Лабораторная работа № 9 экспериментальное определение статической и динамической характеристик объекта управления

1 Цель работы

1. Изучить статический и динамический режимы работы САР.

2. Изучить методику экспериментального определения характеристик на физической и имитационной моделях объекта управления.

3. Приобрести навыки расчета динамических параметров объекта управления по полученной характеристике.

2 Общие положения Общие сведения о статических характеристиках объектов управления

Автоматизация процессов металлургического производства осуществляется с помощью разнообразных технических средств, объединенных в системы управления.

Основным элементом системы является объект, в котором протекает управляемый процесс. Объектами управления (ОУ) могут быть как отдельные параметры, так и весь технологический процесс: металлургические агрегаты или цехи, отдельные предприятия или целые отрасли промышленности.

Создание условий, обеспечивающих требуемое направление протекания процесса, на основании анализа поступающей с объекта информации, называется управлением.

Процесс управления состоит из следующих этапов:

• получение информации о задачах и целях управления;

• получение информации о текущем состоянии и поведения ОУ в переходном режиме;

• проведение анализа полученной информации, принятие решения на управление;

• реализация принятого решения, контроль прохождения управляющего воздействия на объект и анализ качества управления.

Для обеспечения эффективного управления очень важно иметь информацию о характерных особенностях ОУ, которую получают при помощи анализа статических и динамических характеристик объекта.

Зависимость выходной (регулируемой) величины Y от входной (регулирующее воздействие) X в установившемся режиме называется статической характеристикой объекта.

Установившимся режимом называется такое состояние ОУ или системы, при котором все переходные процессы закончены.

В качестве входной величины X обычно используется положение регулирующего органа или процент хода перемещения вала ИМ системы регулирования. Статическая характеристика позволяет определить границы управляемости объекта, т.е. в каких пределах Y_min – Y_max может изменяться регулируемый параметр при изменении X от X_min до X_max, где минимальное и максимальное значения входного параметра ограниченны концевыми выключателями ИМ.

Примерный вид статических характеристик представлен на рис. 1(а, б, в).

Рис.1. Виды статических характеристик

Статические характеристики могут быть линейными (рис.1,а), нелинейными (рис.1,б) и экстремальными (рис.1,в).

По статической характеристике можно определить один из важнейших параметров объекта управления – коэффициент передачи – .

. (27)

Коэффициент передачи равен отношению приращения выходной величины к приращению входной .

Объект считается линейным, если коэффициент передачи является постоянной величиной на всем диапазоне изменения входной величины. Линейную зависимость можно выразить следующим уравнением:

или , (28)

где – значение параметра при начальном значении .

Линейными объектами управлять значительно проще, так как несложно прогнозировать выходное значение при изменении входного параметра .

Объект считается нелинейным, если коэффициент передачи является переменной величиной, зависящей от входного параметра .

Экстремальные статические характеристики можно отнести к существенно нелинейным характеристикам, коэффициент передачи которых меняет знак при переходе статической характеристики через минимум или максимум. Одному значению соответствует два значения и . В качестве примера нелинейной экстремальной характеристики можно привести характеристику процесса горения топлива в рабочем пространстве методической печи (рис. 2).