущения до места, где фиксируется изменение выходной величины; s — скорость прохождения сигнала.

На практике свойства объектов регулирования экспериментально определяют анализом кривой разгона. Кривой разгона объекта регулирования называется кривая изменения параметра во времени в результате нанесения ступенчатого возмущающего воздействия. Кривые разгона для объектов без самовыравнивания с отсутствием запаздывания 1 и с запаздыванием 2 представлены на рисунке 1. Данные объекты после нанесения ступенчатого возмущения не приходят к новому установившемуся состоянию.

Рисунок 1 - Кривые разгона объектов регулирования без самовыравнивания: 1 - объект без запаздывания; 2 - объект с переходным запаздыванием

Запаздывание определяется отрезком кривой 2, отсекаемым на оси времени касательной к кривой разгона. Вид кривых разгона для объектов с самовыравниванием представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 - Кривые разгона объектов с самовыравниванием:

1 - объект без запаздывания; 2 - объект с переходным запаздыванием

По кривым разгона определяют:

1. время запаздывания τ₃;

2. время разгона объекта Т_а:

;

3. скорость разгона объекта ;

4. степень самовыравнивания объекта .

Чем меньше время запаздывания и время разгона объекта, чем выше скорость разгона и степень самовыравнивания, тем более качественной может быть действие АСР.

В данной работе изучается тепловой объект. Тепловые объекты, как правило, обладают относительно малыми запаздываниями и значительным самовыравниванием и, следовательно, являются устойчивыми, и чем выше будет степень самовыравнивания, тем более простыми методами, можно обеспечить требуемое качество регулирования. В связи с этим при регулировании температуры в тепловых объектах часто используют позиционные регуляторы.

4. Позиционное регулирование температуры

Позиционными называют регуляторы, у которых при изменении входной величины выходная может принимать только определенные, заранее известные значения. Позиционные регуляторы бывают двух- и трехпозиционные. В двухпозиционных регуляторах выходная величина может принимать только два фиксированных положения: максимальное (макс, «1») или минимальное (мин, «0»).

Статические характеристики двухпозиционных регуляторов приведены на рисунке 3.

а) характеристика регулятора б) характеристика регулятора без зоны нечувствительности с зоной нечувствительности

Рисунок 3 - Статические характеристики двухпозиционных регуляторов

В трехпозиционных регуляторах выходная величина может иметь 3 фиксированных положения: минимум (мин), норма и максимум (макс). Статическая характеристика такого регулятора приведена на рисунке 4.

В данной работе исследуется АСР с двухпозиционным регулированием температуры.

Рисунок 4 - Статическая характеристика трехпозиционного регулятора