При разработке систем автоматизации каждый технологических ный процесс, машина, оборудование, аппарат, подлежащего 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 некоторый базис, а все другие 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, приготовление и раздача кормов, сушки и очистки продукции, стабилизация уровня жидкостей), отдельные механизмы и аппараты (стабилизация частоты вращения рабочих машин, обеспечения 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 постоянны 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 есть 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 (изображения 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 ітерпретовані таким образом: для тепловых объектов

где т — масса объекта; с — удельная теплоемкость; 0 — температура; фт — сумма тепловых потоков, направленных на объект и из него;

где / — момент инерции; оз — круговая частота вращения; М — сумма моментов;

для объектов, осуществляющих линейное 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 т0 — масса абсолютно сухого вещества; со — относительная влажность; V? — масса влаги, поступающей за 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. Сарай получил уравнение, которое может быть использовано для определения передаточных функций объектов:

где Та — время разгона объекта; б — коэффициент самовыравнивания; у — отклонение переменных на входе и выходе объекта.

В зависимости от знака б объекты автоматизации делятся

на:

Коэффициент самовыравнивания А. Сарай определил как

Где Хо, у о—входная и выходная 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 Га определяется как

где U — емкость объекта (его способность накапливать или расходовать энергию или вещество); уп—номинальное 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 QB = const имеет такую характеристику: площадь основания S = 5 м2, номинальный уровень //0 = 4 м, превышение притока над расходом в статическом режиме AQ = 1 • 10~3 м3/с. Найти передаточную функцию резервуара.

Коэффициент самовыравнивания:

Окончательное дифференциальное уравнение, которое описывает свойства резервуара, будет иметь вид:

а передаточная функция после применения преобразования Лапласа:

Таким образом, для приведенных условий резервуар, как объект автоматизации, представляет собой аперіодичну звено.

Существует также и второй подход при построении математических моделей объектов аналитическим методом — классический, который требует знаний физических явлений, происходящих в данном объекте.