自动化对象及其特性

自动化对象（控制对象） — 这些是必须控制的独立装置、金属切削机器、机器、集合体、设备、机器和设备的复合体。它们在目的、结构和行动原则上千差万别。

自动化的对象是自动化系统的主要组成部分，它决定了系统的性质，因此对其研究尤为重视。一个对象的复杂性主要取决于它的知识程度和它执行的功能的多样性。对象研究的结果必须以关于对象完全或部分自动化的可能性或缺乏自动化必要条件的明确建议的形式呈现。

自动化对象的特征

自动控制系统的设计必须先进行现场勘测，以建立现场关系。通常，这些关系可以表示为四组变量。

受控干扰, 其集合构成L维向量H = h1, h2, h3, ..., hL ... 它们包括依赖于外部环境的可测量变量，如铸造厂原材料的质量指标、数量蒸汽锅炉中消耗的蒸汽量、即热式热水器中的水流量、温室中的空气温度，这取决于外部环境条件和影响过程的因素。对于受控干扰，技术条件有限制。

被控制的工艺过程指标称为被控量（坐标），控制工艺过程指标的物理量称为控制作用（输入量、坐标）。

控制动作，它们的总和形成一个n维向量X = x1，x2，x3，...，xn...它们独立于外部环境，对工艺过程的影响最显着。在他们的帮助下，有目的地改变了流程。

控制动作 包括电动机、电加热器、执行器的启停、控制阀的位置、调节器的位置等。

输出变量, 的集合构成了M维状态向量 Y = y1, y2, y3, ..., yМ... 这些变量是对象的输出，表征了它的状态，决定了成品的质量指标.

不受控制的干扰影响, 其集合形成 G 维向量 F = ε1, ε2, ε3, …, εG... 它们包括由于某种原因无法测量的扰动，例如由于缺少传感器。

米。 1.自动化对象的输入和输出

研究被自动化对象的考虑关系可以得出两个截然相反的结论：对象的输出和输入变量之间存在严格的数学依赖关系，或者这些变量之间没有可以用可靠的数学表达式表示的依赖关系公式。

在工艺过程自动控制的理论和实践中，在描述这种情况下对象的状态方面已经获得了足够的经验。在这种情况下，对象被认为是自动控制系统中的环节之一。在输出变量 y 和对象的控制输入动作 x 之间的数学关系已知的情况下，记录数学描述的两种主要形式是有区别的——它们是对象的静态和动态特性。

静态特性 以数学或图形形式表示输出参数对输入的依赖性。二元关系通常有明确的数学描述，例如铸造材料称重分配器的静态特性有形式h = km（这里h是弹性元件的变形程度；t是材料的质量；k是比例因子，取决于弹性元件材料的特性）。

如果有多个可变参数，诺模图可以用作静态特征。

对象的静态特性决定了后续自动化目标的形成。从代工厂实际实施的角度来看，这些目标可以归结为三种类型：

• 稳定物体的初始参数；

• 根据给定的程序改变输出参数；

• 当过程条件改变时，某些输出参数的质量发生变化。

然而，由于影响过程过程的相互关联的因素众多，不可控因素的存在以及对过程知识的缺乏，许多技术对象无法用数学方法描述。从自动化的角度来看，此类对象很复杂。复杂程度由对象的输入和输出数量决定。这种客观的困难出现在研究质量和热传递减少的过程中。因此，在他们的自动化中，假设或条件是必要的，这应该有助于实现自动化的主要目标——通过最大限度地接近最佳技术模式来提高管理效率。

为了研究复杂的对象，使用了一种技术，该技术包括以“黑匣子”的形式对对象进行条件表示。同时，只研究外部连接，也不考虑系统的早间结构，也就是说，他们研究对象做了什么，而不是它如何运作。

对象的行为由输出值对输入值变化的响应决定。研究此类物体的主要工具是统计和数学方法。在方法上，对象的研究按以下方式进行：确定主要参数，建立主要参数的离散系列变化，在建立的离散系列内人为改变对象的输入参数，所有变化记录输出中的结果，并对结果进行统计处理。

动态特性 一个自动化对象由它的许多属性决定，其中一些属性有助于高质量的控制过程，另一些则阻碍它。

在自动化对象的所有属性中，无论其种类如何，都可以区分出主要的、最具特色的属性：容量、自对齐能力和滞后性。

容量 是对象积累工作环境并将其存储在对象中的能力。物质或能量的积累是可能的，因为每个物体都有输出电阻。

物体容量的量度是容量系数C，它表征了在公认的测量尺寸内，为使控制值改变一个单位，必须供给物体的物质或能量的量：

其中 dQ 是物质或能量的流入和消耗之间的差值； ru——控制参数；时间到了。

容量因子的大小可以根据受控参数的大小而不同。

被控参数的变化率越小，物体的容量系数越大。由此可见，容量系数越大的对象越容易控制。

自流平 这是物体在没有控制装置（调节器）干预的情况下，经过扰动后进入新的稳定状态的能力。具有自对准的物体称为静态的，不具有这种特性的物体称为中性或非静态的.自对准有助于物体控制参数的稳定，便于控制装置的运行。

