Динамическая характеристика объекта показывает, как регулируемая величина в результате регулирующего воздействия изменяется во времени. Изменение регулируемой величины зависит от свойств объекта и от характера возмущения. Наихудшие условия для регулирования имеют место при скачкообразном возмущении. Поэтому параметры объекта принято определять по динамической характеристике, представляющей собой изменение регулируемой величины во времени при скачкообразном изменении положения регулирующего органа. Такая характеристика называется переходной характеристикой объекта или характеристикой разгона.
В зависимости от динамических свойств простые регулируемые объекты подразделяются на статические и астатические.
Статические объекты. На рис. 5.1, а показан статически устойчивый объект регулирования, обладающий самовыравниванием. Регулируемой величиной у является высота уровня жидкости в баке, а регулирующей величиной х — количество воды, поступающей в бак. Жидкость из бака вытекает по трубопроводу самотеком. На рис. 5.1,6 Х\ и у\ соответствуют установившемуся процессу. При скачкообразном увеличении поступления жидкости уровень в баке будет возрастать. Выход жидкости из бака вследствие увеличения уровня также начнет увеличиваться до тех пор, пока не наступит баланс между притоком и выходом жидкости при новом установившемся уровне жидкости. Параметры Хч и у2 соответствуют новому установившемуся значению.
С уменьшением поступления жидкости установится соответственно более низкий уровень. Чем больше величина самовыравнивания, тем меньше отклонение регулируемой величины от состояния равновесия, имевшего место до приложения возмущающего воздействия. Самовыравнивание способствует стабилизации регулируемой величины в объекте. Большинство объектов регулирования, встречающихся на практике, обладает самовыравниванием.
Астатические объекты. Регулируемые объекты, не обладающие самовыравниванием, называются астатическими; они не обладают восстанавливающей силой, которая противодействует нарушению равновесия в объекте. При отсутствии возмущающего воздействия астатический объект может находиться в состоянии равновесия при любых значениях регулируемой величины. При нарушении равновесия процесса скорость изменения регулируемой величины пропорциональна величине возмущающего воздействия.
Отсутствие самовыравнивания ухудшает управляемость объекта. На рис. 5.2 дан пример астатического объекта регулирования, не обладающего способностью самовыравнивания. Жидкость в данном случае не вытекает самотеком, а откачивается насосом Я. Регулируемой величиной у, так же как и в предыдущем примере, является высота уровня жидкости в баке, а регулирующей величиной х— количество воды, поступающей в бак. Если расход жидкости, откачиваемой насосом из бака, не зависит от уровня в баке, то при скачкообразном изменении количества поступающей в бак жидкости уровень начнет неограниченно расти или падать с постоянной скоростью. Точно так же будет вести себя уровень при изменении производительности насоса.
Скорость разгона в объектах без самовыравнивания является единственным параметром, характеризующим свойства объекта регулирования. В данном примере скорость разгона определяется емкостью бака. При меньшей емкости скорость изменения уровня при прочих равных условиях больше, и этому соответствует большая скорость разгона объекта регулирования. Статическая характеристика у такого объекта практически отсутствует. Установившееся значение уровня в баке возможно только при равенстве поступления жидкости в бак и производительности откачивающего насоса. Такое равенство, однако, является состоянием неустойчивого равновесия: даже незначительное изменение расхода или поступления жидкости приведет к непрерывному падению или росту уровня в баке.
Управляемые объекты подразделяются на одно и много емкостные. Объекты, как правило, обладают способностью накапливать с течением времени один какой-либо вид энергии или материи. Емкость объекта характеризует его аккумулирующую способность. Чем меньше емкость объекта, тем больше скорость изменения регулируемой величины при одном и том же изменении регулирующей величины, тем чувствительнее объект к возмущениям. Объекты с большой емкостью более устойчивы.
Одно емкостные объекты. Объекты, состоящие из одной емкости и сопротивления, называются одно емкостными объектами.
К ним относятся все аппараты, в которых регулируются такие величины, как давление газа или пара, уровня или расхода жидкости при отсутствии значительных гидравлических сопротивлений. Примеры объектов, приведенные на рис. 5.1 и 5.2, относятся к одно емкостным объектам.
Много емкостные объекты. Большинство промышленных управляемых объектов имеют не одну, а несколько емкостей, отделенных друг от друга сопротивлением, затрудняющим переход вещества или энергии из одной емкости в другую. Такие объекты называются много емкостными. Двух емкостный объект можно рассматривать как систему, составленную из двух последовательно соединенных одно емкостных объектов. Примером может служить система, приведенная на рис. 5.3, а.
Две емкости 1 и 2 соединены последовательно. В емкость 1 наливается жидкость, вызывающая изменение уровня в первом объекте. Из емкости 1 жидкость через сопротивление 3 протекает в емкость 2, на выходе из которой также установлено сопротивление 4. При скачкообразном увеличении притока жидкости в емкость / уровень в ней будет возрастать, стремясь к новому значению; это вызовет увеличение расхода жидкости, проходящей через сопротивление, повышение уровня жидкости во втором объекте до значения щ и в итоге — возрастание расхода воды на выходе из объекта.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100