|
|
Все существенные в конкретной
задаче элементы систем кондиционирования и вентиляции в теории
автоматического управления принято называть звеньями. Эти звенья могут быть
по-разному расположены по отношению друг к другу и с учетом направления
движения воздуха. Так, отдельные аппараты систем образуют последовательно
расположенные звенья. Одноименные звенья в зональных контурах автоматической
стабилизации являются параллельными.
Каждое звено системы характеризуется выходной величиной,
иначе, — регулируемым параметром. Все воздействия на звено разделяют на
возмущающие и управляющие. Возмущающее воздействие отклоняет регулируемый
параметр от заданного значения. Управляющее (регулирующее) воздействие
используется для того, чтобы вернуть регулируемый параметр к заданному
значению. Контур регулирования — последовательный ряд звеньев объекта и
регулятора, которые могут иметь обратные связи. В контур регулирования ( 3.1)
входит ряд элементов системы, объединяемых общим понятием «объект
регулирования», первичный преобразователь (датчик), вторичный преобразователь
и исполнительный механизм. Последние три элемента объединены понятием
«автоматический регулятор». Так, для регулятора температуры входной величиной
является температура, а выходной — перемещение исполнительного механизма (в
%). Регулятор в задаче выбора настроек считают безынерционным звеном, а
инерционность первичного преобразователя условно относят к объекту
регулирования. Регулятор последовательно управляет разными элементами систем.
Так, регулятор влагосодержания в помещении ( 3.1) последовательно управляет
воздухонагревателем, при прекращении нагревания — воздушными клапанами, а
когда они придут в крайнее положение и при включении холодильной установки —
процессами в оросительной камере. При жесткой последовательности управляющих
воздействий каждое последующее начинается тогда, когда прекращается
предыдущее.
Понятие «объект регулирования» является синтезированным.
Это не некоторый отдельный аппарат, а ряд звеньев. Например, обращаясь к
схеме 3.1, отметим, что в объект регулирования температуры входят такие
звенья: регулирующий орган (в данном случае направляющий аппарат),
вентилятор, приточный воздуховод (при достаточной длине), помещение и датчик
температуры (по динамическим характеристикам). Аналогично можно рассматривать
звенья, относящиеся к объекту в контуре стабилизации влагосодержания воздуха
в помещении. В режиме с потреблением теплоты к объекту управления относятся:
регулирующий орган (водяной клапан), воздухонагреватель, оросительная камера,
воздуховод, помещение (как объект стабилизации влагосодержания) и датчик
влагосодержания (по динамическим характеристикам). В другом режиме работы
системы меняется управляющее воздействие и состав звеньев, образующих объект
регулирования. Например, при прекращении нагревания начинается другой режим и
в этом режиме в объект будет входить воздушный клапан и далее все те же
элементы, что и в ранее рассмотренном режиме (оросительная камера и т. д.).
Не все элементы систем могут быть звеньями в контуре регулирования. Например,
фильтр для очистки приточного воздуха ( 3.1) не является ни
тепломассообменным аппаратом, ни транс, портным звеном, поэтому параметры
термодинамического состояния до и после фильтра одинаковы. В то же время в
системе автоматической стабилизации состава воздуха фильтр являлся бы
«регулирующим органом». Транспортные звенья, например подпольные каналы,
приточные воздуховоды, трубопроводы теплохладоносителя, учитываются в том случае,
когда их длина в пределах объекта регулирования значительна. Нужно учитывать
расстояние от места установки регулирующего органа до того места, где
стабилизируется параметр, поэтому в системах с короткими приточными
воздуховодами их можно не учитывать как звенья системы регулирования. То же
относится и к трубопроводам. По материалам, приводимым в этой главе, можно
оценить, является ли транспортное звено длин, ным или коротким и следует ли
пренебрегать его статическими и ди. намическими свойствами.
Наконец, один и тот же аппарат может учитываться как звено
в одном контуре и не учитываться в других. Например, в приточном воздуховоде
с изоляцией, проложенном по «теплым» помещениям, происходит изменение
температуры приточного воздуха по мере его движения и остается неизменным
влагосодержание приточного воздуха. Если же изоляция приточного воздуховода
отсутствует, а он проложен в пространстве с более низкой температурой, то
может произойти конденсация водяного пара из воздуха, в результате чего
изменится не только температура, но и влагосодержание приточного воздуха.
