При разработке систем автоматизации каждый технологических ный процесс, машина, оборудование, аппарат, подлежит автоматизации, называются объектами автоматизации.

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.