2. Статические и динамические характеристики

Для расчета автоматических режимов и построения систем регулирования необходимы знания об объекте управления, которые обычно представляются в виде статических и динамических характеристик.

Статическая характеристика – зависимость выходной величины у от входной х в установившемся режиме. Ее можно изобразить в плоскости координат у, х (рис.III.4а).

а)	б)
Рис.III.4.Типичный (а) и сравнительный (б) графики статистической характеристики.

Статические характеристики позволяют оценить степень влияния одних величин на другие. На рис.III.4б показана зависимость величины А от величин Б и В, из чего следует, что даже большие изменения величины Б не оказывают заметного влияния на величину А. Поэтому нецелесообразно использовать величину Б и для внесения регулирующих воздействий. Изменения же величины В вызывают сравнительно сильное воздействие на величину А.

Динамические характеристики могут быть различного вида, но здесь будем рассматривать так называемую кривую разгона – реакцию объекта на скачкообразные изменения входной величины (рис.III.4а). Из того, как изменяется кривая разгона y(t), т.е. как объект управления «разгоняется» и выходит на новое установившееся значение, видно, как велики в нем запаздывание, инерционность и т.д.

а)	б)
Рис.III.4. Типичный график кривой разгона и сравнительный график динамических характеристик.

Исследование динамических характеристик необходимо для выбора каналов, по которым регулирующие воздействия вносятся наиболее эффективно. Из графика на рис.III.4б видно, что наименьшие запаздывания происходят при изменении входной величины В (кривая 2). При снятии динамических характеристик 2 и 1 значения возмущений по каналам величин В и Б были подобраны таким образом, чтобы новое, установившееся значение величины А в обоих случаях было одинаковым.

Получить характеристики объекта можно аналитическим методом и экспериментальными методами – активным и пассивным.

Для получения статической характеристики объекта аналитическим методом необходимо составить уравнения, связывающие выходную величину с входной в установившемся (статическом) состоянии объекта. Затем задаются различными значениями входной величины и по уравнению рассчитывают соответствующее значение выходной величины. По полученным данным строят линию статической характеристики объекта.

При поступлении ступенчатого возмущения в объект, находившийся в равновесном состоянии, возникает переходный процесс, при котором выходная величина изменяется во времени. Как указано выше, график такого процесса называют кривой разгона. Для ее получения аналитическим методом нужно решить дифференциальное уравнение, связывающее входную и выходную переменные объекта во времени.

Достоинство аналитического метода заключается в возможности составления характеристики объекта на стадии проектирования. Однако при этом трудно учесть конкретные особенности данного технологического объекта (состояние катализатора и т.п.).

Экспериментальный активный метод состоит в том, что входной переменной объекта сообщают пробные изменения (например, ступенчатой формы). Регистрируя при этом изменения выходной переменной объекта во времени, получают кривую разгона, а построив график (таблицу) зависимости между отдельными значениями входной величины и установившимися значениями выходной величины, получают статическую характеристику объекта.

Достоинство экспериментального метода состоит в его простоте, а также в том, что не требуется значительного времени для наблюдения и обработки результатов. Однако в действующие технологические аппараты не всегда можно вносить изменения входных переменных. Кроме того, в ряде случаев невозможно проследить реакцию объекта только на пробные изменения, так как в объекты, как правило, поступают и другие воздействия.

Пассивный (статистический) метод основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации. В течение, длительного времени фиксируют данные нормально работающей аппаратуры, после обработки которых получают характеристики объекта.

Пассивный метод наиболее перспективен. Ограниченное применение данного метода в сравнении с активным обусловлено трудоемкостью сбора и обработки большого количества информации.