МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Кафедра “Автоматизації

теплових і хімічних процесів”

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ВИЗНАЧЕННЯ

ПАРАМЕТРІВ ОБ’ЄКТІВ РЕГУЛЮВАННЯ

МЕТОДОМ КРИВОЇ РОЗГОНУ

І МЕТОДОМ ІМПУЛЬСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Інструкція до лабораторної роботи № 4

з дисципліни “Основи автоматики й автоматизації”

для студентів базового напряму 6.092500

“Автоматизація і комп’ютерно-інтегровані технології”

Львів Львівська політехніка 2006

Мета роботи: засвоєння методики експериментального визначення параметрів об’єктів регулювання за допомогою кривої розгону та імпульсної характеристики.

Необхідна теоретична підготовка: знання загальних властивостей об’єктів регулювання, таких як ємність, самовирівнювання і запізнювання, та методики визначення параметрів об’єктів регулювання з використанням експериментально отриманих кривої розгону та імпульсної характеристики.

Основні відомості

Об’єкт автоматичного регулювання є однією із складових ланок у структурній схемі системи автоматичного регулювання. Тому властивості системи автоматичного регулювання у значній мірі визначаються властивостями об’єкта регулювання. У зв’язку з цим характер процесу регулювання для заданого збурення на систему автоматичного регулювання залежить не тільки від вибраного закону регулювання, типу автоматичного регулятора і значень параметрів його настроювання, а й від властивостей об’єкта регулювання і значень його параметрів. Звичайно властивості об’єкта регулювання, такі як ємність, самовирівнювання і запізнювання, а також значення його параметрів залежать від конструктивних характеристик об’єкта регулювання, значень матеріальних і енергетичних потоків через об’єкт, властивостей і параметрів стану цих потоків, і є заданими ще під час проектування і виготовлення цього об’єкта. Після чого змінювати їх практично не можливо. Тому для отримання бажаного оптимального процесу регулювання слід відповідно вибрати тип регулятора за законом регулювання (П-, І-, ПІ-, ПД- чи ПІД-регулятор) і параметри його настроювання. При цьому необхідно знати властивості об’єкта регулювання і оцінити їх кількісно, тобто треба визначити значення параметрів цього об’єкта.

Аналітичні методи визначення параметрів об’єктів регулювання поки що недостатньо розроблені і не забезпечують високої точності, тому, як правило, віддають перевагу експериментальним методам визначення параметрів. Причому найчастіше

1. Метод кривої розгону

Кривою розгону, або перехідною характеристикою об’єкта регулювання називають залежність його вихідної величини від часу при подачі на вхід об’єкта миттєвого стрибкоподібного збурення.

Під час експериментального визначення кривої розгону (перехідної характеристики) об’єкта регулювання його доводять до стану рівноваги, стабілізуючи вхідні і вихідні величини об’єкта. Після того, як протягом 2-3 хв. ці величини не змінюються за значенням у часі, на вході об’єкта задають стрибкоподібне збурення, змінюючи значення однієї з вхідних величин приблизно на 10-20% від максимального її значення.

Збільшувати збурення понад 20% недоцільно через те, що це порушує нормальний технологічний процес і призводить до погіршення точності результатів через вплив нелінійності об’єкта. Разом з тим невелике збурення (менше 10%) знижує точність експериментальних даних, так як вплив випадкових факторів (змін інших вхідних величин за випадковими обставинами) виявляється співмірним з впливом заданого збурення.

Зміни вихідної величини об’єкта регулювання в часі після нанесення збурення доцільно безперервно фіксувати на діаграмній стрічці записуючого пристрою до моменту встановлення нового стану рівноваги (у випадку об’єкта з самовирівнюванням) або до тих пір, поки швидкість зміни вихідної величини не стане постійною (у випадку об’єкта без самовирівнювання).

Отримана таким чином експериментальна крива залежності вихідної величини об’єкта регулювання від часу дає можливість визначити всі параметри об’єкта, необхідні для правильного вибору типу регулятора за законом регулювання і розрахунку його настроювальних параметрів.

Криві розгону (перехідні характеристики) об’єктів регулювання з різними динамічними властивостями зображені на рис. 1.

Рис.1. Перехідні характеристики об’єктів регулювання: а- зміна в часі вхідної величини; б- зміна в часі вихідної величини в об’єкті з самовирівнюванням; в- зміна в часі вихідної величини в об’єкті без самовирівнювання.

1.1. Визначення параметрів об’єкта із самовирівнюванням (рис. 1б)

Змінюючи максимальне відхилення вихідної величини , і знаючи величину збурення , можна знайти коефіцієнт самовирівнювання :

[(розмірність вхідної величини)/(розмірність вихідної величини)], (2)

і коефіцієнт передачі об’єкта :

[(розмірність вихідної величини)/(розмірність вхідної величини)] (3)

В точці перегину перехідної характеристики (максимальної швидкості зміни вихідної величини об’єкта) проводять дотичну і, продовжуючи її до перетину з горизонтальними лініями на висоті і , отримують на рівні відрізок, який позначають часом запізнення

Інерційність об’єкта характеризується швидкістю розгону або сталою часу . Швидкість розгону визначають із залежності:

[(розмірність вихідної величини)/(розмірність вхідної величини і часу)], (4)

Сталу часу визначають за і :

[розмірність часу]; (5)

1.2. Визначення параметрів об’єкта без самовирівнювання (рис. 1в)

До кривої розгону проводять асимптоту, яка відрізає на осі абсцис час запізнювання . Швидкість розгону визначають за формулою, як і для об’єкта з самовирівнюванням. Коефіцієнт самовирівнювання в даному випадку дорівнює нулю.

Величину T_а, протилежну швидкості розгону, називають часом розгону об’єкту. Її значення може бути визначене з виразу:

. (6)