место для водопоя коров
Объект автоматизации — это одно из центральных понятий в теории автоматического регулирования и управления. Его свойства определяют состав комплекса технических средств и алгоритм управления. То есть, объект автоматизации можно рассматривать как некий базис, а все остальные элементы системы как надстройку.
В сельскохозяйственном производстве наиболее благоприятные условия для автоматизации обеспечиваются для стационарных процессов в животноводстве, закрытом грунте, переработки и хранения сельскохозяйственной продукции. В последнее время благодаря развитию микроэлектроники стала возможной автоматизация мобильной техники: тракторов, комбайнов, сеялок.
Таким образом, объектами автоматизации в сельском хозяйстве являются: технологические процессы (создание микроклимата, приготовления и раздача кормов, сушки и очистки продукции, стабилизация уровня жидкостей), отдельные механизмы и аппараты (стабилизация частоты вращения рабочих машин, обеспечение скачивания драбарок и др. ).
Объекты автоматизации можно классифицировать так: простые и сложные; с сосредоточенными и распределенными параметрами.
В простых объектов — динамические свойства описываются с помощью двух обобщенных координат (входа и выхода). Динамика сложных объектов для описания требует не менее трех координат. Динамические и статические свойства объектов с сосредоточенными параметрами постоянные во всех их пространственных точках. Объекты с распределенными, наоборот, требуют еще и пространственной координаты, поскольку их динамика в различных пространственных точках разная. Поэтому объекты с распределенными координатами еще и сложными.
Свойства объекта управления позволяют определить алгоритм управления и подобрать комплекс технических средств для его реализации. При этом пользуются математическими моделями объектов автоматизации в виде передаточных функций. Передаточные функции (изображение линейных дифференциальных уравнений) могут быть получены по результатам аналитических и экспериментальных исследований.
Аналитические методы исследования объектов. В этом случае пользуются одним из трех известных законов сохранения: количества энергии, движения, вещества. Так, для сельскохозяйственного производства законы сохранения могут быть итерпретовани следующим образом: для тепловых объектов
где m — масса объекта; с — удельная теплоемкость; 0 — температура; ф т — сумма тепловых потоков, направленных на объект и с него;
где / — момент инерции; оз — круговая частота вращения; М — сумма моментов;
для объектов, осуществляющих линейное движение
Подпись: для объектов, совершающих круговое движение
где V — линейная скорость; Р-сумма сил, действующих на объект;
для объектов, которые наполняются жидкостями
где 5 — площадь основания резервуаров; / И — уровень жидкости; С} — потоки жидкостей;
для объектов, которые подвергаются сушке или увлажнению
где т 0 — масса абсолютно сухого вещества; со — относительная влажность; V? — Масса воды, поступающей в единицу времени. Анализ выражений (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5) позволяет записать:
где х, у — вход и выход объекта; Ь — неизменные его свойства.
В конце предыдущего века А. Стодола получил уравнение, которое может быть использовано для определения передаточных функций объектов:
где И — время разгона объекта; б — коэффициент самовыравнивания; \ У — отклонение переменных на входе и выходе объекта.
В зависимости от знака бы объекты автоматизации делятся
на:
Коэффициент самовыравнивания А. Стодола определил как
Где Хо, в о входящая и исходящая величины для статического режима.
Коэффициент самовыравнивания позволяет определить постоянную времени и коэффициент передачи объекта:
То есть, коэффициент самовыравнивания чрезвычайно важная характеристика для объекта автоматизации.
Время разгона объекта Г а определяется как
где U — емкость объекта (его способность накапливать или тратить энергию или вещество); в п номинальный значение выходной величины.
Рассмотрим на примере резервуара, как с использованием уравнения Стодолы можно найти его передаточную функцию.
Пример 1.1. Резервуар с нижней подачей жидкости
(Рис. 1.18) Qn = У5 — Н и расходом Q B = const имеет такую ??характеристику: площадь основания S = 5 м 2, номинальный уровень // 0 = 4 м, превышение притока над расходом в статическом режиме AQ = 1 • 10 ~ 3 м 3 / с. Найти передаточную функцию резервуара.
Подпись: Время разгона объекта:Коэффициент самовыравнивания:
Окончательное дифференциальное уравнение, описывающее свойства резервуара, будет иметь вид:
а передаточная функция после применения преобразования Лапласа:
Таким образом, для указанных условий резервуар, как объект автоматизации, представляет собой апериодическую звено.
Существует также и другой подход при построении математических моделей объектов аналитическим методом — классический, который требует знаний физических явлений, происходящих в данном объекте.