Что называется емкостью объекта и какая существует при этом классификация объектов регулирования
Свойства объектов регулирования
Свойства объекта необходимо знать при составлении схемы автоматизации, выборе закона работы регулятора и определении оптимальных значений его настоечных параметров. Правильный учет свойств объектов позволяет создавать АСР, имеющие значительно более высокие показатели качества переходного процесса.
Основными свойствами объектов регулирования являются самовыравнивание (саморегулирование), емкость и запаздывание.
Самовыравнивание объекта характеризует устойчивость. Самовыравниванием называют свойство устойчивого объекта самостоятельно устанавливаться в равновесное состояние после изменения своей входной величины.
В объектах с самовыравниванием ступенчатое изменение входной величин приводит к изменению выходной величины со скоростью, постепенно уменьшающей до нуля, что связано с наличием внутренней отрицательной обратной связи. Количественно эта характеристика определяется степенью самовыравнивания 
, под которой понимают отношение изменения входной величины объекта (x,z) к изменению выходной величины по достижении объектом равновесного состояния 
.
или 
(1)
Чем больше степень самовыравнивания, тем меньше отклонение выходной величины от первоначального положения.
Емкость объекта является свойством, присущим всем динамическим объектам. Она характеризует их инерционность – степень влияния входной величины на скорость изменения выходной. Даже ступенчатое изменение входной величины объекта приводит к изменению выходной величины с конечной скоростью. Под емкостью понимают такое изменение входной величины, которое приводит к изменению его выходной величины на единицу за единичный отрезок времени.
(2)
Чем больше емкость, тем меньше скорость изменения выходной величины объекта, и наоборот.
Запаздываниеобъекта выражается в том, что его выходная величина начинает изменяться не сразу после нанесения возмущения, а только через некоторый промежуток времени 
, называемый временем запаздывания.
Все реальные объекты обладают запаздыванием, т.к. изменение потоков вещества или тепа распространяется в объектах с конечной скоростью и требуется время для прохождения сигнала от места нанесения возмущения до места, где фиксируется изменение выходной величины.
По способности восстанавливать равновесное состояние при конечном изменении входных величин объекты подразделяются на нейтральные, устойчивые и неустойчивые.
1 – неустойчивый объект;
В химической промышленности широко распространены объекты 1-го порядка, т.е. объекты, которые описываются уравнениями 1-го порядка. К ним относятся сборники жидкости, бункеры для сыпучих материалов, газовые аккумуляторы, жидкостные смесители, теплообменники смешения и т.д. Во всех этих аппаратах количество вещества или тепла заключено в одном резервуаре. Такие объекты обладают способностью аккумулировать (накапливать) проходящие через них вещество или тепло в переходном режиме. Это выражается в том, что рассогласование потоков на входе и выходе при изменении, например, нагрузки вызывают изменение количества вещества или тепла в объекте, а следовательно, и выходной величины объекта. При этом скорость изменения выходной величины объекта зависит от аккумулирующей способности или инерционных свойств объекта.
Нейтральные объекты 1-го порядка. В нейтральных объектах входные величины влияют на выходные, а входные не влияют на выходные величины, т.е. внутренняя связь отсутствует.
Уравнение динамики: 
(3) 
где 
— время разгона объекта; Это время, в течение которого выходная величина объекта y, изменяясь с постоянной скоростью, достигает значения входной величиныz. Время разгона 
прямо пропорционально емкости объекта и характеризует его инерционные свойства.
Величину, обратную , часто называют скоростью разгона объекта 
, под которой понимают скорость изменения выходной величины у при предварительном ступенчатом изменении входной величины z, равном 1.
