Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1) - файл n8.doc

приобрести
Бабуров В.П., Бабурин В.В., Навацкий А.А. и др. Производственная и пожарная автоматика (часть 1)
скачать (9016.4 kb.)
Доступные файлы (17):
n1.doc46kb.18.11.2005 17:46скачать
n2.doc58kb.15.09.2005 17:47скачать
n3.doc579kb.15.09.2005 17:53скачать
n4.doc156kb.23.09.2005 15:53скачать
n5.doc2168kb.22.09.2005 17:12скачать
n6.doc2364kb.19.09.2005 19:56скачать
n7.doc924kb.22.09.2005 17:30скачать
n8.doc1702kb.22.09.2005 17:30скачать
n9.doc817kb.16.09.2005 17:25скачать
n10.doc741kb.22.09.2005 17:34скачать
n11.doc346kb.16.09.2005 18:00скачать
n12.doc982kb.28.09.2005 17:16скачать
n13.doc12969kb.22.09.2005 19:58скачать
n14.doc271kb.16.09.2005 21:02скачать
n15.doc286kb.23.09.2005 16:52скачать
n16.doc259kb.23.09.2005 16:00скачать
~WRL0532.tmp

n8.doc

  1   2   3   4
Глава 6

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОБЪЕКТЫ И РЕГУЛЯТОРЫ

6.1. Объект регулирования


Технический агрегат (аппарат), в котором осуществляется автоматическое регулирование, называется объектом регулирования.

Объекты автоматизации можно классифицировать в зависимости от регулируемой величины (температуры, давления, расхода и т.п.); и по характеру материальных и энергетических внутренних связей в них (механические, гидравлические, тепловые, диффузионные, химические и др.). Различают также объекты с одной и несколькими регулирующими величинами. Однако такая классификация не отражает статистических и динамических свойств объектов. В зависимости от динамических свойств различают объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Объектами с сосредоточенными параметрами называют такие, в которых в состоянии равновесия регулируемые величины практически имеют одинаковые значения по всему объему объекта. Примерами могут служить тепловые объекты, в которых температура жидкости определенного объема одинакова во всех точках, и объекты типа емкостей, в которых регулируемой величиной является давление газа и т.д.

Объектами с распределенными параметрами называют такие, в которых значение регулируемых величин в различных точках объекта неодинаково (например, давление вещества в трубопроводе, температура продукта в трубчатом нагревателе).

Большинство реальных промышленных объектов – сложные нелинейные системы с распределенными параметрами и несколькими взаимосвязанными регулируемыми величинами. При исследовании этих объектов или объектов регулирования не представляется возможным учесть все свойства, явления и процессы, происходящие в них. Учитываются только факторы, которые решающим образом влияют на протекание технологического процесса.

Технологические процессы, протекающие в объектах, можно представить в виде таких операций, как поступательное или вращательное движение, нагревание и охлаждение вещества в определенном объеме, перемешивание веществ, заполнение или опорожнение сосуда и т.д. Такие процессы, как правило, характеризуются одной выходной увых и одной входной хвх величинами, имеют одну степень свободы и могут быть описаны обобщенным уравнением вида:

, (6.1)

где A – показатель, характеризующий динамические свойства объекта и определяющий характер изменения хвых во времени; Q – материальное или энергетическое воздействие на объект.

В состоянии равновесия, как известно, воздействие на объект отсутствует, т.е. Q = 0. При A, отличном от нуля, хвых также должен быть равен нулю. С появлением увых в объекте возникает переходный процесс, в котором увых изменяется во времени. Характер этого изменения определяется решением дифференциального уравнения (6.1).

Основными параметрами объектов регулирования являются емкость и коэффициент емкости, самовыравнивание, запаздывание, время разгона и скорость разгона.

Емкостью регулирующего объекта называется запас накопленной энергии объектов или накопленного в объекте вещества. Одинаковые возмущения по–разному сказываются на изменении регулируемой величины. Чем больше емкость объекта регулирования, тем медленнее при прочих равных условиях будет изменяться регулируемая величина при возмущениях, и наоборот, чем меньше емкость объекта регулирования, тем он чувствительнее к этим возмущениям, т.е. объекты с большей емкостью более устойчивы.

