Определение параметров переходных характеристик

Для определения динамических свойств обьекта на практике чаще всего используют методику снятияпереходной характеристики.При определении динамических характеристик обьекта по его переходной характеристике (кривойразгона) на вход подается или ступенчатый пробный сигнал или прямоугольный импульс – см.раздел 2.3.Во втором случае переходная характеристика (кривая отклика) должна быть достроена досоответствующей кривой разгона.Процесс получения передаточной функции обьекта, исходя из данных о переходном процессе,называется идентификацией обьекта.

При снятии переходной характеристики необходимо выполнить ряд условий,
представленных в таблице1:

Таблица1 - Условия снятия переходной характеристики

No Условия
1 Если проектируется система стабилизации технологического параметра, то переходная характеристикадолжна сниматься в окрестности рабочей точки процесса.
2 Переходные характеристики необходимо снимать как при положительных, так и отрицательных скачкахуправляющего сигнала. По виду кривых можно судить о степени асимметрии обьекта. При небольшойасимметрии расчет настроек регулятора рекомендуется вести по усредненным значениям параметровпередаточных функций. Линейная асимметрия наиболее часто проявляется в тепловых обьектахуправления.
3 При наличии зашумленного выхода желательно снимать несколько переходных характеристик (кривыхразгона) с их последующим наложением друг на друга и получением усредненной кривой.
4 При снятии переходной характеристики необходимо выбирать наиболее стабильные режимы процесса,например, ночные смены, когда действие внешних случайных возмущений маловероятно.
5 При снятии переходной характеристики амплитуда пробного входного сигнала должна быть, с однойстороны, достаточно большой, чтобы четко выделялась переходная характеристика на фоне шумов, а,с другой стороны, она должна быть достаточно малой, чтобы не нарушать нормального ходатехнологического процесса.

Примечание к таблице1:
Начальные условия снятия переходной характеристики:
В начальный момент необходимо, чтобы система управления находилась в покое, т.е. егулируемаявеличина X (например, температура в печи) и управляющее воздействие регулятора Y (выход регулятора наисполнительный механизм) не изменялись, а внешние возмущения отсутствовали.Например, температура в печи оставалась постоянной и исполнительный механизм не изменяетсвоего положения. Затем на вход исполнительного механизма подается ступенчатое воздействие, например, включается нагреватель. В результате состояние обьекта начинает изменяться.

Определение динамических характеристик обьекта управления с самовыравниваниемпо его переходной характеристике

Самовыравниванием процесса регулирования называется свойство регулируемого объекта посленарушения равновесия между притоком и расходом вернуться к этому состоянию самостоятельно, безучастия человека или регулятора. Самовыравнивание способствует более быстрой стабилизациирегулируемой величины и, следовательно, облегчает работу регулятора.Процесс изменения параметра Х(t) и его переходная характеристика h(t) изображена на рис.1.Сняв кривую разгона, и оценив характер обьекта управления (с самовыравниванием или без) можноопределить параметры соответствующей передаточной функции.

Передаточную функцию вида

рекомендуется применять для обьектов управления сявно выраженной преобладающей постоянной времени. Перед началом обработки переходнуюхарактеристику (кривую разгона) рекомендуется пронормировать (диапазон изменения нормированнойкривой от 0 до 1) и выделить из ее начального участка величину чистого временного запаздывания.

ПРИМЕР.
При подаче на вход некоторого обьекта ступенчатого воздействия была получена
переходная характеристика (см. пример на рис. 1). Требуется определить параметры переходной
характеристики.

Определение динамических характеристик обьектов по кривой разгона производится методом
касательной к точке перегиба
переходной характеристики (кривой разгона).В данном случае точка перегиба соответствует переходу кривой от режима ускорения к режимузамедления темпа нарастания выходного сигнала.

Рисунок 1 - Переходная характеристика (кривая разгона) обьекта с самовыравниванием

По виду переходной характеристики можно определить динамические свойства объекта: К, Хуст, ?d, Т, R.

  1. Динамическим коэффициентом усиления называется величина, показывающая, во сколько раз данное звено усиливает входной сигнал (в установившемся режиме), и равна отношению величины технологического параметра Хуст в установившемся режиме к выходной величине У:

    Коэффициент усиления объекта К для объектов с самовыравниванием является величиной, обратной коэффициенту самовыравнивания (К = 1/с).
  2. Установившееся значение выходной величины Хуст - это значение Х при . Например, максимальное значение температуры в печи, которое может быть достигнуто при установленной мощности нагревателя.
  3. В системах автоматического регулирования, после получения возмущающего воздействиярегулируемый параметр изменяется не мгновенно, а через некоторое время. Это время называется запаздыванием процесса в объекте. Различают емкостное и транспортное (передаточное) запаздывание. Емкостное запаздывание зависит от емкости объекта регулирования. Паровой котел - по уровню воды в барабане, например, обладает емкостным запаздыванием. Транспортным (динамическим) запаздыванием называется промежуток времени от момента изменения входной величины У до начала изменения выходной величины Х. Например, это может быть время после включения нагревателя, за которое температура в печи достигнет значения ?0,1Хуст. Чем больше, время полного запаздывания ?d - тем труднее регулировать такой процесс. Из наиболее часто регулируемых параметров наибольшим - запаздыванием обладают объекты, в которых регулируется температура, а наименьшим - объекты, в которых поддерживается расход жидкости.
  4. Постоянная времени обьекта Т может быть определена в соответствии с рис1. Постоянная времени обьекта достаточно точно может быть определена как время, за которое температура достигнет значения 0,63*Хуст минус ?d1
  5. Максимальная скорость изменения параметра R - наклон переходной характеристики, может быть определено по формуле:
  6. R = Xуст / Т

Определение динамических характеристик обьекта управления без самовыравнивания по его переходной характеристике

Рисунок 2 - Переходная характеристика (кривая разгона) обьекта без самовыравнивания

Для обьектов без самовыравнивания устойчивое функционирование системы без регулятора невозможно.Для объекта без самовыравнивания коэффициент усиления определяется как отношениеустановившейся скорости изменения выходной величины Х к величине скачка входного сигнала У:

Величина динамического запаздывания в объекте определяется так, как показано на рис.2 Для регуляторов с релейным выходом на объект подается 100% мощности. В ряде случаевдлительное воздействие такой мощности недопустимо. В этом случае допускается выключениенагревательного элемента после определения и R. При этом скорость изменения температуры достаточно точно можно определить после достижениявеличиной Х значения ?0,3Хуст. Тогда скорость изменения температуры R и постоянная времени Т определяются по формулам: