1. Классификация систем автоматики

К аждая автоматическая система состоит из целого ряда блоков или звеньев, различно соединенных между собой. Каждое отдельно взятое звено имеет вход и выход в соответствии со стрелками на рис. 1.2, обозначающими воздействие или передачу информации с одного звена на другое

Схема отдельного звена автоматической системы управления

В процессе работы автоматической системы величины х₁ и х₂ изменяются во времени. Существуют различные характеристики звеньев: статические, переходные, частотные.

Основными признаками деления автоматических систем на большие классы по характеру внутренних динамических процессов являются:1)непрерывность или дискретность (прерывистость) динамических процессов во времени; 2)линейность или нелинейность уравнений, описывающих динамику процессов управления.

По первому признаку автоматические системы делятся на системы непрерывного действия, системы дискретного действия (импульсные и цифровые) и системы релейного действия.

По второму признаку каждый из указанных классов, кроме релейного, делится на линейные и нелинейные системы. Системы же релейного действия относятся целиком к категории нелинейных систем.

Системой непрерывного действия или непрерывной системой называется такая система, в каждом из звеньев которой непрерывному изменению входной величины во времени соответствует непрерывное изменение выходной величины.

С истемой дискретного действия или дискретной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина изменяется не непрерывно, а имеет вид отдельных импульсов, появляющихся через некоторые промежутки времени. Звено, преобразующее непрерывный входной сигнал в последовательность импульсов, называется импульсным элементом или импульсным модуляторов.

Системой релейного действия или релейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене при непрерывном изменении входной величины выходная величина в некоторых точках процесса, зависящих от значения входной величины, изменяется скачком. Такое звено называется релейным звеном.

Линейной системой называется такая система, поведение всех звеньев которой вполне описывается линейными уравнениями (алгебраическими и дифференциальными или разностными.

Нелинейной системой называется такая система, в которой хотя бы в одном звене нарушается линейность статической характеристики или же имеет место любое другое нарушение линейности уравнений динамики звена. Наиболее полно разработаны теория и различные прикладные методы для обыкновенных линейных и линейных дискретных систем.

2. Скелетно-функциональная схема системы автоматического регулирования

Система автоматического регулирования (САР) состоит из регулируемого объекта, в котором совершается автоматизируемый процесс, и внешнего по отношению к объекту устройства, называемого автоматическим регулятором.Последний воздействует на процесс с целью поддержания некоторого определенного значения его характеристической регулируемой величины (параметра) без вмешательства человека. Воздействие на процесс осуществляется с помощью регулирующего органа. Та часть регулируемого объекта, в которой непосредственно осуществляется процесс регулирования, носит название регулируемого участка. В регулируемый участок непрерывно поступает вещество или энергия - регулируемая среда, которая затем отводится из него. Таким образом, в регулируемом участке имеет место приток и сток регулируемой среды. Примером такого объекта может служить бак, в который поступает и из которого стекает вода, в котором требуется поддерживать некоторое значение уровня. Регулируемая величина - уровень не будет изменяться только при равенстве притока и стока регулируемой среды в регулируемом участке, т.е. при наличии в нем динамического равновесия.

В сякое нарушение динамического равновесия, т.е. баланса между притоком и стоком регулируемой среды, называется возмущающим воздействием или просто возмущением. В теплотехнических регулируемых объектах изменение стока регулируемой среды обычно создается ее потребителем и определяет нагрузку объекта. Регулирующий орган в этом случае должен располагаться на стороне притока.

Схема регулируемого участка и регулятора на примере регулирования уровня воды в баке: 1-регулируемая величина, 2- измерительный элемент, 3 – командно-усилительное или управляющим устройство (выполняет функции измерения, т.е. сравнения значения с заданной величиной),4-электродв-ль с редуктором -сервомотор или исполнительный механизм, 5-регулирующий орган

Регулятор начинает работать при отклонении уровня от заданного. Это отклонение называют рассогласованием.

Измерительное устройство, выполняющее функции сравнения действительного и заданного значений регулируемой величины, не всегда совмещается с управляющим устройством. Управляющее устройство может выполнять и функции усиления величины рассогласования измерительного устройства. Эти устройства (измерительное и управляющее) могут быть конструктивно разделены. Совокупность чувствительного элемента, измерительного и командно-усилительного устройства, сервомотора является автоматическим регулятором.

Регуляторы, использующие для своей работы внешнюю энергию, носят название регуляторов с усилением или регуляторов непрямого (косвенного) действия. Существуют регуляторы и другого типа - регуляторы прямого действия (прямодействующие регуляторы). Примером такого регулятора может служить поплавковый прямодействующий регулятор уровня. Здесь поплавок сам закрывает регулирующий орган (или открывает его) при изменении уровня. В прямодействующих регуляторах сервомотор отсутствует, а чувствительный элемент, измерительное и управляющее устройства обычно объединены.

Схема регулирования уровня воды в баке регулятором прямого действия

Скелетно-функциональная схема

Прямоугольниками изображены отдельные элементы системы: регулируемый участок 1, регулирующий орган 5, чувствительный элемент 2, измерительное и управляющее устройство 3 и сервомотор 4. Элементы регулятора могут быть условно объединены в единое устройство - регулятор. Для регулятора прямого действия (см. рис. 1.9) это объединение осуществлено конструктивно. Тогда скелетная схема будет выглядеть проще (рис. 1.11, а). Такое объединение в частности, удобно при идеализации регулятора и при рассмотрении принципиальных вопросов системы регулирования. В этом случае входной величиной регулятора является отклонение регулируемой величины от ее заданного значения, а выходной - отклонение вала сервомотора.

Упрощенная скелетная схема

Рассмотренные системы регулирования состоят из одного регулируемого объекта и одного регулятора и их функциональные схемы представляют собой один единственный замкнутый контур: такого рода системы автоматического регулирования носят название одноконтурных.В системе автоматического регулирования всегда имеется два основных взаимодействующих устройства - регулируемый объект (или участок) и регулятор.