Передаточная функция нейтрального объекта первого порядка
(4)
В динамическом отношении такой объект представляет собой интегрирующее звено. Нейтральным объектом первого порядка присущи только емкостные (инерционные) свойства.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Емкостью объекта регулирования называется количество содержащегося в нем в рассматриваемый момент вещества ли энергии. Емкость характеризует способность объекта накапливать вещество или энергию и его инерционность. Объект может обладать емкостью лишь при наличии сопротивления выходу из объекта вещества или энергии. [2]
Коэффициент емкости объекта регулирования представляет собой количество энергии или вещества, подводимого к. Следовательно, скорость изменения регулируемого параметра обратно пропорциональна коэффициенту емкости объекта. С увеличением коэффициента емкости скорость изменения регулируемого параметра уменьшается, и набоорот. Имеется ряд объектов, где регулируются один, два или несколько параметров. По каждому из этих параметров объект характеризуется определенной емкостью. В зависимости от этого различают одно-емкостные и многоемкостные объекты. Величина коэффициента емкости для одного я того же объекта автоматического регулирования может быть постоянной или переменной. В газопроводах низкого давления городских систем газоснабжения-емкость очень мала. Поэтому при анализе процессов на небольших участках этих газораспределительных систем можно-рассматривать последние как безъемкостные. [3]
Точное регулирование относительной влажности воздуха внутри помещений заставляет обратить внимание на существенно большую величину коэффициента емкости объекта регулирования по температуре, чем по относительной влажности. А это обстоятельство, как указывалось в основах теории автоматического регулирования, приводит к необходимости прямого регулирования влажности и косвенного регулирования температуры, что и обеспечивает нужную точность поддержания заданных параметров внутри помещений. [8]
В данном случае имеет место большой по величине коэффициент емкости объекта регулирования и сравнительно малый коэффициент емкости на стороне подачи. В практике подобные случаи нередки, и поэтому иногда рекомендуется установка датчика температуры приточного воздуха внутри воздуховода, который бы не допускал снижения этой температуры ниже определенного предела. [9]
Правильный анализ возможностей системы зачастую позволяет перейти от непрерывного к более простому прерывистому регулированию с дискретной передачей сигнала в контуре регулирования. Это допустимо для тех многих технологических процессов на нефтяных промыслах, в которых регулируемая величина изменяется медленно, а емкость объекта регулирования и постоянная времени его велики, что равносильно наличию корреляции в процессе. [10]
В тех схемах, в которых предусматривается поддержание температуры только с помощью датчика, устанавливаемого в помещении, могут наблюдаться значительные повышения нерегулируемой относительной влажности воздуха, что сразу же приведет к заметному нарушению создаваемых комфортных условий. Известно, что уже при влажности свыше 60 % создаются условия, резко ухудшающие самочувствие людей. У человека появляются признаки удушья и неприятных ощущений. Значительно более целесообразно на время пик допускать временные повышения температуры. Вследствие высокого коэффициента емкости помещения как объекта регулирования скорость изменения внутренней температуры не может быть высокой. Потребуется довольно продолжительное время на повышение температуры на 1 С, которое по результатам некоторых исследований может определяться часами. Отставание в нагреве окружающих стен и оборудования, находящегося в помещении, благоприятно воздействует на увеличение радиационной составляющей в отдаче тепла человеком. Наоборот, вследствие существенно меньшего коэффициента емкости объекта регулирования по влажности в помещении наблюдаются более быстрые и большие по величине отклонения относительной влажности. Повышение влажности затрудняет отдачу тепла за счет испарения пота человеком, что приводит к уже заметному повышению температуры тела, благодаря чему возникают неприятные ощущения. [11]
Что называется емкостью объекта и какая существует при этом классификация объектов регулирования
13.1 Объект регулирования
Объект регулирования является основным устройством САР, ради чего и строится система регулирования. Он имеет определённые свойства и параметры, которые надо учитывать при выборе регулятора.
-многоёмкостные объекты, у них имеется запаздывание и чем больше емкостей, тем больше запаздывание.
– коэффициент передачи объекта, показывает, как изменяется параметр Х при изменении регулирующего воздействия Y или возмущения Z, при этом коэффициент передачи объекта по Y и по Z может быть разным. Чем больше Ко, тем объект чувствительнее к воздействиям.
Эти параметры определяются по переходным характеристикам объекта, которые приведены на Рис. 90 и Рис. 92.
Y – входная величина действующая на объект (регулирующ e е воздействие),
Этот объект представляет собой инерционное типовое звено.
Объект без саморегулирования (Рис. 91 ).
Если Y =∆ y увеличивается, то скорость перемещения рейки tanα увеличивается
τ – время запаздывания
T 0 – постоянная времени объекта
Этот объект представляет собой интегрирующее типовое звено.
1.Объеты: комнатный радиатор и каменная печь для обогрева, у какого из них T 0 больше.
