20. Самовыравнивание. Объекты без самовыравнивания (нейтральные или астатические).

Состояние объекта может быть нарушено в результате изменения материальных или энергетических потоков, т.е. нанесением на объект возмущающих воздействий. По способности восстанавливать равновесное состояние после нанесения на объект возмущающего воздействия объекты делят на нейтральные, устойчивые, неустойчивые.

Выходные величины нейтральных объектов не оказывают воздействия на приток или сток вещества или энергии, т.е. в нейтральных объектах отсутствует внутренняя обратная связь. При нарушении равновесия в объекте скорость изменения выходной величины пропорциональна величине возмущающего воздействия, т.е. при наличии не скомпенсированного возмущающего воздействия статический режим в нейтральном объекте не возможен. Пример: гидравлический резервуар. Жидкость из резервуара откачивается насосом, производительность которого не зависит от уровня жидкости в резервуаре. Уравнение материал.баланса резервуара: (F_вх- F_вых)dτ=dV, где V – объем жидкости в резервуаре, м³; F_вх- приток жидкости, м³/с; F_вых- расход жидкости, м³/с; τ – время, с.скорость изменения объема жидкости в резервуаре: dV/dτ= F_вх- F_вых. Принимая площадь поперечного сечения резервуара постоянной по высоте (А=const), тогда скорость: dL/dτ=1/A(F_вх- F_вых). Скорость изменения уровня жидкости в резервуаре пропорциональна разности между притоком и расходом жидкости. Если F_вх=F_вых, то скорость изменения уровня жидкости равна нулю и уровень жидкости постоянен во времени. Если, например, в момент времени τ=0, до которого резервуар находился в статическом режиме (приток F_вх,0 был равен стоку F_вых,0), скачкообразно увеличить приток F_вх (резко открыть клапан), то при F_вых = const уровень жидкости в резервуаре начнет возрастать, что может привести к нарушению работы объекта. Передаточная функция объекта: W(s)=1/As. Переходная характеристика рассматриваемого объекта: ΔL(τ)=L(τ)-L₀ = (F_вх- F_вых)τ/A. Переходный процесс в нейтральном объекте, соответствующий ступенчатому изменению расхода жидкости, представлен кривой разгона.

Нейтральные объекты второго порядка: состоящий из двух цилиндрических аппаратов, соединенных между собой трубопроводом, на котором установлен вентиль с гидравлическим сопротив R. Жидкость из объекта отводится насосом, производительность которого не зависит от уровня жидкости во втором аппарате. Первый аппарат объекта обладает самовыравниванием, но второй аппарат явл нейтральным звеном, поэтому объект в целом нейтрален. При повышении уровня L₁ в первом аппарате увеличивается гидростатический напор, что приводит к увеличению стока F₁ жидкости во второй аппарат. Через некоторое время сток F₁ из первого аппарата сравняется с притоком F, и уровень L₁ перестает расти. В начальный момент времени скорость изменения уровня L₂ во втором аппарате равна нулю, а потом постепенно нарастает за счет увеличения F₁, достигая постоянного значения, определяемого разностью F₁-F₂ и площадью поперечного сечения второго аппарата.