Что такое кривая разгона
Построение кривой разгона
1 Построение кривой разгона
Кривой разгона называют процесс изменения во времени выходной переменной, вызванный ступенчатым входным воздействием. Кривая разгона служит для определения динамических свойств объекта.
Запаздывание объекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени, называемым временем запаздывания.
Под постоянной времени объекта понимается время, в течение которого выходная величина достигла бы своего нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной скоростью, равной скорости ее изменения в начальный момент времени.
Коэффициент передачи объекта представляет собой изменение выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к изменению возмущения на входе [1].
Снятие кривой разгона предусматривает нанесение на объект ступенчатого возмущения путем энергичного изменения степени открытия проходного сечения регулирующего органа, при этом отмечают величину и момент нанесения возмущения. Изменения выходной величины регистрируют до тех пор, пока объект не примет установившееся значение.
Кривая разгона отличается от переходной характеристики тем, что амплитуда «скачка» может быть произвольной, в то время как переходная характеристика есть реакция объекта управления на единичный скачок по управляющей переменной [2].
Кривая разгона получается пересчетом безразмерной кривой разгона по формулам
где t – реальное время,
tб – безразмерное время,
Mt – масштаб времени,
My – масштаб регулируемой переменной,
Δy – изменение регулируемой переменной в натуральных единицах,
Δyб – изменение регулируемой переменной в безразмерном виде
Рассчитаем кривую разгона (таблица 2)
Таблица 2 – Пересчитанная кривая разгона
t, мин | 0 | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 12 | 14,4 |
Δy, мм.в.ст. | 0 | 0,043 | 0,301 | 1,075 | 1,849 | 2,494 | 3,01 |
t, мин | 16,8 | 19,2 | 21,6 | 24 | 26,4 | 28,8 | 31,2 |
Δy, мм.в.ст. | 3,354 | 3,612 | 3,784 | 3,913 | 4,042 | 1,128 | 4,171 |
t, мин | 33,6 | 36 | 38,4 | 40,8 | 43,2 | 45,6 | |
Δy, мм.в.ст. | 4,214 | 4,2355 | 4,257 | 4,3 | 4,3 | 4,3 |
Кривая разгона представлена на рисунке 1.
Определим параметры аппроксимации кривой разгона. Касательная касается кривой разгона в точке А1, соответствующей максимальной крутизне.
В соответствии с рисунком 1 коэффициент передачи равен
Коб = 4,3 / 8 = 0,54 мм.в.ст./%
где Δyуст – установившееся значение выходной переменной,
ΔU – изменение входной переменной.
Передаточная функция данной аппроксимации будет иметь вид
где Коб – коэффициент передачи объекта,
Тоб – постоянная времени (Тоб = 18 – 4 = 14 мин),
τоб – время запаздывания, (τоб = 4 мин),
S – переменная Лапласа.
2 Определение передаточной функции методом площадей
Передаточная функция второго порядка может быть представлена в следующем виде
Коэффициенты а1 и а2 вычисляются по формулам
где n – количество интервалов разбиения кривой разгона (n=19),
Δt – интервал разбиения (Δt = Мt = 2,4 мин),
+ (1 – 0,96) + (1 – 0,97) + (1 – 0,98) + (1 – 0,985) + (1 – 0,99) – 0,5 >=
мин 2
Передаточная функция второго порядка будет иметь вид
Определение передаточной функции методом площадей является более сложным по сравнению с определением по кривой разгона. Однако передаточная функция второго порядка имеет более точное представление.
Построение кривой разгона
Задание на курсовой проект
Наименование объекта регулирования – вельц печь для переработки цинковых кеков.
U – угол перемещения заслонки на трубопроводе вытяжного вентилятора, %
y – разряжение газов на входе в котел-утилизатор, мм.в.ст.
В таблице 1 представлена безразмерная кривая разгона
Таблица 1 – Безразмерная кривая разгона
Масштаб времени Мt = 2,4 мин, масштаб для регулируемой переменной Мy = 4,3
Приборный состав системы регулирования:
— дифференциальный манометр для дистанционной передачи сигнала давления – по месту;
— преобразователь сигнала от дифференциального манометра – на щите;
— показывающий и самопишущий прибор – на щите;
— регулятор импульсный – на щите;
— переключатель «ручное управление – автоматическое управление», включаемый после регулятора – на щите;
— пускатель бесконтактный реверсивный для включения исполнительного механизма – на щите;
— исполнительный механизм привода заслонки – рядом с заслонкой.
1. Построение кривой разгона
2. Определение передаточной функции методом площадей
3. Вычисление настроек регуляторов и исследование статистических свойств системы регулирования
4. Исследование устойчивости системы регулирования
5. Определение передаточной функции замкнутой системы регулирования
6. Определение качества регулирования
7. Функциональная схема системы регулирования
8. Назначение элементов системы и ее работа. Принцип действия измерительного преобразования
Введение
Основной задачей любого процесса управления является выработка и реализация таких решений, которые при данных условиях обеспечивают наиболее эффективное достижение поставленной цели.
Процессы управления совершаются над объектами управления (ОУ), под которыми понимаются части технологического процесса или агрегата, целиком технологические процессы, агрегаты, машины, цехи, производственные предприятия, коллективы людей.
Протекание всякого технологического процесса характеризуется совокупностью физических величин, на которые накладываются определенные условия. Процессом управления называется совокупность операций, необходимых для пуска, остановки ОУ, а также для поддержания и изменения в требуемом направлении величин, характеризующих технологический процесс. Целью управления технологическими процессами может быть поддержание постоянного значения физической величины с заданной точностью в установившемся и переходном режимах, изменение величины по определенной наперед заданной программе.
1 Построение кривой разгона
Кривой разгона называют процесс изменения во времени выходной переменной, вызванный ступенчатым входным воздействием. Кривая разгона служит для определения динамических свойств объекта.
Запаздывание объекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени, называемым временем запаздывания.
Под постоянной времени объекта понимается время, в течение которого выходная величина достигла бы своего нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной скоростью, равной скорости ее изменения в начальный момент времени.
Коэффициент передачи объекта представляет собой изменение выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к изменению возмущения на входе [1].
Снятие кривой разгона предусматривает нанесение на объект ступенчатого возмущения путем энергичного изменения степени открытия проходного сечения регулирующего органа, при этом отмечают величину и момент нанесения возмущения. Изменения выходной величины регистрируют до тех пор, пока объект не примет установившееся значение.
Кривая разгона отличается от переходной характеристики тем, что амплитуда «скачка» может быть произвольной, в то время как переходная характеристика есть реакция объекта управления на единичный скачок по управляющей переменной [2].
Кривая разгона получается пересчетом безразмерной кривой разгона по формулам
где t – реальное время,
tб – безразмерное время,
Mt – масштаб времени,
My – масштаб регулируемой переменной,
Δy – изменение регулируемой переменной в натуральных единицах,
Δyб – изменение регулируемой переменной в безразмерном виде
Кривые разгона, время разгона, постоянная времени разгона объектов регулирования
Для сравнения отдельных объектов по их свойствам в переходном режиме или другими словами для оценки динамических свойств объекта вводится понятие полного времени разгона – Тр.
Для понятия этого параметра рассмотрим кривую разгона, которая показывает изменение регулируемой величины объекта во времени, такую кривую можно получить, если на вход объекта скачкообразно подать входную величину и записать изменение регулируемой величины для различных моментов времени.
Рисунок – График разгона объекта обладающего самовыравниванием
Кривые разгона (кривые переходного процесса) – показывают изменение регулируемой величины у во времени в процессе самовыравнивания, при мгновенном изменении внешнего воздействия.
Временем разгона “Тр” – называется время, в течение, которого регулируемая величина изменяется от начального “ун” (нулевого) значения, до установившегося (конечного) “ук” значения, при мгновенном появлении возмущения.
Для ОР имеющих апериодический закон регулирования во времени, в практике обычно время разгона (время переходных процессов) определяется таким отрезком времени, когда значение регулируемой величины приобретает 99 % установившегося значения (ууст), т.е. ошибка принимается ε = 1%.
Для каждого объекта управления время разгона имеет свой физический смысл (например: для электродвигателя Тразг будет время от подачи напряжения до достижения номинальной частоты вращения и равномерного состояния после его пуска; у нагревательного элемента – время от подачи напряжения до получения заданной температуры).
Постоянная времени Т – это время разгона объекта при отсутствии самовыравнивания. Значение постоянной времени объекта можно определить из графика кривой разгона, если провести касательную из начальной точки кривой разгона.
Постоянной времени называется отрезок времени, в течение, которого разгон между конечным и начальным значением регулирующей величины уменьшается в е раз, где е – основание натурального алгоритма.
– экспоненциальный закон графика разгона,
t – действительное время
При условии t = Т получится уравнение с прямой
Объект управления без самовыравнивания имеет переходный процесс в виде прямой (касательная к экспоненте)
и
,
– чувствительность объекта
ρ – коэффициент самовыравнивания
1 – безъемкостный; 2 – малоемкостный; 3 – многоемкостный
Построение кривой разгона
Кривой разгона называют процесс изменения во времени выходной переменной, вызванный ступенчатым входным воздействием. Кривая разгона служит для определения динамических свойств объекта.
Запаздывание объекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени, называемым временем запаздывания.
Под постоянной времени объекта понимается время, в течение которого выходная величина достигла бы своего нового установившегося значения, если бы она изменялась с постоянной скоростью, равной скорости ее изменения в начальный момент времени.
Коэффициент передачи объекта представляет собой изменение выходной величины объекта при переходе из начального в новое установившееся состояние, отнесенное к изменению возмущения на входе.
Снятие кривой разгона предусматривает нанесение на объект ступенчатого возмущения путем энергичного изменения степени открытия проходного сечения регулирующего органа, при этом отмечают величину и момент нанесения возмущения. Изменения выходной величины регистрируют до тех пор, пока объект не примет установившееся значение.
Кривая разгона отличается от переходной характеристики тем, что амплитуда «скачка» может быть произвольной, в то время как переходная характеристика есть реакция объекта управления на единичный скачок по управляющей переменной.
Кривая разгона получается пересчетом безразмерной кривой разгона по формулам:
где t – реальное время,
tб – безразмерное время,
Mt – масштаб времени,
My – масштаб регулируемой переменной,
Δy – изменение регулируемой переменной в натуральных единицах,
Δyб – изменение регулируемой переменной в безразмерном виде
Рассчитаем кривую разгона (таблица 2)
Таблица 2 – Пересчитанная кривая разгона
t, мин | 2,4 | 4,8 | 7,2 | 9,6 | 14,4 | ||
Δy, мм.в.ст. | 0,043 | 0,301 | 1,075 | 1,849 | 2,494 | 3,01 | |
t, мин | 16,8 | 19,2 | 21,6 | 26,4 | 28,8 | 31,2 | |
Δy, мм.в.ст. | 3,354 | 3,612 | 3,784 | 3,913 | 4,042 | 1,128 | 4,171 |
t, мин | 33,6 | 38,4 | 40,8 | 43,2 | 45,6 | ||
Δy, мм.в.ст. | 4,214 | 4,2355 | 4,257 | 4,3 | 4,3 | 4,3 |
Кривая разгона представлена на рисунке 1.
Определим параметры аппроксимации кривой разгона. Касательная касается кривой разгона в точке А1, соответствующей максимальной крутизне.
В соответствии с рисунком 1 коэффициент передачи равен
Коб = 4,3 / 8 = 0,54 мм.в.ст./%
где Δyуст – установившееся значение выходной переменной,
ΔU – изменение входной переменной.
Передаточная функция данной аппроксимации будет иметь вид
где Коб – коэффициент передачи объекта,
Тоб – постоянная времени (Тоб = 18 – 4 = 14 мин),
τоб – время запаздывания, (τоб = 4 мин),
Кривой разгона звена называется зависимость выходной величины хВЫХ от времени (хВЫХ = f(t)) при скачкообразном изменении входной величины хВХ. При этом входная величина после скачкообразного изменения остаётся постоянной.
Кривая разгона (кривая переходного процесса) является одной из основных динамических характеристик звена.
Несмотря на различие объектов, кривые их разгона могут быть отнесены к нескольким характерным группам: кривые разгона апериодического, колебательного, интегрирующего звеньев и т.д. Из кривой разгона графически или графоаналитически определяются основные параметры звена.
В инженерной практике широко используется экспериментальный способ определения кривой переходного процесса (кривой разгона) при воздействии на вход объекта (элемента системы) единичного скачка или единичного импульса (снятие импульсной переходной функции или функции веса). В последующем указанные кривые переходного процесса аппроксимируются дифференциальными уравнениями.
Одним из методов получения дифференциального уравнения по кривой разгона, который можно порекомендовать студентам, является метод А. Н. Крылова, данный метод используется, если есть основания предположить, что кривая разгона может быть аппроксимирована дифференциальным уравнением второго порядка.
Более универсальным является метод площадей, хотя он требует большего объема вычислительной работы.
Подробнее изложение указанного метода и примеры его применения можно найти в учебных пособиях, а также. Для оценочных расчетов можно использовать упрощенные методы определения дифференциальных уравнений и их коэффициентов, изложенные в учебных пособиях. Во всех случаях аппроксимации кривой разгона дифференциальным уравнением представляется целесообразным построение переходного процесса по полученному дифференциальному уравнению, сопоставление его с исходной кривой разгона и оценки точности аппроксимации.
12. Законы регулирования. Импульсные и непрерывные регуляторы
ТИПОВЫЕ ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ И ИХ РЕАЛИЗАЦИЯ | |
Пропорциональные регуляторы Обобщенная структурная схема САР представлена на рис. 1. | |
а | б |
Рис. 1 Структурная схема САР: а – разомкнутой системы по каналу задающего воздействия; б – то же, но замкнутой системы | |
Рис.3 Контур регулирования температуры приточного воздуха в канале центрального кондиционера | Рис.4 График пропорционального регулирования |
Рис.5 Переходной процесс при пропорциональном (П) регулировании/i> | |
Рис.6 Структурная схема П-регулятора | Рис.7 Закон П-регулирования |
Параметром настройки регулятора является коэффициент передачи устройства обратной связи kос. Коэффициент передачи регулятора kп тем больше, чем меньше kос. Однако следует иметь в виду, что чем больше kп, тем больше постоянная времени балластного звена и тем больше искажается идеальный закон П-регулирования. | |
Пропорционально-интегральные регуляторы | |
Рис.8 Закон регулирования (а) и переходной процесс (б) при интегральном (И) регулировании | |
При этом используется как параллельное соединение пропорционального и интегрального звена (рис.8, а), так и последовательного (рис.8, б). ПИ-регулятор оказывает воздействие на регулирующий орган пропорционально отклонению и интегралу от отклонения регулируемой величины. | |
Рис.9. Структурная схема идеальныхПИ-регуляторов: а – с передаточной функцией (1.8);б – с передаточной функцией (1.10) | Рис.10. Закон ПИ-регулирования регуляторов 1 – спередаточной функцией (1.8) 2 – с передаточной функцией (1.10) |
Рис.11. Переходной процесс при пропорционально-интегральном (ПИ) регулировании | |
а | б |
в | г |
Рис.12. Структурные схемы промышленных ПИ-регуляторов | |
а | б |
Рис.13. Cтруктурная схема ПИД-регулятора (а) и закон ПИД-регулирования (б) | |