自動化對象及其特性

自動化對象（控制對象） — 這些是必須控制的獨立裝置、金屬切削機器、機器、集合體、設備、機器和設備的複合體。它們在目的、結構和行動原則上千差萬別。

自動化的對像是自動化系統的主要組成部分，它決定了系統的性質，因此對其研究尤為重視。一個對象的複雜性主要取決於它的知識程度和它執行的功能的多樣性。對象研究的結果必須以關於對象完全或部分自動化的可能性或缺乏自動化必要條件的明確建議的形式呈現。

自動化對象的特徵

自動控制系統的設計必須先進行現場勘測，以建立現場關係。通常，這些關係可以表示為四組變量。

受控干擾, 其集合構成L維向量H = h1, h2, h3, ..., hL ... 它們包括依賴於外部環境的可測量變量，如鑄造廠原材料的質量指標、數量蒸汽鍋爐中消耗的蒸汽量、即熱式熱水器中的水流量、溫室中的空氣溫度，這取決於外部環境條件和影響過程的因素。對於受控干擾，技術條件有限制。

被控制的工藝過程指標稱為被控量（坐標），控制工藝過程指標的物理量稱為控製作用（輸入量、坐標）。

控制動作，它們的總和形成一個n維向量X = x1，x2，x3，...，xn...它們獨立於外部環境，對工藝過程的影響最顯著。在他們的幫助下，有目的地改變了流程。

控制動作 包括電動機、電加熱器、執行器的啟停、控制閥的位置、調節器的位置等。

輸出變量, 的集合構成了M維狀態向量 Y = y1, y2, y3, ..., yМ... 這些變量是對象的輸出，表徵了它的狀態，決定了成品的質量指標.

不受控制的干擾影響, 其集合形成 G 維向量 F = ε1, ε2, ε3, …, εG... 它們包括由於某種原因無法測量的擾動，例如由於缺少傳感器。

米。 1.自動化對象的輸入和輸出

研究被自動化對象的考慮關係可以得出兩個截然相反的結論：對象的輸出和輸入變量之間存在嚴格的數學依賴關係，或者這些變量之間沒有可以用可靠的數學表達式表示的依賴關係公式。

在工藝過程自動控制的理論和實踐中，在描述這種情況下對象的狀態方面已經獲得了足夠的經驗。在這種情況下，對像被認為是自動控制系統中的環節之一。在輸出變量 y 和對象的控制輸入動作 x 之間的數學關係已知的情況下，記錄數學描述的兩種主要形式是有區別的——它們是對象的靜態和動態特性。

靜態特性 以數學或圖形形式表示輸出參數對輸入的依賴性。二元關係通常有明確的數學描述，例如鑄造材料稱重分配器的靜態特性有形式h = km（這裡h是彈性元件的變形程度；t是材料的質量；k是比例因子，取決於彈性元件材料的特性）。

如果有多個可變參數，諾模圖可以用作靜態特徵。

對象的靜態特性決定了後續自動化目標的形成。從代工廠實際實施的角度來看，這些目標可以歸結為三種類型：

• 穩定物體的初始參數；

• 根據給定的程序改變輸出參數；

• 當過程條件改變時，某些輸出參數的質量發生變化。

然而，由於影響過程過程的相互關聯的因素眾多，不可控因素的存在以及對過程知識的缺乏，許多技術對象無法用數學來描述。從自動化的角度來看，此類對像很複雜。複雜程度由對象的輸入和輸出數量決定。這種客觀的困難出現在研究質量和熱傳遞減少的過程中。因此，在他們的自動化中，假設或條件是必要的，這應該有助於實現自動化的主要目標——通過最大限度地接近最佳技術模式來提高管理效率。

為了研究複雜的對象，使用了一種技術，該技術包括以“黑匣子”的形式對對象進行條件表示。同時，只研究外部連接，也不考慮系統的早間結構，也就是說，他們研究對像做了什麼，而不是它如何運作。

對象的行為由輸出值對輸入值變化的響應決定。研究此類物體的主要工具是統計和數學方法。在方法上，對象的研究按以下方式進行：確定主要參數，建立主要參數的離散系列變化，在建立的離散系列內人為改變對象的輸入參數，所有變化記錄輸出中的結果，並對結果進行統計處理。

動態特性 一個自動化對象由它的許多屬性決定，其中一些屬性有助於高質量的控製過程，另一些則阻礙它。

在自動化對象的所有屬性中，無論其種類如何，都可以區分出主要的、最具特色的屬性：容量、自對齊能力和滯後性。

容量 是對象積累工作環境並將其存儲在對像中的能力。物質或能量的積累是可能的，因為每個物體都有輸出電阻。

物體容量的量度是容量係數C，它表徵了在公認的測量尺寸內，為使控制值改變一個單位，必須供給物體的物質或能量的量：

其中 dQ 是物質或能量的流入和消耗之間的差值； ru——控制參數；時間到了。

容量因子的大小可以根據受控參數的大小而不同。

被控參數的變化率越小，物體的容量係數越大。由此可見，容量係數越大的對象越容易控制。

自流平 這是物體在沒有控制裝置（調節器）干預的情況下，經過擾動後進入新的穩定狀態的能力。具有自對準的物體稱為靜態的，不具有這種特性的物體稱為中性或非靜態的.自對準有助於物體控制參數的穩定，便於控制裝置的運行。

