7. Динамические свойства объектов регулирования

1. Инерционность – выходной параметр изменяется плавно.

Инерционность реальных объектов определяется способностью объектов накапливать вещество или энергию

Например, утюг – медленное нагревание и остывание (тепловая инерция).

Рис. 1.13. Переходная характеристика инерционного объекта

Инерционность объекта характеризуют:

а) постоянная времени объекта τ0 – время, за которое регулируемая величина достигла бы нового установившегося значения, если бы изменялась все время с максимальной скоростью;

б) емкость объекта С – увеличение запаса вещества или энергии, которое вызывает рост регулируемой величины на единицу.

Пример 3. Емкость объекта при регулировании температуры

Чтобы изменить температуру объекта на Δt °С ему надо сообщить энергию в виде количества теплоты Q:

Q = c mΔt ,

где m – масса нагреваемого вещества;

c – удельная теплоемкость вещества.

Чтобы увеличить температуру объекта на 1 °С, ему надо сообщить количество теплоты:

Таким образом, емкость объекта при регулировании температуры:

С = с m .

При С → ∞ объект перестает быть регулируемым;

С → 0 объект становится безынерционным.

Рис. 1.14. Переходная характеристика безынерционного объекта

Влияние инерционности на процесс регулирования:

“+” – объект не успевает реагировать на кратковременные возмущения, что облегчает стабилизацию регулируемого параметра.

“–” – неизбежное последействие затрудняет компенсацию возмущений, что снижает качество стабилизации регулируемого параметра.

1. Запаздывание – изменение выходного параметра отстает по времени по отношению к возмущающему воздействию.

Транспортное запаздывание τ_T – для распространения сигналов требуется время.

Рис. 1.15. Переходная характеристика объекта с транспортным запаздыванием:

1) безынерционного; 2) инерционного.

Пример. Транспортер для сыпучих материалов:

регулирующее воздействие – подача материала из бункера F₁ на вход ленты; регулируемый параметр – подача материала F₂ на выходе ленты.

При скачкообразном изменении подачи F₁ на входе ленты подача материала на выходе транспортера F₂ изменится также скачком, но не сразу, а лишь тогда, когда это скачкообразное изменение дойдет до конца ленты транспортера.

Переходное запаздывание τ_П – выходной параметр вначале меняется очень медленно.

Рис. 1.16. Переходная характеристика инерционного объекта

с переходным запаздыванием

Влияние запаздывания на процесс регулирования:

“–” - рассогласование, вызываемое возмущающими воздействиями на объект, проявляется лишь по истечении времени запаздывания. Поэтому и регулирующее воздействие тоже запаздывает. Регулятор реагирует не на текущее, а на прошлое возмущение, что затрудняет его компенсацию и приводит к ухудшению стабилизации регулируемого параметра.

2. Устойчивость

Устойчивые объекты под влиянием скачкообразного воздействия переходят из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние – самовыравнивание.

Объекты с самовыравниванием имеют внутреннюю отрицательную обратную связь.

Рис. 1.17. Переходная характеристика объекта с самовыравниванием: