Параметры объектов регулирования

Нагрузка – количество энергии или вещества, которое расходуется в этом объекте для проведения заданного технологического процесса (электрическая энергия на нагревание печи; количество топлива, подаваемого к горелкам и т.п.).

Значительные колебания нагрузки ведут к изменению регулируемого параметра «Х». Чем медленнее изменяется нагрузка и чем меньше ее диапазон, тем легче регулировать объект (чем меньше изменяется количество топлива, тем легче регулировать температуру в печи).

Емкость (С) - запас накопленной энергии или вещества (тепло в кладке печи). Емкость зависит от размеров объекта регулирования. В объекте большей емкости регулируемая величина Х при возмущении меняет свое значение медленнее, а регулирование протекает более устойчиво (уровень воды в баке → чем больше вместимость, тем меньше изменяется уровень воды при изменении прихода или расхода).

Коэффициент емкости (Кс) - количество энергии или вещества, которое необходимо подвести к объекту регулирования или отвести от него, для того, чтобы изменить регулируемую величину Х на единицу измерения

Кс = С / Х

Этот коэффициент может быть постоянным или переменным.

Чувствительность к возмущению (υ) – величина, обратная Кс

Самовыравнивание – способность самостоятельно, без участия регулятора, входить в новый, статический режим работы (если уменьшить напряжение, то нагревательные элементы будут меньше нагревать печь, температура в печи уменьшится и достигнет нового установившегося значения).

Если объект обладает самовыравниванием, то он называется статическим.

Другие объекты относятся к астатическим. В них регулирование выполнить очень сложно.

Степень самовыравнивания (ρ) - способность к самовыравниванию характеризуется

ρ = dq / dx₀

где dq – относительная разность между приходом и расходом вещества или энергии;

dx₀ = Х / Хн

Х – текущее значение регулируемой величины;

Хн – номинальное значение регулируемой величины.

Чем выше ρ тем меньше время переходного процесса (τ_пп) и выше качество объекта регулирования

Инерционность – способность к замедлению накапливания или расходования энергии (вещества) из – за наличия сопротивлений.

Запаздыванием называется отставание регулируемой величины от изменения расхода (накапливания) энергии (вещества).

Запаздывание характеризуется временем полного запаздывания (τ_п)

τ_{п =} τ_т + τ_е

где τ_т - транспортное запаздывание – время, в течение которого регулируемая величина не изменяется, несмотря на изменение регулирующего воздействия (в печи не все углы прогреваются сразу).

Чем ближе первичный преобразователь (регулятор) к объекту регулирования, тем меньше τ_т.

Чем больше нагрузка (количество электроэнергии), тем меньше τ_т.

Чем больше емкость (объем) объекта регулирования, тем больше τ_т.

τ_е – емкостное запаздывание – определяется как интервал времени, затрачиваемый на преодоление межъемкостного сопротивления. Величина емкостного запаздывания зависит от сопротивления (гидравлического, механического) между емкостями.

Чем больше количество последовательно включенных емкостей, тем больше τ_е.

Время разгона – (τ_а) – время, в течение которого регулируемая величина Х изменяется от нуля до заданного значения при мгновенном 100% изменении регулирующего воздействия Y (скачка) и последующем постоянстве его воздействия.

Время разгона является мерой инерционности объекта и увеличивается при увеличении емкости объекта регулирования.

Для определения времени разгона составляют кривую разгона, которая показывает изменение регулируемой величины Х во времени (рис.86а, с. 14).

τ_о – момент подачи регулирующего воздействия Y;

τ_а – момент достижения регулируемой величины Х максимального (заданного) значения).

τ_а = ηТ

где η – коэффициент нагрузки объекта регулирования;

η = нагрузка объекта в данном режиме / максимальная нагрузка.

Т – постоянная времени объекта регулирования;

Постоянная времени объекта (Т) – время разгона при отсутствии самовыравнивания. Для определения постоянной времени объекта по кривой разгона проводят касательную к кривой разгона из начальной точки этой кривой до установившегося значения Х.

Т = 1 / υρ

где ρ – степень самовыравнивания объекта регулирования;

υ – чувствительность объекта регулирования .

Чем больше постоянная времени объекта, тем хуже объект поддается регулированию.

Чем больше число емкостей объекта, тем больше постоянная времени объекта (рис. 86б, с.14).