Экспериментальные методы определения динамических характеристик
Как отмечалось ранее, динамическая характеристика в виде кривой разгона может быть получена экспериментальным путем.
Кривая разгона объекта представляет собой изменяющуюся во времени выходную величину при скачкообразном (ступенчатом) изменении входной величины (рис. 2).
В зависимости от вида кривой разгона объекта их подразделяют на статические объекты и астатические объекты.
Рис. 2. Кривые разгона статического объекта а и астатического объекта б
Статическим объектом называют объект, который обладает свойством самовыравнивания по рассматриваемому каналу регулирования.
Свойство самовыравнивания объекта – это свойство объекта переходить из одного устойчивого состояния в другое при подаче на его вход ступенчатого воздействия без помощи автоматического регулятора (рис. 3, а).
У астатических объектов свойство самовыравнивания отсутствует. У таких объектов считают переходный процесс закончившимся при подаче на вход объекта ступенчатого воздействия, когда наступает постоянная скорость изменения выходной величины (рис. 3, б).
Рис.
3. Кривые разгона статического объекта
а и астатического объекта б
По кривым разгона объектов регулирования определяют динамические параметры объектов:
1) запаздывание (τо);
2) постоянная времени (То);
3) передаточный коэффициент (kо).
Запаздывание (τо) – это свойство объекта, заключающееся в том, что реакция по изменению выходной величины объекта при ступенчатом изменении входной величины отстает от него на некоторое время.
Постоянная времени (То) – это время, характеризующее инерционные свойства объекта по рассматриваемому каналу регулирования.
Передаточный коэффициент (kо) – характеризует передаточные свойства объекта по рассматриваемому каналу регулирования.
Указанные динамические параметры τо, То, kо определяются по инженерной методике графо-аналитическим методом, заключающимся в том, что к кривой разгона статического объекта (рис. 3, а) проводят касательную в точке максимального перегиба кривой до ее пересечения с линией прежнего установившегося значения (точка А) и линией нового установившегося значения (точка В).
Промежуток времени от момента подачи ступенчатого воздействия до точки А является запаздыванием (τо).
Промежуток времени между точками А и В определяет величину постоянной времени.
Передаточный коэффициент определяют по формуле:
KO
=
[
y(∞)
- y(0)
]
/ Δх
,
где y(∞), y(0) – новое и прежнее соответственно установившиеся значения;
Δх – величина ступенчатого входного воздействия.
Передаточный коэффициент kо всегда имеет размерность.
Для астатических объектов определяют условные значения запаздывания τо и постоянной времени То, которые определяются по инженерной методике (рис. 3, б) и по формуле:
То = tg α.
1.3. Порядок выполнения работы по определению статических и динамических характеристик объекта
В качестве объекта в работе рассматриваем тепловой объект (рис. 4).
Рис. 4. Тепловой объект. Функциональная схема объекта для снятия характеристик
Исследуемый канал регулирования: температура в объекте (выходная величина) – напряжение, подаваемое в тепловой объект (входная величина).
Выходная величина объекта – температура (Т, ºС) измеряется термопарой и вторичным прибором показывающим и записывающим.
Входное напряжение, подаваемое на нагревательный элемент объекта, измеряется с помощью измерительного прибора – вольтметра.
Ниже приведен порядок последовательных действий при снятии статических и динамических характеристик теплового объекта, функциональная схема которого приведена на рис. 4.
Работа выполняется на стенде № 8.
1. Включить стенд; включить объект.
2. Переключатель рода работы на регуляторе РС-29 перевести в положение “Р” (ручное).
3. Переключателем “Б-М” (Больше-Меньше) установить 130 В на входе объекта. Следить за изменением температуры по вторичному прибору КСП-2. Подождать (≈ 5 минут), записать значение температуры в объекте.
4. Устанавливая последовательно 160, 200 В, ждать установившегося режима для каждого значения установленного напряжения, после чего записывать значения температуры в объекте.
5. По полученным результатам построить статическую характеристику объекта Т ºС = f(U, В).
6. Переключателем “Б-М” установить 130 В на входе. Включить лентопротяжный механизм вторичного прибора.
7. Переключателем “Б-М” подать ступенчатое воздействие на вход объекта (напряжение входа изменить со 130 В до 200 В). При установлении ступенчатого воздействия необходимо учитывать время его нарастания. В момент подачи скачка напряжения сделать отметку на диаграммной ленте.
8. После установления нового значения температуры подождать 5 минут. Установить вновь на входе объекта напряжение 130 В.
9. Снять импульсную характеристику объекта. Для этого: входное напряжение подать в виде импульса (рис. 5) и при включенном лентопротяжном механизме вторичного прибора ждать установившегося значения температуры.
U,
B
200
AИ
130
tИ
50 100 150 200 t, c
Рис. 5. Форма входного воздействия на объект при снятии импульсной характеристики
Значения параметров импульсного воздействия могут быть следующими:
Аи = 70 В;
tи ≈ 5 – 6 мин.
10. Снять диаграммную ленту экспериментально определенными характеристиками, обработать их и приложить к отчету.