Коэффициент емкости – то количество энергии или вещества (пара, газа, жидкости), которое необходимо подвести к объекту или отвести от объекта для того, чтобы изменить регулируемую величину на единицу измерения. Например, при регулировании уровня коэффициент емкости есть то количество жидкости в кубических метрах, которое необходимо добавить, чтобы уровень изменился на 1 м (размерность м3/м или м2).

Чем больше коэффициент емкости, тем больше емкость объекта, тем медленнее изменяется регулируемая величина, т.е. меньше его чувствительность к возмущениям, и наоборот.

Самовыравнивание объекта регулируемого процесса – это свойство регулируемого объекта, когда после возникновения возмущения объект стремится вновь прийти в состояние равновесия без внешнего вмешательства.

Объекты без самовыравнивания характеризуются тем, то при нарушении равновесия за счет отклонений регулируемой величины равновесие не восстанавливается.

Способность объекта к самовыравниванию характеризуется степенью или коэффициентом самовыравнивания. Степень самовыравнивания численно равна отношению величины возмущающего воздействия к отклонению регулируемой величины, вызванному этим воздействием. Самовыравнивание способствует устойчивости регулируемого объекта и облегчает работу регулятора.

Запаздывание процесса в объекте изменение регулируемой величины с момента возмущающего действия происходит не сразу, а через некоторое время. Это время называется запаздыванием процесса в объекте. Запаздывание может быть передаточное и переходное.

Передаточное (транспортное) запаздывание – это время t0, в течение которого регулируемая величина, несмотря на происшедшие возмущения, все же не изменяется.

При изменении нагрузки f с момента t0 регулируемая величина остается постоянной и лишь через некоторое время с момента t1 станет реагировать на это возмущение.





Рис. 6.1. График передаточного (а) и переходного запаздывания (б)
Передаточное запаздывание зависит от нагрузки объекта. Чем больше нагрузка, тем меньше передаточное запаздывание, так как при большой нагрузке регулируемая среда движется быстрее, а поэтому чувствительный элемент начнет реагировать на возмущение раньше, т.е. время запаздывания будет меньше. Передаточное запаздывание также зависит от емкости объекта: чем больше емкость, тем больше время передаточного запаздывания. Чем меньше время передаточного запаздывания, тем более благоприятные условия создаются для автоматического регулирования. Для уменьшения времени передаточного запаздывания регулирующий орган необходимо располагать возможно ближе к объекту, чтобы емкость между регулирующим органом и объектом регулирования была наименьшей.

Переходным (емкостным) запаздыванием процесса регулирования называется запаздывание, зависящее от тепловых, гидравлических и других сопротивлений между емкостями объекта, и определяется как промежуток времени от момента возникновения до начала изменения регулируемой величины в результате преодоления указанных межъемкостных сопротивлений.

Переходное запаздывание также может быть определено графически, как это показано на рис. 6.1, б, вычислено как отрезок времени tп от начала изменения регулируемой величины до момента, соответствующего точке пересечения касательной с осью времени, проведенной из точки максимального перегиба кривой изменения регулируемой величины. Переходное запаздывание отрицательно сказывается на качестве регулирования. Сумма времени передаточного и переходного запаздываний называется временем полного запаздывания:

. (6.2)

Запаздывание, которым обладает регулятор, относится к переходному запаздыванию.

Запаздывание регулятора – суммарное время запаздывания измерительной и регулирующей системы, т.е. время с момента возникновения изменения регулируемой величины в месте установки чувствительного элемента регулятора до момента начала действия регулирующего органа.

Запаздывание чувствительных элементов регулятора определяется временем, которое необходимо чувствительному элементу для обнаружения происшедшего в объекте изменения величины поля возмущения.

Запаздывание в передаче импульса по трубопроводу зависит от времени, необходимого для заполнения (или опорожнения) всего объема импульсной линии. Сущность отрицательного влияния запаздывания заключается в том, что перемещение регулирующего органа не совпадает по времени с теми командными воздействиями, которые производит регулятор в процессе изменения регулируемой величины. Запаздывание существенно изменит динамическую ошибку, т.е. выбег регулируемой величины. Динамическая ошибка при прочих равных условиях будет тем больше, чем больше запаздывание.

