Елементи на автоматични системи

Всяка автоматична система се състои от отделни структурни елементи, свързани помежду си и изпълняващи определени функции, които обикновено се наричат елементи или средства за автоматизация… От гледна точка на функционалните задачи, изпълнявани от елементите в системата, те могат да бъдат разделени на възприемащи, настройващи, сравняващи, трансформиращи, изпълнителни и коригиращи.

Сензорни елементи или първични преобразуватели (сензори) измерва контролираните количества технологични процеси и ги преобразува от една физическа форма в друга (например, термоелектрически термометър превръща температурната разлика в термоЕМФ).

Настройващи елементи на автоматизацията (настройващи елементи) служат за задаване на необходимата стойност на контролираната променлива Xo. На тази стойност трябва да съответства действителната му стойност. Примери за задвижвания: механични задвижвания, електрически задвижвания като резистори с променливо съпротивление, променливи индуктори и ключове.

Сравнителни елементи за автоматизация сравнява предварително зададената стойност на контролираната стойност X0 с действителната стойност X. Сигналът за грешка, получен на изхода на сравняващия елемент ΔX = Xo — X се предава или чрез усилвателя, или директно към задвижването.

Трансформиращи елементи извършват необходимото преобразуване и усилване на сигнала в магнитни, електронни, полупроводникови и други усилватели, когато мощността на сигнала е недостатъчна за по -нататъшна употреба.

Изпълнителни елементи създаване на контролни действия върху контролния обект. Те променят количеството енергия или вещество, доставено или отстранено от контролирания обект, за да може контролираната стойност да съответства на дадена стойност.

Коригиращи елементи служат за подобряване на качеството на управленския процес.

В допълнение към основните елементи в автоматичните системи има и дъщерно дружество, които включват комутационни устройства и защитни елементи, резистори, кондензатори и сигнално оборудване.

Всичко елементи за автоматизация независимо от предназначението им, те имат определен набор от характеристики и параметри, които определят техните експлоатационни и технологични характеристики.

Основната от основните характеристики е статична характеристика на елемент… Той представлява зависимостта на изходната стойност Хвх от входа Хвх в стационарен режим, т.е. Xout = f (Xin). В зависимост от влиянието на знака на входното количество, необратими (когато знакът на изходното количество остава постоянен в целия диапазон на вариация) и обратими статични характеристики (когато промяната в знака на входното количество води до промяна в знака на изходящото количество) се разграничават.

Динамична характеристика се използва за оценка на работата на елемент в динамичен режим, т.е. с бързи промени във входната стойност. Задава се от преходната реакция, трансферна функция, честотна характеристика. Преходният отговор е зависимостта на изходната стойност Xout от времето τ: Хвх = f (τ) — с подобна на скок промяна на входния сигнал Хвх.

Коефициент на предаване може да се определи от статичните характеристики на елемента. Има три вида фактори на предаване: статични, динамични (диференциални) и относителни.

Статична печалба Кst е съотношението на изходната стойност Xout към входния Xin, тоест Kst = Xout / Xvx. Коефициентът на трансфер понякога се нарича коефициент на преобразуване. По отношение на специфични конструктивни елементи, статичният коефициент на предаване се нарича също усилване (в усилватели), редукционен коефициент (в скоростните кутии), коефициент на трансформация (в трансформатори) и т.н.

За елементи с нелинейна характеристика се използва динамичен (диференциален) коефициент на прехвърляне Kd, т.е.Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Относителен коефициент на предаване Котката е равна на съотношението на относителната промяна в изходната стойност на елемента ΔXout / Xout.n към относителната промяна на входното количество ΔХвх / Хвх.н,

Котка = (ΔXout / Xout.н) /ΔХвх / Хвх.н,

където Хвих.n и Xvx.n — номинални стойности на изходните и входните количества. Този коефициент е безразмерна стойност и е удобен при сравняване на елементи, които са различни по дизайн и принцип на действие.

Праг на чувствителност — най -малката стойност на входното количество, при която има забележима промяна в изходното количество. Причинява се от наличието на триещи елементи в конструкции без смазочни материали, пролуки и люфт в ставите.

Характерна особеност на автоматичните затворени системи, при които се използва принципът на управление чрез отклонение, е наличието на обратна връзка. Нека разгледаме принципа на обратна връзка, като използваме примера за система за контрол на температурата за електрическа отоплителна пещ. За да се поддържа температурата в определените граници, контролното действие, влизащо в обекта, т.е. напрежението, подадено към нагревателните елементи, се формира, като се вземе предвид стойността на температурата.

С помощта на първичен температурен преобразувател изходът на системата е свързан към неговия вход. Такава връзка, тоест канал, по който се предава информация в обратна посока в сравнение с контролното действие, се нарича обратна връзка.

Обратна връзка тя може да бъде положителна и отрицателна, твърда и гъвкава, основна и допълнителна.

Положителна обратна връзка връзката се извиква, когато признаците на обратна връзка и референтно влияние съвпадат. В противен случай се извиква обратната връзка отрицателен.

Гъвкави схеми за обратна връзка: a, b, c — диференциране, d и e — интегриране
Схема на най -простата система за автоматично управление: 1 — обект за управление, 2 — основна връзка за обратна връзка, 3 — елемент за сравнение, 4 — усилвател, 5 — задвижващ механизъм, 6 — елемент за обратна връзка, 7 — коригиращ елемент.

Ако предаденото действие зависи само от стойността на управлявания параметър, т.е.не зависи от времето, тогава такава връзка се счита за твърда. Трудна обратна връзка действа както в стационарно, така и в преходно състояние. Гъвкава обратна връзка се отнася до връзка, която работи само в преходен режим. Гъвкавата обратна връзка се характеризира с предаването по протежение на нея към входа на първата или втората производна на промяната в контролираната променлива във времето. При гъвкава обратна връзка изходният сигнал съществува само когато контролираната променлива се променя с течение на времето.

Основна обратна връзка свързва изхода на системата за управление с нейния вход, т.е.свързва контролираната стойност с главния. Останалите отзиви се считат за допълнителни или местни. Допълнителни отзиви предава сигнал за действие от изхода на всяка връзка в системата към входа на всяка предишна връзка. Те се използват за подобряване на свойствата и характеристиките на отделните елементи.