§ 2. Классификация элементов систем автоматического управления

Автоматические системы отличаются друг от друга объектами управления, физической природой регулируемых (управляемых) величин, конструктивным устройством элементов управляющих устройств. Однако независимо от этих различий элементы автома­тических систем могут выполнять одинаковые функции.

Функциональная схема автоматических систем управления и регулирования, характеризующая функции, выполняемые их эле­ментами (рис. 4), включает: управляемый или регулируемый объект 0, воспринимающее устройство (датчик) Д, задающее устройство ЗУ, сравнивающее устройство СУ, усилительное устройство УУ, исполнительное устройство ИУ, регулирующее (управляющее) устройство РУ, корректирующее устройство КУ.

Элементы Д, ЗУ, СУ, УУ, ИУ, РУ образуют управляющее устройство, или регулятор. Отдельные элементы могут отсутство­вать или объединяться с другими.

Рассмотрим характеристику и назначение функциональных элементов.

Управляемый объект. Это совокупность технических средств (машины, аппараты, устройства), в которых протекает управляе­мый процесс. Из-за разнообразия управляемых объектов физическая природа управляемых параметров различна. Это могут быть на­пряжение, частота вращения, угол поворота, уровень, температура и др. Для осуществления автоматического управления или регу­лирования необходимо хорошо знать свойства и особенности объек­тов.

Любой управляемый объект (процесс) может быть представлен структурной схемой. Такая схема дана на рис. 5, где выделены основные группы параметров, определяющих состояние объекта в любой момент времени. x_i (i = 1, 2, . . . , п) — входной пара­метр, который можно измерить, не зависит от режима работы, воз­можность воздействия отсутствует; z_i (i = 1, 2, . . . , m) — возму-

щающий параметр, может быть измерен, но неуправляем,значения могут изменяться случайным образом; u_i (i = 1, 2, . . . , k) — уп­равляющий параметр, воздействуя на который, можно управлять процессом; у (i=1,2,..., j) — выходной параметр, определяе­мый режимами процесса, которые характеризуют его состояние, возникающее в результате суммарного воздействия входных, уп­равляющих и возмущающих параметров.

Виды устройств. Воспринимающее устройство (датчик). Его задачей является измерение действительного значе­ния управляемой величины и преобразование ее в величину иной физической природы, удобной для дальнейшего использования. Например, измерение температуры — термопарой, термометром со­противления, частоты вращения — тахогенератором и т. п.

Воспринимающие устройства мало потребляют энергии и прак­тически не оказывают влияния на состояние регулируемого объекта (на значение управляемого параметра). Подразделяются на п а р а -метрические и генераторные.

Задающее устройство. Такие устройства приме­няют для установления заданного значения управляемого пара­метра. Оно может устанавливаться вручную, с помощью сервопри­вода, приводящего в движение кулачок, магнитную ленту или дру­гое устройство. Усилие, требуемое для установки заданного зна­чения, очень мало. Задающее устройство часто является и преоб­разователем. Физическая природа параметра на выходе задающего устройства должна быть такая же, как у параметра на выходе из­мерительного устройства (датчика).

Сравнивающее устройство. В данном устройстве сравниваются значения управляемого параметра с заданным зна­чением и выявляются отклонения управляемого параметра от за­данного значения. Это устройство обычно выполняет операцию вычитания. Во многих автоматических системах сравнивающее устройство совмещено с измерительным и задающим устройствами. Выходной параметр сравнивающего устройства пропорционален отклонению регулируемого параметра от заданного значения.

Усилительное устройство. Назначение устрой­ства — усиление мощности сигнала отклонения. Оно управляет энергией, поступающей от постороннего источника. В управляю­щих устройствах применяют электронные, магнитные, гидравли­ческие, пневматические усилители.

Исполнительные устройства. Эти устройства предназначены для воздействия на регулирующее (управляющее) устройство (орган) объекта. Обычно это силовое устройство с до­статочно большой мощностью (двигатели электрические, гидравли­ческие, пневматические, электромагниты, поршневые устройства, муфты).

Регулирующее устройство. Этот элемент пред­назначен для непосредственного воздействия на объект регулиро­вания путем изменения количества либо качества подводимой к объекту регулируемой среды. Во многих случаях регулирующее

устройство входит в состав конструктивных элементов регулятора или его относят непосредственно к управляющему объекту. Регу­лирующие устройства объединяют дроссельные заслонки, клапаны, вентили, реостаты, фазовращатели и т. п. В ряде автоматических систем исполнительный механизм и регулирующий орган отсутст­вуют, и изменение величин выполняется без помощи механических устройств (ток, напряжение).

Корректирующие устройства. Их используют для изменения качественных показателей процесса регулирования, улучшения динамических свойств автоматических систем.

Приведенная классификация показывает, что независимо от вида используемой энергии и конструктивных особенностей функ­циональные элементы автоматических систем имеют определенное назначение и выполняют одинаковые функции.

Элементы автоматических устройств по информационному прин­ципу можно разделить на три большие группы [37]:

1) первичные (воспринимающие элементы, измерительные пре­образователи, датчики и т. д.); 2) промежуточные (задающие, срав­нивающие, усилительные, запоминающие, вычислительные и т. д.); 3) исполнительные (исполнительные механизмы и регулирующие органы).

Такой принцип позволяет более точно показать отличие, взаим­ную связь и особенности применения многообразия технических средств автоматики (см. рис. 4).