Основные свойства объектов управления. Оптимальные переходные процессы

Общими для всех объектов является следующие признаки

– запаздывание;

– емкость;

– самовыравнивание.

Запаздывание – выражает свойства системы, передавать сигнал со входа на выход не сразу, а через некоторый промежуток времени при этом характеристика сигнала не изменяется. Различают чистое запаздывание (транспортное) и емкостное (переходное). Чистое запаздывание встречается редко, его можно определить как отношение относительной длины объекта к скорости потока энергии или массы в объекте. Емкостное запаздывание присуще всем объектам.

Если падать на вход объекта синусоидальный сигнал, то на выходе при наличии запаздывания будем иметь

сдвиг фаз будет составлять – Незатухающие колебания в системе возникают когда сдвиг фаз равен 180°, т.е. ,

где t₀ - период собственных колебаний системы, откуда при t₀=2t будут наблюдаться незатухающие колебания.

Так как запаздывание не изменяет форму и амплитуду сигнала, то коэффициент передачи объекта будет равен 1.

Предел пропорциональности регулятора ‑ это диапазон шкалы, выраженных в процентах при изменении в пределах которого Dy (регулируема величина) исполнительного механизма m перемещается из одного крайнего положения в другое.

Емкость – это свойство объекта накапливать (или сохранять) вещество или энергию. Она характеризует инерционность. От величины емкости зависит скорость изменения выходной величины при изменении входной. Количественно емкость описывается коэффициентом связывающим входную величину со скоростью изменения выходной:

*****

Оптимальный процесс регулирования - понятие относительное. Различные по характеру процессы регулирования могут быть признаны оптимальными для разных объектов в зависимости от требований ТП.

В результате многочисленных опытов и теоретических обобщений установлен ряд оптимальных переходных процессов регули­рования, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

1. Затухающий колебательный переходный процесс с 20%-ным перерегулированием и минимальным временем первого полупериода колебаний t₁

Этот переходный процесс является одним из наиболее распространенных в практике автоматизации ТП. Регулятор настраивается на этот процесс в тех случаях, когда другие переходные процессы, например аперио­дический, нецелесообразны или получить их не удается, а некоторое перерегулирование допустимо. При данном переходном процессе 20%-ное перерегулирование понижает максимальное динамическое отклонение А ₁. Минимальное время первого полупериода колебаний t₁, в течение которого имеет место наибольшее отклонение регулируемой величины от задания, также можно отнести к достоинствам данного переходного процесса.

Графики переходных процессов при автоматическом регулировании рец ляторами непрерывного действия: а – затухающий колебательный с 20%-ным перерегулированием без остаточного отклонения регулируемой величины; б – затухающий колебательный с 20%-ным перерегулированием с остаточным отклонением регулируемой величины; в – апериодический с минимальным временем регулирования; г – апериодический с затянутым временем регулирования; д – затухающий колебательный с минимальной квадратичной площадью отклонения регулируемой величины; е – затухающий колебательный с минимальным временем регулирования; 1 - заданное значение регулируемой величины j0; 2 - отклонение регулируемой величины j от задания j0 во времени t, 3 - отклонение регулируемой величины j в статическом объекте без вмешательства регулятора; 4 - отклонение регулируемой величины j в астатическом объекте без вмешательства регулятора

2. Апериодический переходный процесс с минимальным временем регулирования t_P,_min.

Этот переходный процесс характеризуется минимальным временем регулирования t_P, полным отсутствием перерегулирования А ₁, а также минимальным регулирующим воздействием, что может быть необходи­мым в тех случаях, когда регулирующее воздействие оказывает нежела­тельное влияние на другие регулируемые величины. Однако динамическое отклонение при данном переходном процессе максимально.

3. Апериодический переходный процесс с затянутым временем регулирования t_P.

Этому процессу свойственно максимальное динамическое отклонение А ₁ и максимальное время регулирования t_P при минимальном регулирующем воздействии. Данный переходный процесс характе­ризуется максимальной устойчивостью САР, что в ряде случаев является основным требованием к регулятору, например в случае, когда динамические свойства регулируемого объекта изменяются с изменением на­грузки.

4. Затухающий колебательный переходный процесс с минимальной квадратичной площадью отклонения регулируемой величины от задания, т.е.

Этот переходный процесс отличается наибольшим регулирующим воздействием, перерегулированием порядка 40-45 % и максимальным временем регулирования t_P. Однако он имеет наименьшее значение максимального динамического отклонения А ₁. Переходный процесс этого типа целесообразен в тех случаях, когда главная задача автоматического регулятора состоит в обеспечении минимального значения А ₁.

5. Затухающий колебательный переходный процесс с минимальным временем регулирования t_P,_min.

Этот переходный процесс характеризуется тем, что амплитуда перегулирования А ₁ и последующие амплитуды А _з, А ₄ и т.д. не превышает зоны нечувствительности D_п измерительного прибора, вследствие чего общим временем регулирования считается лишь время первого полупериода ограниченного верхним пределом зоны нечувствительности. Время регулирования t_P данного переходного процесса является минимальным из всех рассмотренных переходных процессов.