1.2. Показники якості процесів регулювання
Ці показники діляться на дві категорії:
- показники якості в сталому режимі – статичні параметри САР;
- показники якості в перехідних режимах – динамічні параметри САР.
Основним статичним параметром САР є величина статичної помилки:
Величина називається статизмом системи. Якщо ≠0, система називається статичною (є деяка помилка в сталому режимі). Якщо ж =0, система називається астатичною (у сталому режимі помилка відсутня).
Динамічні параметри САР прийнято характеризувати у вигляді її реакції на так звані стандартні дії, що управляють, основним з яких є одиничний стрибок – стрибкоподібна зміна дії, що управляє, від нуля до деякого заданого значення, прийнятого у відносних величинах за одиницю:
Рис. 1.2.
Реакція САР на одиничний стрибок називається перехідною характеристикою. Типові перехідні характеристики мають вигляд, наведений на рис. 1.3.
По вигляду перехідної характеристики САР діляться на:
а) аперіодичні – перехідна характеристика – експонента (крива 1 на рис. 1.3.);
б) коливальні – перехідна характеристика – затухаючі коливання (крива 2 на рис. 1.3.).
Рис. 1.3. Типові перехідні характеристики САК
По перехідній характеристиці можна визначити основні динамічні показники САК:
Час регулювання (tрег) – мінімальний час, через який вихідна величина X(t) відрізнятиметься від сталого значення не більше, ніж на 5%. Для приведених на рис. 1.3 характеристик час регулювання для кривої 1 дорівнює tрег1, для кривої 2 – tрег2.
Перерегулювання (тільки для коливальної перехідної характеристики) – визначається виразом:
Важливим динамічним параметром САР являється стійкість – здатність повертатися в сталий стан при допустимих змінах дій, що управляють або збурюють. Як приклад на рис. 1.3 показана пунктирною лінією перехідна характеристика нестійкої САК. Детально питання стійкості розглядаються в наступних розділах.
1.3. Об'єкти регулювання і їх властивості
Об'єкт регулювання є основною частиною САР. Він являється незмінною частиною системи, оскільки його характеристики визначаються конструктивними і технологічними особливостями конкретного агрегату. Від властивостей об'єкту визначальним чином залежать властивості і характеристики системи. Як і САР в цілому, об'єкт регулювання характеризується статичними і динамічними параметрами. Статична характеристика об'єкту – це залежність регульованого параметра Хвих від дій, що управляють або збурюють: Хвих (Fупр) або Хвих (Fбен). Найпростіша статична характеристика – лінійна залежність Хвих = К•Fупр. Багато об'єктів регулювання мають нелінійні статичні характеристики, наприклад:
а) двигун постійного струму б) нагрівальна піч в) насос
Рис. 1.4. Приклади статичних характеристик об'єктів регулювання
Двигун постійного струму незалежного збудження (характеристика а) має лінійну залежність частоти обертання якоря від напруги на якорі. Нагрівальна піч (характеристика б) має нелінійну залежність сталого значення температури від потужності нагрівача зважаючи на зростання теплових втрат із зростанням температури. Характеристика продуктивності насоса від частоти обертання його робочого колеса також нелінійна (крива в) і приблизно відповідає параболічній формі.
Динамічні параметри об'єкту характеризуються часовими залежностями вихідної величини при змінах дій, що управляють або бентежать. Основний динамічний параметр об'єкту – властивість самовирівнювання. Об'єкт із самовирівнюванням здатний самостійно відновити стан рівноваги після припинення впливу дії, що управляє або бентежить. Об'єкти, що володіють властивістю самовирівнювання, можуть управлятися як у складі замкнутої САК, так і системах без зворотного зв'язку – наприклад, нагрівальна піч. Об'єкти, що не володіють властивістю самовирівнювання, – наприклад, тепловий двигун – можуть управлятися тільки у складі замкнутих САК. Так, в установках із тепловими двигунами (наприклад, автомобілі, турбінні установки і т.п.) роль САК виконує або людина, яка вручну управляє подачею палива або енергії в двигун, або спеціальні регулятори (наприклад, центробіжні). За відсутності такого керування двигун або зупиниться при зміні зовнішніх умов, або буде неконтрольоване розганятися.
До інших динамічних параметрів об'єкту відносять також інерційність і запізнювання.
Інерційність об'єкту пов'язана з наявністю в його складі рухомих мас (супроводжується силами інерції), теплоємностей, електричних ємностей або індуктивностей і інших накопичувачів енергії.
Запізнювання є відставанням зміни регульованої величини від моменту подачі або зняття дії. Розрізняють так зване транспортне, або чисте запізнювання, і інерційне запізнювання.
Транспортне запізнювання пов'язане з наявністю в каналі дії трубопроводів, транспортерів і т.п. Наявність такого запізнювання значно ускладнює процес регулювання, тому на практиці прагнуть до максимально можливого зменшення транспортного запізнювання, розташовуючи регулюючі органи на ближчій відстані від об'єкту, і т.п.
Інерційне запізнювання обумовлене наявністю в каналі дії теплових, гідравлічних і інших опорів.
Більшість металургійних об'єктів є об'єктами з самовирівнюванням і запізнюванням (наприклад, нагрівальні печі).