что такое емкость объекта управления

Динамические свойства объектов управления.

Динамические свойства характеризуют поведение объекта в переходных режимах. При экспериментальном исследовании динамических свойств используют типовые возмущающие воздействия на входе объекта. Основными свойствами объекта являются:

4.постоянная времени объекта;

5.коэффициент передачи объекта.

Емкость – это способность объекта накапливать вещество или энергию; мерой емкости является коэффициент емкости, численно равный количеству вещества или энергии, которая обеспечивает изменение регулируемого параметра на единицу измерения. Различают одно и много емкостные объекты. В одно емкостных изменение входной величины приводит к изменению выходной величины одновременно во всех точках объекта (например жидкостный резервуар ); в много емкостных объектах изменение выходной величины передается постепенна от одной емкости к др.(например теплообменник). Чем больше емкости в объекте, тем сложней его автоматизировать.

Самовыравнивание – это способность объекта выходить на установившийся режим или на новое установившееся значение самостоятельно без участия автоматического регулятора. Пример: резервуар с жидкостью.

Предположим, что в резервуаре существует баланс между притоком и оттоком жидкости (Q_пр=Q_от). в этом случае уровень жидкости будет находиться на каком-то определенном значении. В том случае, если мы резко увеличим подачу жидкости в резервуар, то ее уровень начнет возрастать, при этом будет увеличиваться и гидростатическое давление, что приведет к увеличению оттока жидкости. Постепенно восстанавливается равновесие между притоком и оттоком на коком-то новом установившемся значении уровня(1). Такой объект обладает свойством самовыравнивания. Предположим, что на выходе объекта установлен насос с постоянной производительностью. При рассмотренной ранее ситуации уровень жидкости в резервуаре будет неограниченно возрастать(2). Такой объект свойством самовыравнивания не обладает.

Запаздывание – это время в течении которого при подаче на вход возмущающего воздействия входная величина не изменяет своих значений.

На рис. приведена кривая разгона для много емкостного объекта, обладающего свойством самовыравнивания. В течение некоторого отрезка времени τ_тр не смотря на ступенчатое изменение входной величины х_вх не происходит изменения выходной это время называется временем транспортного запаздывания. В последующем эти изменения имеют место и постепенно выходная величина приходит к установившемуся значению. Для определения постоянной времени Т в точке максимального перегиба кривой проводят касательную проекция которой на ось абсцисс и дает постоянную времени Т. Отрезок времени от начала координат до точки пересечения касательной с осью абсцисс называется отрезком времени полного запаздывания. Причем τ_тр+τ_п=τ, где τп – время переходного запаздывания. Оно зависит от емкости объекта управления. Коэффициент передачи объекта К_об определяется как приращение выходной величины к вызвавшему это приращение изменению выходной величины. К_об = Δх_вых/Δх_вх.

Размерность коэффициента передачи объекта определяется размерностями выходной и входной величин.

Источник

Свойства объекта управления

ОБЪЕКТЫ УПРАВЛЕНИЯ И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Объект управления является основной составной частью автоматической системы, определяющий ее характер. При всем разнообразии объектов управления они могут быть распределены на небольшое число типов, обладающих аналогичными динамическими характеристиками и характеризующихся следующими свойствами:нагрузкой, емкостью, способностью к самовыравниванию, запаздыванием процесса.

Способность объектов аккумулировать рабочую среду, запасать ее внутри объекта называется аккумулирующей способностью или емкостью объекта. Накопление вещества или энергии возможно благодаря тому, что в каждом объекте имеется сопротивление выходу.

Объекты управления подразделяются на одноемкостные и многоемкостные. Объект называется одноемкостным, если он состоит из одного сопротивления и емкости (аппарат в котором регулируется уровень, теплообменник смещения).

Многоемкостным объектом называется такой, который имеет две или более емкости, участвующие в процессе управления и разделенные переходными сопротивлениями (трубчатый теплообменник). В многоемкостных объектах различают емкости на входе и выходе.

Мерой емкости служит коэффициент емкости— количество вещества или энергии, которое нужно подвести к объекту, чтобы изменить управляемую величину на единицу:

Чем больше коэффициент емкости объекта, тем меньше скорость изменения управляемого параметра при одном и том же изменении количества подаваемого продукта. А это значит, что легче поддаются управлению те объекты, коэффициент емкости которых больше.

Способность объекта приходить после возмущения в новое установившееся состояние без вмешательства управляющего устройства называется самовыравниванием объекта.

Объекты, обладающие самовыравниванием, называются статическими объектами. Чем больше величина самовыравнивания, тем меньше отклоняется управляемый параметр от состояния равновесия, существовавшего до возмущения. Самовыравнивание облегчает работу управляющего устройства.

Объекты, не обладающие самовыравниванием, называются нейтральными или астатическими. Отсутствие самовыравнивания ухудшает возможности управления объектом.

Рассмотрим примеры объектов с самовыравниванием (рис. 43) и без него (рис. 44).