自流平物体的特征是自流平系数（程度），如下所示：

根据自流平系数，物体的静态特性呈现不同的形式（图 2）。

不同自流平系数下受控参数对负载的依赖性（相对扰动）：1-理想自流平； 2——正常自流平； 3——缺乏自流平

相关性 1 表征受控值在任何干扰下都不会改变的对象，这样的对象不需要控制设备。依赖 2 反映了对象的正常自对齐，依赖 3 表征了没有自对齐的对象。系数 p 是可变的，它随着负载的增加而增加，并且在大多数情况下具有正值。

延迟 — 这是从不平衡时刻到对象控制值开始变化之间经过的时间。这是由于阻力的存在和系统的动力。

延迟有两种类型：纯延迟（或传输延迟）和瞬态延迟（或电容延迟），它们会增加对象的总延迟。

纯延迟之所以得名，是因为在存在它的对象中，与输入动作发生的时间相比，对象输出的响应时间会发生变化，而不会改变动作的幅度和形状。以最大负载运行或高速传播信号的设施具有最小的净延迟。

当物质或能量的流动克服物体容量之间的阻力时，会发生瞬态延迟。它由电容器的数量和传输电阻的大小决定。

纯粹的瞬态延迟会降低控制质量；因此，有必要努力降低它们的价值。促成措施包括在物体附近放置测量和控制装置、使用低惯性敏感元件、物体本身的结构合理化等。

自动化对象最重要的特征和属性的分析结果，以及他们的研究方法，允许制定 一些要求和条件，满足这些要求和条件保证了成功自动化的可能性. 主要有以下几种：

• 对象关系的数学描述，以静态特征的形式呈现；对于无法用数学方法描述的复杂对象——在引入某些假设的基础上，使用数学和统计、表格、空间和其他方法来研究对象之间的关系；

• 以微分方程或图形的形式构建物体的动态特性，以研究物体的瞬态过程，同时考虑物体的所有主要特性（容量、滞后、自流平）；

• 在对象中使用此类技术手段，以确保以传感器测量的统一信号的形式发布有关对象所有感兴趣参数变化的信息；

• 使用带有受控驱动器的执行器来控制对象；

• 建立可靠已知的对象外部干扰变化的限制。

从属要求包括：

• 根据控制任务确定自动化的边界条件；

• 建立对进货数量和控制措施的限制；

• 最优性（效率）标准的计算。

自动化对象的一个​​例子是在铸造厂中准备型砂的装置

型砂的制作过程包括初始组分的配料、将它们送入混合器、混合成品混合物并将其送入造型线、处理和再生用过的混合物。

铸造生产中最常见的砂-粘土混合物的原材料：废混合物、新砂（填料）、粘土或膨润土（粘合剂添加剂）、煤粉或含碳材料（不粘添加剂）、耐火材料和特殊添加剂（淀粉，糖蜜）和水。

混合过程的输入参数是指定造型材料的成本：废混合物、新鲜沙子、粘土或膨润土、煤粉、淀粉或其他添加剂、水。

初始参数是模塑混合物所需的机械和工艺性能：干湿强度、透气性、压实性、成型性、流动性、堆积密度等，这些由实验室分析控制。

此外，输出参数还包括混合物的组成：活性和有效粘合剂的含量、活性炭的含量、水分含量或粘合剂的润湿程度、细粉含量-吸湿细颗粒混合物的粒度组成或细度模数。

因此，过程控制的对象是混合物的组成成分。通过提供最终混合物组分的最佳组成，通过实验确定，可以在混合物的机械和技术性能的给定水平上实现稳定。

混合物制备系统受到的干扰极大地复杂化了稳定混合物质量的任务。干扰的原因是存在再循环流——废物混合物的使用。混合准备系统中的主要问题是浇注过程。在液态金属的影响下，在靠近铸件并被加热到高温的部分混合物中，活性粘合剂、煤和淀粉的成分发生了深刻的变化，并转变为非活性成分。

混合物的制备包括两个连续的过程：混合物的计量或混合，以确保获得必要的成分组成，以及混合，以确保获得均匀的混合物并赋予其必要的技术性能。

在制备模塑混合物的现代技术过程中，使用了连续添加原料（模塑）材料的方法，其任务是产生恒定量的材料或其各个组分的连续流动，其流速偏离给予不超过允许的。

作为控制对象的混合过程的自动化可以通过以下方式完成：

• 合理构建混合物制备系统，排除或减少干扰对混合物成分的影响；

• 使用称重加药方法；

• 为多组分配料创建连接控制系统，考虑到过程的动态（混合器惯性和延迟），主要组分应该是用过的混合物，它在流量和成分方面有显着波动；

• 在制备过程中自动控制和调节混合物的质量；

• 创建自动装置，用于复杂控制混合物的成分和特性，并在计算机上处​​理控制结果；

• 在改变模具中的混合物/金属比例和铸造前的冷却时间时及时改变混合物配方。