Элементы системы автоматического регулирования или Элементы автоматики

Системы автоматики –это совокупность связанных между собой элементов. Элемент представляет собой конструктивно обособленную часть схемы или системы, выполняющую определенную функцию.

Классификация элементов автоматики:

Датчики (генераторные и параметрические) – устройства, которые различные неэлектрические величины преобразуют в электрические сигналы.

Реле– устройства, которые с помощью сравнительно слабых электрических сигналов управляют мощными силовыми электрическими цепями.

Усилители (электронные, магнитные, электро-магнитные, гидравлические и др.) – устройства, которые усиливают входные сигналы, но не изменяют физической природы этих сигналов.

Стабилизаторы – устройства, которые поддерживают постоянство выходного сигнала при изменениях входного сигнала или сопротивления нагрузки.

Исполнительные элементы- устройства, которые путём преобразования подводимой к ним энергии приводят в действие какой-либо механизм или объект регулирования (управления) под воздействием управляющих сигналов.

Распределители – устройства, которые обеспечивают поочередное подключение различных элементов или цепей к какому-либо одному элементу или к одной точке электрической цепи.

Вычислительные элементы – устройства, которые выполняют математические и логические операции над электрическими или другими величинами.

Режимы работы аппаратов:

- Установившийся (статический) режим работы элемента или системы – это режим, при котором входной и выходной сигналы постоянны во времени.

- Динамический режим элемента или системы называется режим, при котором хотя бы один из входных или выходных сигналов не установился, т.е. изменяется во времени.

Статические Характеристики.

Это зависимость выходной величины, от входной.

Элементы, имеющие не зависящие от времени параметры и линейные статические характеристики, называются – линейными, а имеющие нелинейные характеристики –нелинейнымиэлементами.

Статическая характеристика датчиков и других элементов иногда называется – тарировочной(в виде графиков и таблиц).

Если входные и выходные величины элемента имеют одинаковую физическую природу (т.е. одинаковые размерности), то коэффициент передачи размерности не имеет и называется – коэффициентом усиления.

Применительно к Датчикам коэффициент передачи называется – чувствительностью.

Минимальное значение входной величины (абсолютной), которое может вызвать изменение выходной величины, называется – порогом чувствительности.

Статическая характеристика элемента, обладающего порогом чувствительности, не проходит через начало координат, а отсекает на оси абцисс некоторый отрезок, равный порогу чувствительности.

Отрезок между началом координат и порогом чувствительности называется – зоной чувствительности.

Статическая погрешность может быть абсолютной, относительной и приведенной.

Абсолютной статистической погрешностью – называется разность между номинальным и фактическим значениями выходной величины (бывает положительной и отрицательной).

Номинальным значением выходной величины называется «идеальное» значение выходной величины при отсутствии погрешности.

Относительная погрешность – представляет собой отношение абсолютной статической погрешности к действительному значению выходной величины, выраженной в относительных единицах или процентах.

или где Δ - абсолютная погрешность;

y – действительное значение выходной величины

Приведенная статическая погрешность – это отношение абсолютной статической погрешности к разности предельных значений выходной величины. Приведенная статическая погрешность выражается в относительных единицах или процентах.

или

где y_max и y_min – максимальное и минимальное значения выходной величины элемента.

Максимальная относительная погрешность – или просто погрешность элемента определяется по формуле:

где δ_x,δ_y – приведенные погрешности образцовых приборов;

Δ_max – максимальная разность между измеренным и тарировочным значениями.

Основной погрешностью – называется погрешность, которая возникает при нормальных условиях эксплуатации элемента (при которых он градуировался).

Условия эксплуатации элемента не всегда совпадают с нормальными, поэтому к основной погрешности элемента добавляется погрешность, называемая дополнительной.

По направлению связи подразделяются на прямые и обратные.

При прямых связях сигнал с выхода предыдущего элемента подается на выход следующего.

Обратная связь образуется, если часть выходного сигнала элемента подается на его вход.

Сигнал, который подается по цепи обратной связи, называется - сигналом обратной связи.

Так как на вход элемента поступает только часть выходного сигнала, то величина, показывающая, какая часть выходного сигнала поступает на вход элемента в виде сигнала обратной связи, называется – коэффициентом обратной связи: где X_OC – сигнал обратной связи; y – выходной сигнал.

Если сигнал (Xoc) совпадает по фазе с выходным сигналом (X), то такая обратная связь называется – положительнойи фактически на вход элемента подается суммарный сигнал (X+Xoc).

Если сигнал (Xос) не совпадает по фазе с выходным сигналом, то происходит вычитание сигналов. Такая обратная связь называется – отрицательной – и на вход элемента подается разностный сигнал (X-Xос).

Для электрических сигналов различают обратные связи по напряжению и по току.

Обратные связи могут также быть параллельными и последовательными.

Обратная связь по напряжению пропорциональна выходному напряжению, а обратная связь по току – выходному току.

При параллельном подключении сигналов обратной связи и выходного ко входу элемента обратная связь называется - параллельной.

При последовательном подключении входного сигнала обратной связи последняя называется – последовательной.

Если в цепь обратной связи включен элемент, то он называется – элементом обратной связи.

Постоянно действующие обратные связи, передающие сигналы как в установившихся, так и в динамических (периодных) режимах, - называются жёсткими.

Обратные связи, действующие только в переходных процессах, называются – гибкими.

ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ.

В реальных системах автоматики сигналы, как правило, бывают непостоянными. В большинстве случаев они изменяются во времени.

Для систем в целом и их отдельных частей и элементов основным режимом работы является режим, при котором входная м выходная величины не остаются постоянными. Такой режим называется – динамическим.

Процесс перехода из одного установившегося

состояния в другое т.е. процесс протекающий

в элементе при изменении его входной величины,

называется – переходным процессом.

Реакция большинства элементов на

скачкообразный входной сигнал, т.е. их

переходная характеристика, представляет собой

нарастающую экспоненту.

Время от начала экспоненциального

изменения входной величины до момента, когда

она достигает 63% установившегося значения

выходной величины, называется – постоянной времени (Т).

Разные элементы автоматики имеют различные графики переходных процессов, т.к. поведение элементов при воздействии на них скачкообразных входных сигналов описывается различными дифференциальными уравнениями.

Время (t_уст) в течение которого выходной

сигнал достигает значения, отличающегося

на (Δy) от установившегося значения выходной

величины, называется - временем установления,

или длительностью переходного процесса.

В любой произвольный момент времени

кривые (y) и (x) имеют разность ординат.

Эта разность называется - абсолютной

динамической погрешностью элемента.