Рисунок 43 – Объект с самовыравниванием

Рисунок 44 – Объект без самовыравнивания

Коэффициент самовыравнивания не является постоянной величиной, а зависит от нагрузки объекта. Максимальной нагрузке соответствует максимальное значение r.

Различают два вида запаздывания: чистое (или транспортное) и переходное (емкостное).

Чистым запаздыванием называется время t от момента внесения возмущающего воздействия до начала изменения управляемой величины. Это время необходимо для того, чтобы поток вещества или энергии, обладающий скоростью v, прошел расстояние L от места внесения возмущающего воздействия до места, в котором измеряется значение управляемой величины. Например, контроль толщины насыпного слоя на ленте транспортер (рис. 35).

Рисунок 35 – Пример объекта с чистым запаздыванием

Чистое запаздывание смещает во времени реакцию на выходе в объекте по сравнению с моментом нанесения входного воздействия на величину запаздывания, не изменяя величину и форму воздействия.

Обычно в управляемых объектах имеется не только чистое, но и переходное запаздывание, которое характерно для многоемкостных объектов. Запаздывание возникает при преодолении потоком вещества или энергии сопротивлений, разделяющих гидравлические, тепловые и другие емкости объекта (рис. 46).

Время переходного запаздывания определяется отрезком t_п. Переходное запаздывание определяется числом емкостей и величиной переходных сопротивлений. Поскольку величины переходных сопротивлений в процессе эксплуатации объекта могут изменяться, величины запаздываний могут возрастать.

Общее запаздывание t_общ в объекте управления равно сумме чистого и переходного запаздываний:

Как чистое, так и переходное запаздывания всегда неблагоприятно сказываются на качестве управления.

Рисунок 46 – Пример объекта с переходным запаздыванием

Источник

Объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами

Выходные величины объектов с сосредоточенными параметрами не зависят от пространственной координаты и имеют в данный момент времени одно и то же числовое значение в каждой точке внутри объекта. Примерами таких объектов являются: химический реактор идеального смешения, резервуар со свободным истечением жидкости, газгольдер и т. д.

Объекты управления с сосредоточенными параметрами, свойства которых не изменяются во времени, называются стационарными и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Дифференциальные уравнения дополняются начальными условиями.

Выходные величины объектов с распределенными параметрами в данный момент времени имеют разные числовые значения в различных точках объекта. Основные переменные процесса в объекте с распределенными параметрами изменяются и во времени, и в пространстве. Примерами объектов с распределенными параметрами являются трубчатые реакторы, массо-обменные колонные аппараты (ректификационные, дистилляционные, абсорбционные, экстракционные), кожухотрубные теплообменники, теплообменники «труба в трубе» и т. д.

Свойства объектов управления

Емкость

Работа любого управляемого объекта связана с притоком (приходом), стоком (расходом) и преобразованием материальных и энергетических потоков, поэтому емкость является свойством, характерным для всех объектов управления в химической технологии.

Под емкостью объекта (аккумулирующей способностью) обычно понимают его способность накапливать или сохранять вещество или энергию.

Объекты управления по числу емкостей подразделяются на одноемкостные и многоемкостные. Одноемкостный объект управления состоит из одного сопротивления стоку (расходу) вещества или энергии и одной емкости. К одноемкостный объектам относятся резервуары и аппараты, в которых регулируется уровень жидкости; аппараты, в которых регулируется давление газа или пара; теплообменники смесительного типа с непосредственным контактом теплоносителя и нагреваемого (или охлаждаемого) вещества; участки трубопроводов, на которых регулируется давление или расход, и др.

Многоемкостные объекты состоят из двух или более емкостей, последовательно соединенных и разделенных сопротивлениями. Большинство промышленных объектов управления (ректификационные и абсорбционные колонны, теплообменники, сложные гидравлические системы и др.) являются многоемкостными объектами.

На рис. 4.5 приведены примеры одноемкостных и многоемкостных объектов.

Из сказанного следует, что чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения выходной величины при одном и том же изменении потока подаваемого в объект вещества или энергии. Это означает, что емкость характеризует инерционность объекта.

Самовыравнивание

Состояние объекта может быть нарушено в результате изменения материальных или энергетических потоков (притока или стока), т. е. нанесением на объект возмущающих воздействий. При этом выходные величины будут увеличиваться или уменьшаться в зависимости от того, что окажется больше — приход или расход. По способности восстанавливать равновесное состояние после нанесения на объект возмущающего воздействия объекты делят на нейтральные, устойчивые, неустойчивые.

Дата добавления: 2017-01-29 ; просмотров: 2708 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

19. Объекты управления и их основные свойства. Емкость

Объект управления – объект, для достижения результатов функционирования которого, необходимы и допустимы специально организованные воздействия.

Основные свойства: емкость, самовыравнивание, запаздывание.

Свойства нужно знать, чтобы разработать систему управления, обеспечивающей требуемое качество переходного процесса САУ, верно выбрать закон регулирования и определить оптимальные параметры настройки регулятора.

Емкость объекта (аккумулирующая способность) – способность накапливать и сохранять вещество или энергию. Накопление вещества или энергии возможно т.к. в каждом объекте имеется сопротивление выходу потоку вещества или энергии (например, закрыт вентиль сливного трубопровода).

Одноемкостный объект управления состоит из одного сопротивления расходу вещества или энергии и одной емкости. Например: резервуары или аппараты, в которых регулируется жидкость; аппараты, в которых регулируется давление газа или пара.

Двухемкостной – кожухотрубный теплообменник, где по трубам протекает вода, а в межтрубном пространстве – пар. Сопротивление здесь – термическое сопротивление металла труб.

Многоемкостные объекты состоят их двух или более емкостей, последовательно соединенных и разделенных сопротивлениями. Например: ректификационные и адсорбционные колонны (число емкостей определяется числом тарелок), теплообменники.

Мерой емкости объекта служит емкость С (коэф емкости): С=d₁/d₂, где d₁ – экстенсивная переменная = количество энергии или вещества, d₂ – интенсивная переменная, т.е. количество вещества или энергии, которое необходимо подвести к объекту, чтобы изменить выходную величину на единицу.

Пример: для гидравлического резервуара экстенсивная переменная – объем жидкости в резервуаре V, интенсивная – уровень жидкости в резервуаре L. Тогда C=dV/dL=d(AL)/dL, где А – площадь поперечного сечения резервуара. Если А≠f(L), то С=А. Емкость теплового объекта определяется количеством теплоты dQ, приводящим к преращению температуры в нем на dt: C=dQ/dt=d(mc_pt)/dt, т.е. емкость теплового объекта зависит от массы и удельной теплоемкости вещества, а единица измерения емкости теплового объекта – Дж/К.

Перепишем выражение емкости иначе и продиф по времени: d₁=Cd₂, d₁/dτ=Cd₂/dτ. Левая часть уравнения – скорость изменения количества вещества или энергии в объекте, равную разности между потоком вещества или энергии, входящим в объект F_вх и потоком вещества или энергии, выходящим из объекта F_вых, т.е. F_вх— F_вых. Первая часть уравнения явл скоростью изменения интенсивной перепенной. Для гидравлического резервуара: dV/dL= F_вх— F_вых→СdL/dτ= F_вх— F_вых (C=A). Чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения выходной величины при одном и том же изменении потока подаваемого в объект вещества или энергии. Это означает, что емкость характеризует инерционность (способность сохранятся во времени и в пространстве) объекта.

Источник

Емкость

Свойства объектов управления

Объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами

Выходные величины объектов с сосредоточенными параметрами не зависят от пространственной координаты и имеют в данный момент времени одно и то же числовое значение в каждой точке внутри объекта. Примерами таких объектов являются: химический реактор идеального смешения, резервуар со свободным истечением жидкости, газгольдер и т. д.

Объекты управления с сосредоточенными параметрами, свойства которых не изменяются во времени, называются стационарными и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами. Дифференциальные уравнения дополняются начальными условиями.

Выходные величины объектов с распределенными параметрами в данный момент времени имеют разные числовые значения в различных точках объекта. Основные переменные процесса в объекте с распределенными параметрами изменяются и во времени, и в пространстве. Математическая модель объекта управления с распределенными параметрами содержит хотя бы одно дифференциальное уравнение с частными производными. Примерами объектов с распределенными параметрами являются трубчатые реакторы, массо-обменные колонные аппараты (ректификационные, дистилляционные, абсорбционные, экстракционные), кожухотрубные теплообменники, теплообменники «труба в трубе» и т. д.

Работа любого управляемого объекта связана с притоком (приходом), стоком (расходом) и преобразованием материальных и энергетических потоков, поэтому емкость является свойством, характерным для всех объектов управления в химической технологии.

Под емкостью объекта (аккумулирующей способностью) обычно понимают его способность накапливать или сохранять вещество или энергию.

Объекты управления по числу емкостей подразделяются на од-ноемкостные и многоемкостные. Одноемкостный объект управления состоит из одного сопротивления стоку (расходу) вещества или энергии и одной емкости. К одноемкостный объектам относятся резервуары и аппараты, в которых регулируется уровень жидкости; аппараты, в которых регулируется давление газа или пара; теплообменники смесительного типа с непосредственным контактом теплоносителя и нагреваемого (или охлаждаемого) вещества; участки трубопроводов, на которых регулируется давление или расход, и др.

Многоемкостные объекты состоят из двух или более емкостей, последовательно соединенных и разделенных сопротивлениями. Большинство промышленных объектов управления (ректификационные и абсорбционные колонны, теплообменники, сложные гидравлические системы и др.) являются многоемкостными объектами.

На рис. 4.5 приведены примеры одноемкостных и многоемкостных объектов.

Из сказанного следует, что чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения выходной величины при одном и том же изменении потока подаваемого в объект вещества или энергии. Это означает, что емкость характеризует инерционность объекта.

Источник