自流平物體的特徵是自流平係數（程度），如下所示：

根據自流平係數，物體的靜態特性呈現不同的形式（圖 2）。

不同自流平係數下受控參數對負載的依賴性（相對擾動）：1-理想自流平； 2——正常自流平； 3——缺乏自流平

相關性 1 表徵受控值在任何干擾下都不會改變的對象，這樣的對像不需要控制設備。依賴 2 反映了對象的正常自對齊，依賴 3 表徵了沒有自對齊的對象。係數 p 是可變的，它隨著負載的增加而增加，並且在大多數情況下具有正值。

延遲 — 這是從不平衡時刻到對象控制值開始變化之間經過的時間。這是由於阻力的存在和系統的動力。

延遲有兩種類型：純延遲（或傳輸延遲）和瞬態延遲（或電容延遲），它們會增加對象的總延遲。

純延遲之所以得名，是因為在存在它的對像中，與輸入動作發生的時間相比，對象輸出的響應時間會發生變化，而不會改變動作的幅度和形狀。以最大負載運行或高速傳播信號的設施具有最小的淨延遲。

當物質或能量的流動克服物體容量之間的阻力時，會發生瞬態延遲。它由電容器的數量和傳輸電阻的大小決定。

純粹的瞬態延遲會降低控制質量；因此，有必要努力降低它們的價值。促成措施包括在物體附近放置測量和控制裝置、使用低慣性敏感元件、物體本身的結構合理化等。

自動化對象最重要的特徵和屬性的分析結果，以及他們的研究方法，允許制定 一些要求和條件，滿足這些要求和條件保證了成功自動化的可能性. 主要有以下幾種：

• 對象關係的數學描述，以靜態特徵的形式呈現；對於無法用數學方法描述的複雜對象——在引入某些假設的基礎上，使用數學和統計、表格、空間和其他方法來研究對象之間的關係；

• 以微分方程或圖形的形式構建物體的動態特性，以研究物體的瞬態過程，同時考慮物體的所有主要特性（容量、滯後、自流平）；

• 在對像中使用此類技術手段，以確保以傳感器測量的統一信號的形式發布有關對象所有感興趣參數變化的信息；

• 使用帶有受控驅動器的執行器來控制對象；

• 建立可靠已知的對像外部干擾變化的限制。

從屬要求包括：

• 根據控制任務確定自動化的邊界條件；

• 建立對進貨數量和控制措施的限制；

• 最優性（效率）標準的計算。

自動化對象的一個例子是在鑄造廠中準備型砂的裝置

型砂的製作過程包括初始組分的配料、將它們送入混合器、混合成品混合物並將其送入造型線、處理和再生用過的混合物。

鑄造生產中最常見的砂-粘土混合物的原材料：廢混合物、新砂（填料）、粘土或膨潤土（粘合劑添加劑）、煤粉或含碳材料（不粘添加劑）、耐火材料和特殊添加劑（澱粉，糖蜜）和水。

混合過程的輸入參數是指定造型材料的成本：廢混合料、新鮮沙子、粘土或膨潤土、煤粉、澱粉或其他添加劑、水。

初始參數是模塑混合物所需的機械和工藝性能：乾濕強度、透氣性、壓實性、成型性、流動性、堆積密度等，這些由實驗室分析控制。

此外，輸出參數還包括混合物的組成：活性和有效粘合劑的含量、活性炭的含量、水分含量或粘合劑的潤濕程度、細粉-吸濕細顆粒的含量混合物的粒度組成或細度模數。

因此，過程控制的對像是混合物的組成成分。通過提供最終混合物組分的最佳組成，通過實驗確定，可以在混合物的機械和技術性能的給定水平上實現穩定。

混合物製備系統受到的干擾極大地複雜化了穩定混合物質量的任務。干擾的原因是存在再循環流——廢物混合物的使用。混合準備系統中的主要問題是澆注過程。在液態金屬的影響下，在靠近鑄件並被加熱到高溫的部分混合物中，活性粘合劑、煤和澱粉的成分發生深刻變化，並轉變為非活性成分。

混合物的製備包括兩個連續的過程：混合物的計量或混合，以確保獲得必要的組分組成，以及混合，以確保獲得均勻的混合物並賦予其必要的技術性能。

在製備模塑混合物的現代技術過程中，使用了連續添加原料（模塑）材料的方法，其任務是產生恆定量的材料或其各個組分的連續流動，其流速偏離給予不超過允許的。

作為控制對象的混合過程的自動化可以通過以下方式完成：

• 合理構建混合物製備系統，排除或減少干擾對混合物成分的影響；

• 使用稱重加藥方法；

• 為多組分配料創建連接控制系統，考慮到過程的動態（混合器慣性和延遲），主要組分應該是用過的混合物，它在流量和成分方面有顯著波動；

• 在製備過程中自動控制和調節混合物的質量；

• 創建自動裝置，用於復雜控制混合物的成分和特性，並在計算機上處理控制結果；

• 在改變模具中的混合物/金屬比例和鑄造前的冷卻時間時及時改變混合物配方。