Временем разгона объекта T0 является время, в течение которого регулируемая величина изменяется от нуля до заданного значения при мгновенном 100%-ном возмущении со стороны регулирующего агента (от нуля до максимума) при условии, что скорость изменения величины в течение этого времени останется постоянной, а нагрузка отсутствует. Время разгона объекта Та может быть определено как время, в течение которого при максимальной нагрузке и прекращении поступления регулируемой среды регулируемая величина изменится от номинального значения до нуля при условии, что скорость изменения ее в течение этого времени остается постоянной. Чем больше емкость, тем будет больше время разгона (рис. 6.2). Значение регулируемой величины уn, к которому оно стремится после возмущения, называется потенциальным возмущением. Время разгона объекта Та связано с постоянной времени разгона объекта Т0 соотношением Та=hТ0, где h < 1 – коэффициент нагрузки объекта, равный отношению нагрузки при рассматриваемом режиме к максимальной нагрузке объекта.




Рис. 6.2. Кривая разгона объекта с самовыравниванием:

f – возмущение; t – время; y – регулируемая величина
Время разгона в общем случае определяется уравнением

, (6.3)

где Df – относительная величина возмущения; dy – относительное изменение регулируемой величины; dt – изменение времени.

Иногда вместо понятия "время разгона" употребляют понятие "скорость разгона". Под скоростью разгона подразумевают величину, обратную времени разгона, имеющую размерность 1/с, 1/мин.

Практически скорость изменения регулируемой величины прямо пропорциональна величине возмущающего воздействия:

, (6.4)

где e – скорость разгона или коэффициент пропорциональности (отношение чувствительности к возмущению); Dу – скорость реагирования регулируемой величины на возмущение.

Чем больше в данный момент возмущающее воздействие, тем быстрее изменяется регулируемая величина, т.е. тем больше будет скорость этого изменения. Если при установившемся режиме объекта отключить регулятор и резко возмутить процесс, то в зависимости от вышеуказанных свойств объекта получим запись изменения регулируемой величины по времени. Эта кривая записи является переходной функцией или кривой разгона объекта и характеризует динамические свойства объекта.

После анализа и обработки кривой разгона можно определить запаздывание объекта t0,tп,t; скорость реагирования регулируемой величины на возмущение; степень самовыравнивания р; изменение регулируемой величины после возмущения f; постоянную времени объекта Т0 и влияние изменения нагрузки f на поведение регулируемой величины (рис. 6.3).





Рис. 6.3. Кривая разгона для определения динамических свойств объекта
Для определения времени передаточного запаздывания предварительно отмечают время возмущения и момент начала изменения регулируемой величины. Отрезок КЕ в масштабе есть передаточное запаздывание t0.

Для определения времени переходного запаздывания проводят линию АБ начального значения величины, находят точку максимальной скорости ее изменения (точка перегиба 0, после которой кривая изменяется менее резко); через точку 0 проводят касательную до пересечения ее с линией АБ, полученный отрезок ЕГ во времени есть время переходного запаздывания. На основании найденных значений и определяем время полного запаздывания:

t = t0+tп. (6.5)

Для определения времени разгона или постоянной времени Т0 проводят линию ИД (новое установившееся значение регулируемой величины), проводят касательную до пересечения ее с линией ИД до точки Ж, проводят вертикальную линию от точки Г до точки М; полученный отрезок МЖ во времени есть время разгона данной кривой или постоянная времени Т0. Она характеризует общую продолжительность процесса самовыравнивания и характер изменения величины во времени.

Зная Т0, можно построить дополнительную кривую изменения величины в этом процессе и судить по ней о времени, в течение которого закончится процесс регулирования. По величине изменения возмущающего воздействия f определяют коэффициент самовыравнивания:

E = f0/emax. (6.6)

По коэффициенту самовыравнивания находят коэффициент усиления объекта K0 (K0 = 1/e), который показывает, насколько существенно изменится регулируемая величина при изменении положения регулирующего органа. Для определения скорости разгона e проводят через точку Е вертикальную линию, продолжают касательную до пересечения с этой вертикальной линией и проводят линию через точку Л параллельно линии АБ; полученный отрезок b есть скорость разгона, т.е. максимальная скорость изменения регулируемой величины в процессе самовыравнивания для одноемкостного объекта. Тангенс угла наклона касательной выражает скорость изменения регулируемой величины:

. (6.7)

На основании полученных данных, т.е. значений t0,tп и e, можно судить о динамических свойствах объекта, на основании которых следует производить выбор регулятора, определять параметры настроенных элементов, обеспечивающих устойчивость и качество процесса регулирования. Кривые разгона снимаются не менее трех раз при нескольких режимах работы объекта.
  1   2   3   4


Глава 6
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации