Тема 2 – «Энергетическая установка,

как объект автоматического регулирования»

Объект регулирования является главным звеном в АСР, его свойства существенным образом влияют на характер регулирования.

Каждый объект регулирования можно охарактеризовать одним или несколькими количественными или качественными величинами (температура, мощность, скорость и др., которые могут изменяться в широких пределах, причем чаще всего законы этих изменений во аремени произвольные и носят случайный характер.

Пример. Энергетические установки, как объекты регулирования могут быть весьма разнообразными. Объектом регулирования может быть как сама энергетическая установка, например газовая и паровая турбины, паровые котлы, компрессоры, кондиционеры, теплообменные аппараты, пневматические и гидравлические емкости, так и отдельные их узлы и устройства.

2.1. Классификация объектов регулирования и их структура.

По своей структуре и функциональной сложности объекты подразделяются на простые и сложные.

Простые объекты регулирования имеют в основе одну регулируемую величину, например температуру, давление, число оборотов и тд..

В большинстве случаев объекты регулирования являются сложными, в которых требуется одновременно регулировать несколько параметров различных или однородных физических величин.

Пример. В качестве примера сложного объекта можно представить котельную установку, в которой регулированию подлежат одновременно три параметра: уровень воды в барабане, давление пара и соотношение топливо-воздух.

Состояние объекта регулирования определяется рядом величин и характеризуются как воздействием на объект внешней среды, так и протекающими процессами внутри самого объекта.

Величины, характеризующие воздействие и состояние объекта регулирования приведены на схеме рис.2.1.

Рисунок 2.1. Виды воздействий и состояний объекта регулирования

На схеме обозначены: - совокупность регулируемых величин;

- совокупность регулирующих воздействий;

- совокупность возмущающих воздействий.

Если объект регулирования характеризуется одной регулируемой величиной y и одним регулирующим воздействием x, то есть векторы и имеют по одной координате, то такой объект, как это было сказано выше, называетсяпростым или односвязанным.

Пояснение. Для таких объектов регулирования в качестве автоматических систем регулирования, используются автоматические системы стабилизации, т.е. действие которых основано на принципе отклонения. На их работу не влияет число входных возмущающих воздействий F{F₁ …F_k}, так как все они, в большей или меньшей степени, компенсируются одним регулирующим воздействием x.

Если в объекте подлежит регулирования не одна, а несколько выходных величин y{y_1…y_n}, то возможно построение АСР отдельно для каждой из них. Качество регулирования будет высоким, если между регулируемыми параметрами объекта отсутствуют связи.

Пример: объектом регулирования является аппарат, в котором одновременно регулируется уровень жидкости и давление в нем.

Если в объекте регулирования имеются связи между отдельными регулируемыми величинами y и регулирующим воздействием x, т.е. имеются несколько (рис.2.2.) взаимно связанных координат векторов y и x, то такие объекты называются многосвязанными.

Рисунок 2.2. Параметрическая схема многосвязанного объекта регулирования.

В представленном на рисунке объекте состояние размерных величин определяется функциональной связью: y₁=f(x₁, x_n), y₂=f(x₁, x₂); y_m=f(x₁, x₂, x_m).

Для таких объектов применяются системы связанного регулирования которые позволяют поддерживать на заданном уровне связанные между собой величины путем воздействия на одино из регулирующих воздействий. В этом случае, если автоматические регулирующие устройства будут управлять отдельно каждый из взаимосвязанных величин, то такое регулирование приведет к ухудшению общего процесса регулирования объекта.

Пример. регулирование заданной концентрации раствора и его температуры; регулирование количества вещества и его плотности.

Объекты регулирования подразделяются на объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами.

Объекты с сосредоточенными параметрами это такие, в которых регулируемая величина y в состоянии равновесия объекта имеет везде одинаковые значения.

Примерами таких объектов в холодильных энергетических установках могут служить конденсаторы, где регулируемой величиной является давление конденсации Р_к, циркуляционный ресивер с регулируемой величиной – уровень жидкого холодильного агента.

Динамические свойства объектов регулирования с сосредоточенными параметрами описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.

Объектами с распределенными параметрами называются такие, в которых регулируемая величина y в равновесном или переходном режимах имеет неодинаковые значения в различных точках объекта. В реальных объектах регулируемая величина обычно заметно изменяется в зависимости от места измерения.

Пример: К объектам с распределенными параметрами можно отнести трубопроводы по которым перекачивается жидкость, холодильные камеры в которых температура воздуха возле испарителя всегда ниже чем в удаленных от него местах.

Динамические свойства таких объектов описываются дифференциальными уравнениями в частных производных. Для упрощения расчетов в большинстве случаев за регулируемую величину принимается среднее ее значение y_ср, сосредоточенное в одной точке (температура в середине холодильной камеры).