8.Статические и динамические характеристики элементов автоматики. Быстродействие.

Различают статические и динамические характеристики преобразователя.

Под статической характеристикой понимаю зависимость установившегося значения выходной величины от входной величина. Статическую характеристику получают в установившемся режиме, по­сле изменения входной величины делается пауза для стабилизации выходной величины, а затем выполня­ется ее замер. Статическая характеристика описывает поведение устройства при медленно меняю­щемся входном сигнале.

Важнейшим параметром преобразователя является статический коэффициент преобразования, или

передаточный коэффициентk=ΔY_уст/ΔX, часто называемый чувствительностью S.Если к не зависит от уровня входного сигнала, то статическая характеристика имеет, вид пря­мой линии, а если изменяется в зависимости от величины входного сигнала, то статическая характеристика нелинейная.

Нарисунке приведены основные формы статических характеристик.

а — линейная;

б — с зоной насыщения, когда при постоянном росте входного сигнала наблюдается уменьшение темпа роста выходного сигнала до нуля (таковы характеристики электронных усилителей);

в— релейного типа как крайний случай характеристики с зоной насыщения, когда выходная величина может принимать одно из двух значений, переход между которыми осу­ществляется скачком (изменением сопротивления контактного датчика);

г — с зоной нечувствительности, когда для начала изменения выходной величины требуется достижение входной величиной некоторого уровня ΔХ (например, вследствие зазо­ра между электрическими контактами);

д — с петлей гистерезиса, когда вследствие остаточных явлении в узлах преобразователя характеристика при изменении X в прямом направлении не совпадает с характери­стикой при изменении X в обратном направлении (например, в механическом редукторе при наличии люфтов, в электромагните). В реальных устройствах возможны комбинации нелинейностей. Например, релейная характеристика с петлей гистерезиса реального поляризованного реле, в котором в зависимости от полярности управляющего напряжения происходит поворот якоря в одном из двух направлений и замыкание одной из групп контактов (релейность), причем вследствие остаточного намагничивания сердечника ток срабатывания превышает ток отпускания (петля гистерезиса).

Динамические характеристики описывают поведение элемента при неустановившемся, переходном режиме работы. Если на вход элемента подать короткий импульс достаточной амплитуды, то изменение по времени выход­ной переменной элемента называется весовой или импульсной переходной функцией Ф(t), а ее график — импульсной переходной характеристикой (рис. а).

Импульсная характеристика удобна при анализе систем, однако для ее точного определения нужно подать очень короткий импульс большой амплитуды на вход элемента, что практически затруднено в силу инерционности реальных элементов, из которых построена экспериментальная установка.

При анализе систему представляют совокупностью типовых звеньев. Рассмот­рим некоторыеиз них:

• пропорциональное звено (рис. в) (используется в механическом рычаге, безы­нерционном электронном усилителе). Звено характеризуется статическим передаточ­ным коэффициентом к

• инерционное или апериодическое звено 1-го порядка (применяется при теп­лообмене, при подаче газа в емкость) (рис. б). Звено характеризуется передаточным коэффициентом к и постоянной времениТ, определяемой, например, по касательной в точке t₀

• колебательное звено (амортизатор автомобиля). Характеристики звена (рис. г): передаточный коэффициент к коэффициент демпфирования, характеризующий скорость затухания амплитуды колебаний (отношение А1/А2) постоянная времени Т, определяемая по периоду Тк или частоте колебаний f= 1/Tk

• интегрирующее звено (рис. д), в котором входной сигнал задает скорость изменения выходного сигнала (например, таким звеном является электродвигатель, если входной величиной служит напряжение питания, определяющие скорость вращения ротора, а выходной величиной — угол поворота ротора). Конденсатор так же может быть этим звеном, если заряд на электрической ескости рассматривать как выходную величину, а ток в цепи заряда как входную. Звено характеризуется передаточным коэффициентом к;

• дифференцирующее звено (рис. е), выходом которого является скорость изменения входного сиг­нала. Звено характеризуем передаточным коэффициентом к

• запаздывающее звено (рис. ж), в котором входная величина копируется на выход, но с не­которой задержкой по времени V (t,+. Т) = X (t) (например, ленточный транспортер или эскалатор метро). Звено характеризуется временем задержки Т.

8. Типовые динамические звенья систем автоматического регулирования.

