Дослідження об’єкту автоматизації

Мета роботи

4.1. Вивчити методику експериментального дослідження статичних і динамічних характеристик об’єкту регулювання.

4.2. Навчитись експериментально визначити основні параметри об'єкту.

 

Теоретичні відомості

Об’єктами автоматичного регулювання називають машини, апарати, технологічне обладнання або їх - сукупність, яким потрібна спеціально організована зовнішня дія для їх функціонування за заданим алгоритмом. В загальному вигляді об’єкт автоматизації характеризується функціональною залежністю між вихідною Х_вих і вихідною Х_вх фізичними величинами при наявності збурення і завади F.

Рис. 4.1. Схематичне зображення об’єкту автоматичного регулювання

 

Вихідна величина Х_вих характеризує стан регульованого параметру /температура, тиск, рівень, густина, концентрація, вологість і інше/ об'єкту. Вхідна величина Х_вх характеризує кількість енергії чи речовини, яка необхідна для забезпечення заданого значення регульованого параметру з врахуванням дії збурення F і завади f, які обумовлюють зміну регульованого параметру - це зміна навантаження об'єкту, втрати енергії, сировини за рахунок порушення герметичності і інше. До завад відносять дію не передбачуваних зовнішніх факторів, наприклад, зміна температури оточуючого середовища, зміни напрямку і швидкості вітру, зміни вологості і таке інше.

Кількісно Х_вх формується спеціальними самодіючими засобами керування - регуляторами.

Властивості об’єктів автоматичного регулювання /ОР/ описуються певними рівняннями в статичному /статична характеристика/ динамічному /перехідна характеристика/ режимах. Статична характеристика об'єкту являє собою залежність в усталеному режимі при постійному збуренні. Якщо ця залежність лінійна, то статична характеристика описується лінійним рівнянням

(4.1)

де К - коефіцієнт перетворення.

Якщо статична характеристика нелінійна, то при малих відхиленнях вихідної величини може бути лінеаризована, тоді

(4.2)

Перехідна характеристика об'єкту являє собою графік зміни вихідної /регульованої/ величини Х_вих в часі, якщо на вхід подається дія одиничної функції Х_вх=1(t). Загальний вигляд перехідних характеристик для типових об’єктів наведено на рис. 4.2.

З перехідної характеристики об’єкту визначають важливий параметр – сталу часу Т, яка характеризує інерційні властивості об’єкту. Стала часу Т характеризує час, за який вихідна величина Х_вих досягла би нового усталеного значення, якби швидкість зміни була постійною. Практично Т дорівнює часу, який відсікає на осі проекція дотичної до перехідної характеристики між лініями Х_вих при t=0 і Х_вих при t=∞ в момент зміни /стрибка/ вхідної величини /рис. 4.2а/ або до точки перегину /рис. 4.2 б і в/.

Якщо вхідна величина змінюється стрибком від Х_вх=0 до номінального значення Х_вх.ном, то таку перехідну характеристику називають кривою розгону /рис. 4.2./. З кривої розгону визначають час розгону об’єкту τ_р, транспортне τ_тр, перехідне τ_п, і повне τ_з запізнення, а також сталу часу Т.

Методику визначення τ_р, τ_тр, τ_п, τ_з і Т показано на рис. 4.2. Перехідний процес вважається закінченим, якщо Х_вих = 0,97Х_{вих.уст}.

Динамічні властивості об’єкту описуються диференційними рівняннями, передаточними функціями і частотними характеристиками, які в лабораторній роботі не розглядаються і вивчаються а теоретичному курсі.

Технологічний процес в об’єкті регулювання завжди зв’язаний з притоком, накопиченням, перетворенням і витратою енергії або речовини.

Здатність об’єкту до накопичення енергії чи речовини називають акумулюючою здатністю і її оцінюють коефіцієнтом ємності об’єкту К_с, який дорівнює кількості енергії чи речовини, що вводиться а об’єкт для зміни керованого параметру на одиницю його вимірювання.

С_об – ємність об’єкту;

Х_вих.зд - задане значення керованого або регульованого параметру.

Рис. 4.2 Криві розгону об’єктів: а- інерційний об’єкт без запізнення; б- інерційний об’єкт із перехідним запізненням; в- інерційний об’єкт із перехідним і транспортним запізненням.

Експериментальна частина

4.3.1. Ознайомитись з електричною схемою дослідної установки /рис. 4.1./, віднайти усі елементи схеми на передній панелі лабораторної установки /рис. 4.2./.

4.3.2. Перевірити наявність води в бачку 1 по покажчику рівня II /рис. 4.2./ і, якщо рівень менший допустимого /червона риска на покажчику II/, - долити води і її рівень L, записати в таблицю 4.1a.

4.3.3. Дослідити криву розгону /динамічну характеристику /об'єкту. Для цього повернути ручку автотрансформатора Т проти годинникової стрілки до обмеження, встановити пристрій натягу діаграмної стрічки, увімкнути SА, живлення приладу КСМ та приводу діаграмної стрічки, переконатись, що прилад показує і реєструє і в момент переходу пера через лінію відміток часу вимкнути SА, повернути ручку регулювання напруги автотрансформатором за годинниковою стрілкою до обмеження, увімкнути SА Початкове значення температури Т_п, величину напруги U і струму І живлення нагрівального елемента, масштаби температури m_Т і швидкості m_v, діаграмної стрічки записати в таблицю 4.1а.

Після закінчення перехідного процесу значення кінцевої температури Т_к записати в таблицю Іа.

4.3.4. Встановити. U=0, вимкнути SА, відрізати діаграмну стрічку і приступити до обробки даних експерименту.

Рис. 4.1. Принципова електрична схема лабораторної установки:

ОР - об’єкт регулювання, ЕН - електронагрівач, RК - терморезистор, рS - показуючий і реєструючий прилад типу КСМ.

Рис. 4.2. Лицева панель лабораторної установки: 1 – об’єкт регулювання /ОР/; 2 – терморезистор; 3 - електронагрівач; 4 - вимірювальний прилад; 5 – амперметр; 6 – запобіжник; 7 - автотрансформатор; 8 - лампа сигнальна; 9 - вимикач живлення; 10 – вольтметр; 11 - показчик рівня води в бачку.

Таблиця 4.1а

Виміряти
U, В	I, A	L, см	Тп, ºС	Тк, ºС	mv, м/год	mТ, м/год