Рабочий процесс любого объекта может протекать в одном из трех существенно различных режимах, представленных на рис.2.3.
 |
Рисунок 2.3. Характеристики рабочих режимов объекта регулирования
Один из таких режимов характеризуется равенством во времени количеств подводимой к объекту и отводимой от объекта энергии или вещества. Такой режим называется установившимся.
Внешним проявлением установившегося режима работы объекта является неизменность во времени регулируемой величины у. Установившемуся режиму соответствуют значения внешней нагрузки N10, подачи энергии к объекту N20 и регулируемой величины y0, изображенные соответствующими ординатами в интервале времени 0 - t1.
Пояснение. Все обозначения времени, относящиеся к установившемуся режиму принято дополнять нулевыми индексами. Так как в установившемся режиме отклонение регулируемой величины от заданного значения равно ∆y = y – y0 = 0, то автоматический регулятор не оказывает никакого действия на регулирующий орган.
Пусть, в моменты времени τ = τ1 под влиянием изменения режима работы, внешняя нагрузка N1 объекта будет изменяться во времени. В объекте наступает второй, так называемый возмущенный режим.
Характерным для возмущенного режима является нарушение равновесия между регулирующим воздействием N2 (подачей энергии или вещества) и внешним возмущением N1 – режимом работы объекта (расхода энергии или вещества).
Пояснение. Внешним признаком наличия в объекте этого режима будет изменение во времени внешней нагрузки N1 и регулируемой величины у. В возмущенном режиме подвод энергии N2 к объекту будет изменяться под влияния воздействия регулятора на регулирующий орган, в направлении достижения равенства подачи и расхода энергии.
На рис.2.3 возмущенный режим изображен графически кривыми в интервале времени τ1 – τ2.
Пояснение. Так как любой объект регулирования обладает определенной инерционностью, а регулирование практически невозможно осуществить идеально, то изменение подачи N2 будет происходить с некоторым отставанием относительно изменения внешней нагрузки N1 . В связи с этим в возмущенном режиме равновесие оказывается нарушенным и регулируемая величина y изменяется во времени.
Если в момент времени τ2 внешняя нагрузка перестанет изменяться, т.е. N1=const, то наступит третий так называемый переходный режим работы объекта.
В течение данного режима происходит выравнивание регулирующего воздействия (подачи энергии) N2 соответствующего новому значению внешней нагрузки N1 для того, чтобы в конце режима регулируемая величина у приняла заданное постоянное значение за конечный промежуток времени τ2 – τ3, т.е. y = yзад = const, при N1=N2 .
Следовательно, по истечении времени переходного режима рабочий процесс объекта вновь будет приведен к новому установившемуся режиму.
Этот процесс перехода на новую нагрузку часто называется переходным процессом в САР. Характер и взаимное расположение кривых N1, N 2 и у в возмущенном и переходном режимах в каждом конкретном случае определяются свойствами объекта регулирования и регулятора, а также законом изменения внешней нагрузки N1=f(τ).
Если при прекращении изменения внешней нагрузки в переходном режиме регулируемая величина у за конечный промежуток времени, приводится к заданному постоянному значению (сплошные кривые линии на рис.2.3, б), то такой переходный процесс называется устойчивым. Если же в переходном режиме, регулируемая величина продолжает изменяться неопределенное время, колеблясь по величине в положительном и отрицательном направлении, относительно заданного значения узад, то такой процесс регулировано называется неустойчивым (пунктирная кривая на рис.3.3,б).
Неустойчивые автоматические системы регулирования не приемлемы для обеспечения нормальной эксплуатации технологического объектовя.
Для нормальной эксплуатации объектов регулирования, помимо обеспечения требования устойчивости, необходимо, чтобы переходный режим в САР затухал за определенное время Тр, а максимальное отклонение регулируемой величины Δуmax в переходном режиме не превышало заданного, по условиям эксплуатации, значения.