3.Печь, какой это объект- с самовыравниванием или без.
Свойства объектов и их переходные процессы
Классификация объектов регулирования.
Так как объект регулирования является элементом или звеном САР, то свойства САР зависят, прежде всего, от свойств объекта. Поэтому для создания работоспособной САР, обеспечивающей требуемое качество регулирования, необходимо знать свойства объекта, как статические, так и динамические.
Различают объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами.
В объектах с сосредоточенными параметрами значения регулируемых величин в любой момент времени одинаковы во всех точках аппарата (объекта). Например, в реакторе с интенсивным перемешиванием отсутствуют градиенты температур и концентраций, как по высоте, так и по сечению аппарата, что позволяет считать его объектом с сосредоточенными параметрами. Точно также аккумулятор газа, регулируемой величиной в котором является давление, относится к объектам с сосредоточенными параметрами.
В объектах с распределенными параметрами значения регулируемых величин неодинаковы в различных точках объекта, как в равновесном состоянии, так и в переходном режиме. К таким объектам относятся трубопроводы, давление газа или жидкости в которых неодинаково по длине, теплообменники и нагревательные печи с трубчатыми змеевиками, в которых температура нагреваемого продукта также неодинакова по длине, ректификационные колонны и.т.д.
Динамические свойства линейных объектов с сосредоточенными параметрами описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, а объектов с распределенными параметрами – дифференциальными уравнениями с частными производными.
Как те, так и другие объекты могут быть линейными и нелинейными и иметь постоянные или переменные параметры. Объекты могут иметь одну или несколько входных величин.
Линейные объекты, с сосредоточенными и постоянными во времени параметрами, имеющие одну входную и одну выходную величину и динамические свойства, описываемее дифференциальным уравнением не выше второго порядка, обычно относят к простым объектам. Их можно описать тем или иным элементарным типовым динамическим звеном. Все другие объекты относят к сложным объектам.
Объекты регулирования обладают разнообразной устойчивостью. Различают три основных вида объектов: устойчивые, неустойчивые и нейтральные. Если после входа из равновесного состояния вследствие возмущающих воздействий объект с течением времени возвращается в состояние равновесия, то его называют устойчивым. Если же в результате нарушения равновесного состояния объект не может вернуться к этому состоянию, его называют неустойчивым. Нейтральные объекты отличаются тем, что при одних и тех же условиях они могут иметь бесконечное множество установившихся состояний.
Устойчивые объекты относятся к объектам, обладающим самовыравниванием, а неустойчивые – к объектам без самовыравнивания.
Изучать свойства объектов можно аналитическим путем и экспериментально.
При изучении объектов регулирования аналитическим или экспериментальным путем определяют их статические и динамические характеристики.
Статическим или равновесным режимом называют условия, при которых параметры состояния объекта остаются неизменными во времени. При этом поведение объекта описывается аналитическими или графическими зависимостями выходной величины от входной вида 
, которые называются статическими характеристиками.
Динамический или неустановившийся режим функционирования объекта предполагает временный материальный или энергетический дисбаланс под воздействием возмущений.
Поведение объекта в неустановившемся состоянии (в динамике) зависит от его динамических свойств.
Динамические свойства объекта проявляются только при изменении его входных сигналов. При этом и выходной сигнал будет изменяться во времени. Причем в зависимости от характера изменения входных сигналов выходной сигнал одного и того же объекта может изменяться по-разному. Поэтому для характеристики динамических свойств объекта нельзя построить зависимость выходного параметра от входного, аналогичную статической характеристике. Для выявления динамических свойств объекта необходимо узнать его реакцию на какой-либо определенный вид входного воздействия. Чтобы можно было сравнивать динамические свойства различных объектов, применяют одинаковые стандартизированные входные воздействия. До подачи стандартного воздействия объект должен находиться в состоянии равновесия, т. е. его входной и выходной сигналы должны быть постоянными во времени. Зависимость выходного сигнала объекта, во времени начиная с момента подачи стандартного воздействия называется динамической характеристикой.
