2.2. Автоматты жүйе элементтері

Автоматты жүйе өзара байланысқан және белгілі бір қызмет атқаратын дербес конструкциялық элементтерден тұрады, оларды автоматика элементтері не құралдары деп атайды. Элементтерді жүйеде атқаратын қызметіне қарай салыстырушы, түзетуші, қабылдаушы, жоспарлаушы, түрлендіруші және атқарушы деп ажыратады.

Қабылдаушы элементтер не бастапқы түрлендіріп бергіштер (датчиктер) технологиялық процестердің басқарылатын шамаларын өлшейді де, оларды бір физикалық түрден екінші бір физикалық шамаға түрлендіреді (мысалы, термоэлектрлік термометр температура айырымын термоЭҚК-не түрлендіреді).

Жоспарлаушы элементтер (баптау элементтері) арқылы жүйеге реттелетін шаманың Х₀ қажет мәні беріледі; оның нақты мәні осы бежұмысына рілген мәнге сәйкес келуі тиіс.

Салыстырушы элементтер реттелетін шаманың берілген мәнін Х₀ нақты мәнімен X салыстырады. Бұл элементтің шығысында алынатын айырымдық сигнал X = Х₀ — X атқарушы элементке тікелей не күшейткіш арқылы беріледі.

Түрлендіруші элементтер сигналдың пайдалануға ыңғайлы түрге түрлендірілуін және оның қуатын магниттік, электрондық және т. б. күшейткіштер арқылы үдетуін жүзеге асырады.

Атқарушы элементтер басқару объектісіне берілетін басқару әсерін тудырады. Олар басқару объектісіне берілетін не одан алынатын энергия немесе заттар санын өзгерту арқылы басқарылатын шаманы берілген мәніне сәйкес етіп ұстап отырады.

Түзетуші элементтер басқару процесінің сапасын жақсарту үшін қажет.

Автоматты жүйелерде көрсетілген негізгі элементтерден басқа қосалқы элементтер де болады, оларға ауыстырып қосқыш құрылғылар мен қорғау элементтері, резисторлар, конденсаторлар, сигнал беру жабдықтары жатады.

Автоматика элементтерінің қолдану және технологиялық ерекшеліктерін айқындайтын арнайы сипаттамалары мен параметрлері болады.

Басты сипаттамалардың біріне элементтің статикалық сипаттамасы жатады. Статикалық сипаттама деп, тұрақталған режим кезіндегі Х_шығ шамасының Х_кір шамасына тәуелділігін айтады:

Х_шығ = ƒ(Х_кір). Кірістік шамасының таңбасына сәйкес бейре-версивті (шығыстық шаманың таңбасы өзгерістің барлық деңгейінде тұрақты болғанда) және реверсивті (кірістік шаманың таңбасының өзгерісі шығыстық шаманың таңбасының өзгерісіне әкеледі) статикалық сипаттамалар болып ажыратылады.

Динамикалық сипаттама элементтердің динамикалық режимде, яғни кірістік шаманың шапшаң өзгерген сәттеріндегі жұмысын бағалау үшін пайдаланылады. Оны өтпелі сипаттамамен, беріліс функциясымен және жиілік сипаттамаларымен өрнектейді. Өтпелі сипаттама Х_шығ шығыстық шаманың t уақытқа тәуелділігін көрсетеді: Х_кір кірістік сигналының секірмелі өзгерісі кезінде Х_шығ = ƒ (t) .

Жалпы беріліс функциясына, өтпелі және жиілік сипаттамаларына төменгі тарауларда толығымен тоқталатын боламыз.

Автоматика элементтерінің негізгі параметрлерінің қатарына беріліс коэффициенті мен сезімталдық деңгейі жатады.

Беріліс коэффициентін элементтердің статикалық сипаттамасымен анықтауға болады. Оны статикалық, динамикалық (дифференциалдық) және салыстырмалы коэффициенттер деп үш түрге ажыратады.

Х_шығ шығыстық шамасының Х_кір кірістік шамасына қатынасын статикалық беріліс коэффициенті деп атайды, яғни К_ст = Х_шығ/Х_кір. Нақты конструкциялық элементке қатысты статикалық беріліс коэффициентін, мысалы, күшейткіштерде — күшейту коэффициенті, редукторларда — редукция коэффициенті, трансформаторларда — трансформация коэффициенті деп атайды.

Бейсызықты сипаттамасы бар элементтер үшін К_д динамикалық беріліс (дифференциалдық) коэффициенті пайдаланылады, яғни

К_д = Х_шығ/Х_кір. К_сал, салыстырмалы беріліс коэффициенті элементтің Х_шығ/Х_шығ.н. шығыстық шамасының салыстырмалы өзгерісінің Х_кір/Х_кір.н кірістік шамасының салыстырмалы өзгерісіне қатынасына тең:

(2.1)

мұндағы Х_шығ.н мен Х_кір._н— шығыстық және кірістік шамалардың номинал мәндері. Бұл коэффициент өлшемсіз шама, әрі конструкциясы мен қызмет әрекеті әртүрлі элементтерді салыстыруда тиімді.

Сезімталдық деңгей шығыстық шаманың айтарлықтай өзгерісі байқалатын кірістік шаманың ең кіші мәні. Ол элемент конструкциясындағы тетіктер арасындағы үйкеліс, саңылау және люфтінің салдарынан болады.

Ауытқу бойынша басқару принципі пайдаланылатын автоматты тұйықталған жүйелердің артықшылығына кері байланыстың болуы жатады. Кері байланыс әрекетінің принципін электр қыздыру пешінің температурасын басқару жүйесі мысалы негізінде қарастырайық. Температураны берілген шекте ұстау үшін объектіге берілетін басқарушы әсердің, яғни қыздырғыш элементке түсірілетін кернеудің мәнін температураны ескере отырып өзгертеді. Температураның бастапқы түрлендіргіші арқылы жүйе шығысы оның кірісімен жалғастырылады. Мұндай қосылысты, яғни ақпарат (информация) басқарушы ықпалмен салыстырғанда кері бағытта берілетін каналды кері байланыс деп атайды. Кері байланыс оң және теріс, қатаң және икемді, негізгі және қосалқы болып ажыратылады.

Оң кері байланыс деп, кері байланыс әсері мен жоспарланған әсердің таңбалары дәл келетін байланысты айтады. Ал дәл келмеген жағдайда теріс кері байланыс делінеді.

Егер берілетін әсер уақыт өтуіне тәуелсіз болып тек реттелетін параметрдің мәніне ғана тәуелді болса, онда мұндай байланысты қатаң кері байланыс деп атайды. Қатаң кері байланыс жүйенің тұрақталған, әрі өтпелі режимдері кездерінде де әрекет етеді. Тек өтпелі режимде әрекет ететін байланысты икемді кері байланыс дейді. Икемді кері байланыс өзі арқылы уақыт өтуімен басқарылатын шама өзгерісінің бірінші не екінші туындысын өткізетіндігімен сипатталады. Икемді кері байланыстың шығысында сигнал тек басқарылатын шама уакыт барысында өзгергенде ғана пайда болады.

Негізгі кері байланыс басқару жүйесінің шығысын оның кірісімен қосады, яғни басқарылатын шаманы жоспарлау құрылғысымен байланыстырады. Ал қалған кері байланыстар қосымша не жергілікті деп аталады. Қосымша кері байланыс жүйенің қайсыбір буынынан алынған әсер сигналын алдыңғы тізбектегі кез келген басқа бір буынның кірісіне береді. Мұндай байланыс жеке элементтердің қасиеті мен сипаттамасын жақсарту үшін пайдаланылады.