Аналогичные процессы изменения каждого из двух параметров могут происходить в
подземных воздухозаборных каналах. В воздухонагревателе изменяется только
температура воздуха, а влагосодержание остается неизменным. Однако и этого
оказывается достаточным, чтобы после следующего за воздухонагревателем
аппарата (например, оросительной камеры) изменялись как температура, так и
влагосодержание воздуха. При рассмотрении динамических характеристик нельзя
забывать датчики (первичные преобразователи), которые в силу особенностей их
конструкции и при неудачном месте установки могут обладать значительной
инерционностью, иногда наибольшей из всех звеньев, относящихся к объекту.
Все контуры стабилизации можно разделить на две группы. В
первой управляют параметрами тепловлажностного состояния; во второй—давлением
(расходом) воздуха или концентрацией вещества. Тепловые процессы имеют
значительную инерционность, а аэродинамические в системах стабилизации
давления, концентрации или расхода практически безынерционны. В последних
могут возникать автоколебательные процессы, поэтому требуется тщательно
демпфировать входной сигнал, выделяя в нем постоянную составляющую и снимая
случайные колебания.
Свойства объекта управления определить достаточно сложно,
так как его обычно образует не одно, а ряд звеньев, т. е. элементов системы,
поэтому используют метод анализа звеньев и их последующего синтеза в объект
регулирования. В данной главе система- тизированно рассматриваются свойства
всех существенных элементов в задаче стабилизации температуры. В задаче
стабилизации давления, расхода или концентрации все звенья систем, кроме
помещения, можно считать простейшими; при большом удалении первичного
преобразователя от регулирующего органа можно учитывать транспортное
запаздывание т„ = l!w.
Статической характеристикой звена является зависимость
между выходной величиной (регулируемым параметром) и входной (управляющим
воздействием) в установившемся процессе при определенных значениях всех остальных
воздействий и параметров. Обычно эту зависимость выражают как отношение
входной и выходной величин при нулевых начальных условиях. Если обозначить
входную величину х, а выходную — у и значения этих величин отсчитывать от
начальных, принятых за нуль, то можно записать
К = у/х.
Величина К называется коэффициентом передачи звена и в
зависимости от единиц измерения величин хну может быть как размерной, так и
безразмерной. Физически смысл коэффициента передачи заключается в-том, что он
характеризует чувствительность выходной величины у к изменению входной х.
Пусть для простоты величины х и у имеют одинаковую единицу
измерения — тогда коэффициент передачи будет безразмерным. Если численное
значение будет близко к нулю, то это значит, что выходная величина
практически неизменна при изменении входной. Поэтому, если х — управляющее
воздействие, то с его помощью не удается стабилизировать регулируемый
параметр у. Если, наоборот, х — возмущающее воздействие, то при К 0 можно
утверждать, что параметр у будет оставаться неизменным. По мере увеличения
численного значения коэффициента передачи сильнее изменяется выходная
величина. При К — 1 изменения у и л: в установившемся процессе сближаются.
В задачах автоматизации наибольший интерес представляет
получение статических характеристик звеньев при управляющих воздействиях и
разных возмущающих уровнях. Если же управляющее воздействие является
исчерпанным, например при параметрах наружного воздуха и нагрузках,
превышающих расчетные значения, то рассматривают коэффициент передачи при
возмущающих воздействиях. Тепломассооб- менное оборудование, помещение как
объект регулирования температуры имеют не один, а два-три управляющих
воздействия и несколько возмущающих. В этих условиях каждое звено
характеризуется несколькими коэффициентами передачи. Дополнительные индексы
указывают выходной параметр (первый индекс) Kt«Gw и воздействие (второй
индекс). Например, обозначение KtuGw Для воздухонагревателя означает, что
коэффициент передачи определяется по каналу «расход теплоносителя —
температура воздуха на выходе воздухонагревателя».
|