Технологические процессы, протекающие в объектах, можно представить в виде таких операций, как поступательное или вращательное движение, нагревание или охлаждения веществ в определенном объеме, перемешивание веществ, заполнение или опорожнение сосуда веществом и.т.д. Такие процессы обычно характеризуются одной входной 
и одной выходной 
величинами и могут быть описаны обобщенным уравнением вида:
(1)
где А — постоянный коэффициент, имеющий конкретное значение для того или иного процесса; 
— результирующее материальное или энергетическое воздействие на объект, приводящее к отклонению выходной величины.
Коэффициент А характеризует динамические свойства объекта и определяет характер изменения Y во времени. Что касается величины разности , то в общем случае оно равно разности между притоком 
и расходом 
вещества или энергии в объекте, т. е.
В состоянии равновесия приток должен быть равен расходу, то есть:
.
При этом 
. При значении А, отличном от нуля, производная 
также должна быть равна нулю, что соответствует неизменному (постоянному) значению Y.
в объекте возникает переходной процесс, при котором Y изменяется во времени. Характер этого изменения определяется решением дифференциального уравнения (1).
Все изложенное ранее о звеньях систем автоматического регулирования относится к объектам регулирования. Они представляют собой одно звено или комбинацию нескольких типовых звеньев. Наряду с этим объекты регулирования характеризуются емкостью, самовыравниванием и запаздыванием.
Емкость объектов регулирования — способность объектов накапливать энергию, уровень жидкости, давление газа, количество теплоты, влажность среды, концентрацию растворов и другие параметры, по которым осуществляется автоматическое регулирование объектов. Чем меньше емкость объекта, тем быстрее изменяется регулируемый параметр при нарушении баланса между притоком и расходом рабочей среды. Чем больше емкость, тем меньше скорость изменения выходной величины объекта.
Скорость изменения регулируемого параметра при нарушении равновесия в объекте между подачей и потреблением вещества (энергии) называется коэффициентом емкости объекта.
Этот коэффициент оказывает существенное влияние на характер протекания процесса регулирования и равен количеству вещества или энергии, которое необходимо подвести к объекту или отвести от него для изменения параметра регулирования на единицу измерения.
Коэффициент емкости может быть постоянным (для линейных объектов) и переменным (для нелинейных объектов). Чем он больше, тем объект менее чувствителен к воздействию. Большое значение коэффициента емкости регулируемого объекта благоприятствует процессу регулирования.
Емкость может быть распределенной по объему или сосредоточенной в одном или нескольких участках. В зависимости от этого различают одно — и многоемкостныеобъекты. Отдельные емкости того или другого объекта всегда связаны между собой через какое-либо сопротивление (тепловое, гидравлическое, электрическое). Некоторые объекты обладают столь малой емкостью, что практически их следует считать безъемкостными.
Самовыравнивание— такое свойство объектов регулирования, в силу которого при изменении нагрузки объекта (притока или стока) значение регулируемого параметра стремится без участия регулятора к новому установившемуся значению, соответствующему новой измененной нагрузке объекта. Большая степень самовыравнивания способствует более быстрой стабилизации регулируемой величины и этим облегчает процесс регулирования. Некоторые объекты практически не обладают способностью самовыравнивания. Другие из-за большой степени самовыравнивания могут не требовать автоматического регулирования.
Способность объектов к самовыравниванию определяется степенью самовыравнивания 
, которую можно определить как отношение увеличения или уменьшения подачи 
в процентах от ее величины при нормальном значении регулируемого параметра к увеличению или уменьшению величины регулируемого параметра 
в процентах от его заданного значения:
Чем больше величина степени самовыравнивания, тем легче осуществляется автоматическое регулирование объекта.
Запаздывания,возникающие в объектах регулирования, можно разделить на передаточные и переходные.
Передаточное (транспортное, дистанционное или чистое) запаздывание характеризуется временем, в течение которого регулируемая величина, несмотря на происшедшее возмущение, все же не изменяется.
Динамические характеристики объектов регулирования можно получить в форме дифференциальных уравнений, однако такие уравнения удается составить лишь для сравнительно простых объектов.
Для большинства объектов регулирования статические и динамические характеристики удается получить экспериментальным путем. Поэтому с помощью контрольно-измерительных приборов снимают временные или частотные характеристики автоматизируемого объекта, отражающие характер изменения параметра регулирования при разных значениях нагрузки объекта, разном нарушении равновесия между подачей и стоком вещества (энергии), поступающего на объект.