Для синтеза АСР и еѐ отдельных элементов, а также исследования их характеристик необходимо иметь уравнения, связывающие входные и выходные параметры. Уравнения могут быть получены аналитическим, экспериментальным и экспериментально-аналитическим методами.
Аналитический метод заключается в составлении математического описания объекта, при котором находят уравнения статики и динамики на основе фундаментальных законов, описывающих физические и химические процессы, протекающие в исследуемом объекте с учетом конструкции аппаратуры и характеристик перерабатываемых веществ. Например: законы сохранения вещества и энергии, а также кинетические закономерности процессов химических превращений, переноса тепла и массы. Аналитический метод применяют при проектировании новых технологических объектов, физико-химические процессы которых достаточно хорошо изучены.
Достоинства:
- не требует проведения экспериментов на реальном объекте;
- позволяет определить математическое описание еще на стадии проектирования системы управления;
- позволяет учесть все основные особенности динамики объекта управления - нелинейность, нестационарность, распределенные параметры и т.д.;
- обеспечивает получение универсального математического описания, пригодного для широкого класса аналогичных объектов управления.
Недостатки:
- трудность получения достаточно точной математической модели, учитывающей все особенности реального объекта;
- проверка адекватности модели и реального процесса требуют проведения натурных экспериментов;
- многие математические модели имеют ряд трудно оцениваемых в численном выражении параметров
Экспериментальный метод состоит в определении характеристик реального объекта путем постановки на нем специального эксперимента. Метод прост, обладает малой трудоемкостью и позволяет достаточно точно определить свойства конкретного объекта.
Экспериментальные методы определения динамических характеристик делятся на:
методы определение временных характеристик объекта управления;
методы определение частотных характеристик объекта управления.
Временные методы определения динамических характеристик делятся, в свою очередь, на активные и пассивные. Активные методы предполагают подачу на вход объекта пробных тестирующих сигналов, (ступенчатый или прямоугольный импульсы, периодический двоичный сигнал).
Достоинства:
достаточно высокая точность получения математического описания;
относительно малая длительность эксперимента.
В пассивных методах на вход объекта не подаются никакие пробные сигналы, а лишь фиксируется естественное движение объекта в процессе его нормального функционирования. Полученные массивы данных о входных и выходных сигналах обрабатываются статистическими методами.
Недостатки:
невысокая точность получаемого математического описания, (т.к. отклонения от нормального режима работы малы);
необходимость накопления больших массивов данных с целью повышения точности (тысячи точек);
если эксперимент проводится на объекте, охваченном системой регулирования, то наблюдается эффект корреляции (взаимосвязи) между входным и выходным сигналами объекта через регулятор. Такая взаимосвязь снижает точность математического описания.
При экспериментальном методе невозможно выявить функциональные связи между свойствами перерабатываемых и получаемых веществ, режимными показателями технологического процесса и конструктивными характеристиками объекта. Этот недостаток не позволяет распространить на другие однотипные объекты результаты, полученные экспериментальным методом.
Наиболее эффективным является экспериментально-аналитический метод, когда, используя аналитически полученную структуру объекта, ее параметры определяют в ходе натурных экспериментов. Являясь комбинацией аналитического и экспериментального способов, этот метод учитывает их преимущества и недостатки.
