Составление систем автоматического управления изучение объектов управления

Для составления систем автоматического управления необходимо знать свойства объекта управления, которые представляют собой совокупность его статических и динамических характеристик.

Эти характеристики можно получить аналитическим и экспериментальными методами.

Аналитический метод состоит в том, что составляют балансовые уравнения процесса, которые преобразуют таким образом, чтобы получить наиболее полное представление о зависимостях между параметрами объекта управления.

Например, уравнение теплового баланса объекта управления может быть записано формулой (1), в которой:

Если раскрыть члены уравнения теплового баланса (1), то будет получено уравнение связи между параметрами объекта управления в равновесном состоянии (2), в котором:

, , - расходы сырьевых компонентов поступающих в объект управления;

- расход продукта, покидающего объект управления;

- соответственно удельные теплоемкости потоков , , ;

- соответственно температуры потоков , , ;

- коэффициент теплопередачи через стенки аппарата (объекта управления);

F - поверхность теплопередачи аппарата;

- температура внутри аппарата (объекта управления);

- температура с наружной стороны аппарата;

- скорость превращений в аппарате;

- удельная теплота превращений.

Такое уравнение часто называют статической математической моделью объекта управления. Для того, чтобы получить уравнение динамики объекта управления (т.е. дифференциальное уравнение) производят следующие операции.

Входным параметрам балансовых уравнений дают небольшое приращение. Затем из полученных уравнений вычитают исходные и результат делят на приращение времени (при ). Найденные отношения преобразуются в дифференциальные уравнения, представляющие собой динамические характеристики (или математическую модель динамики) объекта управления.

Главное преимущество аналитического метода заключается в возможности составления характеристик объекта управления на стадии проектирования.

Экспериментальные методы подразделяются на:

• активный (метод искусственных воздействий);

• пассивный (статистический).

Активный метод (метод искусственных воздействий) состоит в том, что тому или иному входному параметру объекта управления сообщают тестовое возмущение (ступенчатое, импульсное, в виде гармонических колебаний и т.п.), а затем регистрируют соответствующие изменения выходного параметра объекта. Необходимо снять характеристики для всех возможных режимов с учетом всех источников возмущений. После проведения экспериментов результаты опытов обрабатывают.

Преимущество активного метода заключается в том, что не требуется большого количества времени для наблюдения и обработки результатов. Однако, на действующем объекте управления не всегда возможно внесение дополнительных возмущений.

Главный недостаток активного метода состоит в том, что трудно проследить реакцию объекта управления на тестовое возмущение из-за наличия множества других возмущающих воздействий.

Пассивный (статистический) метод основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации технологических аппаратов в течение длительного времени (не менее 6 месяцев). Собирают данные нормально работающей аппаратуры, которые затем обрабатывают, в результате чего получают характеристики объекта управления (уравнение регрессии).

Пассивный метод является наиболее перспективным, однако он связан с обработкой большого количества экспериментальных данных. Кроме того, этот метод может применяться лишь для объекта управления, статистические данные которого подвергались математической обработке для получения регрессионных уравнений.