При последовательном соединении преобразователей (рис. 3.3, а) выходной сигнал одного преобра­зователя является входным сигналом другого преобразователя, а общий коэффициент преобразования равен произведению коэффициентов преобразования элементов, составляющих цепь. В самом деле, для последовательного соединения двух элементов имеем:

k=ΔY₂/ΔX₁=(ΔY₂/ΔX₂)*( ΔX₂/ΔX₁)=( ΔY₂/ΔX₂)*( ΔY₁/ΔX₁)=k₂*k₁

Общий коэффициент преобразования параллельно соединенных элементов равен сумме коэффициентов преобразования элементов.Для параллельного соединения двух элементов имеем:

k=Y_вых/X_вх=k₁+k₂

Если один элемент обратной охвачен положительной обратной связью, т.е. сигнал обратной связи суммируется с сигналом на входе прямой цепи, то аналогично выводится формула общего коэффициента преобразования для отрицательной обратной связи, когда сигнал обратной связи вычитается из сигнала на входе прямой цепи (отрицательная обратная связь является важнейшей составной частью систем автоматического регулирова­ния).

k_пос=Y_вых/X_вх=Y₁/(X₁-Y₂)=(k₁X₁)/(X₁-k₂Y₁)=(k₁X₁)/(X₁-k₂k₁X₁)=k₁/(1-k₁k₂)

k_оос=k₁/(1+k₁k₂)

В этом случае можно записать, что

8. Устойчивость систем автоматического регулирования, основные понятия.

Под устойчивостью САР принимают способность системы выведеной из равновесного состояния с течением времени снова прийти в равновесное состояние т.е. в состояние при котором выходня величина отличается от заданной не более как на допустимую велечину ошибки.

Автоматическим управлением называется процесс, при котором

операции выполняются посредством системы, функционирующей без вмешательства человека в соответствии с заранее заданным алгоритмом. Автоматическими  называются  устройства,  которые управляют различными процессами и контролируют их без непосредственного участия человека. Система - совокупность элементов или устройств, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность (единство). Объект управления - совокупность технологических устройств (машин, орудий труда, средств механизации), выполняющих данный процесс с точки зрения управления. Операция управления - обеспечивает в нужные моменты начало, порядок следования и прекращения рабочих операций, выделяет необходимые для их выполнения ресурсы. Под   управлением   понимают   процесс   организации   такого целенаправленного воздействия на объект управления, в результате, которого последний переходит в требуемое (целенаправленное) состояние. Параметры   производственного   технологического   процесса   или технологического      процесса или технологического объект, который необходимо поддерживать постоянно или изменять по определенному закону называетсяуправляемой величиной.

Значение управляемой величины, которое согласно заданию должно быть в данный момент времени, называют заданным значением управляемой величины (управляемого параметра).

Схему изображающую последовательность процессов внутри устройства или системы, называется структурной схемой.

Звено - элемент, входящий в САУ в котором определенным образом преобразуется входной параметр в выходной (схематически изображается в виде блока, но не отражает особенности его конструкции).

Информация всегда связана с материальным носителем какой-либо физической величины. В технических системах такие носители называют носителями сигналов(например, электрические напряжения и ток, давление, механическое перемещение и др.), которые можно изменять в соответствии с передаваемой информацией. 11Токовые защиты в локальных системах автоматики.

Токовая защита - это защита, принцип действия которой основан на контроле тока. Токовая защита максимального типа срабатывает при превышении контролируемым током определенного уровня (тока срабатывания). Токовая защита минимального типа срабатывает при уменьшении тока до определенного уровня (тока срабатывания). В зависимости от того, каким образом обеспечивается селективность действия с последующей (от источника питания) защитой, различают максимальную токовую защиту (МТЗ) итоковую отсечку (ТО). В радиальных (разомкнутых) сетях на ВЛ класса напряжения 6-10 кВ и выше наиболее распространённым вариантом организации защит от трёхфазных и междуфазных коротких замыканий является применение двухступенчатой защиты, включающей МТЗ и ТО. Для реализации МТЗ в ряде случаев применяются реле с зависимой от времени защитной характеристикой, а для ТО - всегда с независимой. При этом защита может выполняться на двух отдельных реле, или на одном реле, совмещающем обе ступени (например, РТ-80 и РТ-90), а также на базе цифровых многоступенчатых реле (SPAC и др.).