Элементы систем автоматики

Системы автоматики и телемеханики состоят из отдельных элементов связанных между собой. Задачей каждого элемента автоматики является качественное или количественное преобразование сигнала поступающего от предыдущего звена и передача его последующему звену.

Элементы можно рассматривать как преобразователь энергии.

Элементы автоматики, в которых энергия выходной величины Y(t) обеспечивается за счёт энергии входной величины, называется пассивными. В таких элементах невозможно усиление выходной величиныY(t) <X(t) за счёт внутренних потерь в самом элементе.

Элементы автоматики, в которых имеется дополнительный источник энергии Z(t), а входной сигналX(t) только управляет передачей энергии от этого источника на выход, называется активными элементами автоматики.

Кроме АЭА и ПЭА, элементы автоматики подразделяют на генераторные и параметрические. В генераторных элементах автоматики происходит непосредственное преобразование одной формы энергии в другую.

В параметрических элементах автоматики энергия входной величины преобразуется в один из параметров.

Элементы автоматики, как и системы автоматики, могут быть замкнутыми и разомкнутыми. Элементы автоматики, в которых осуществляется частичная передача энергии с выхода на вход, называются замкнутыми.

Обратная связь может быть отрицательной и положительной: X±X_ОС.

Если X+X_ОС, то ОС положительна;

X–X_ОС, то ОС отрицательна.

Различают местную, гибкую и запаздывающую обратные связи.

ЭА бывают также реверсивные и нереверсивные. В РЭА знак выходной величины изменяется при изменении знака входной величины. В нереверсивных ЭА выходная величина сохраняется независимо от знака входной величины.

Характеристики элементов автоматики.

Элементы автоматики могут работать в двух режимах: установившемся и динамическом. В первом случае входите и выходите величины не изменяются во времени. Динамический режим предполагает работу ЭА при меняющийся входной и выходной величинах.

Наиболее полно действие ЭА (процессов протекающих в них) в общем виде описывается дифференциальным уравнениями.

F(x,x’,x’’,…xⁿ;y,y’,y’’…y^m;t ) =y(f,f’ ,f’’,…f^k,t)

x,y– входные и выходные величины

t– время

f– возмущающее воздействие и факторы.

при f=0

F(x,x’,x’’,…xⁿ;y,y’,y’’…y^m;t) = 0

для установившегося режима

t= ∞

y’ =y’’ =y^m= 0

x’ = x’’ = xⁿ = 0

1. Статическая характеристика управления

F(x,y) = 0

y = f(x)

Статическая характеристика управления может быть линейной и нелинейной

для линейных элементов:

y=ax+b

Для линейных ЭА характерен принцип суперпозиции. Он заключается в том, что выходные сигналы при любой комбинации входных воздействий равны сумме выходных сигналов при любом из воздействий, подаваемых на вход отдельно.

Для нелинейных характеристик принцип суперпозиции не выполняется.

Y

X

В диапазоне изменения x_нм -x_нбвеличиныy, изменяется линейно – линейный диапазон управления.

Y

X

│x│ >x₁ – режим насыщения

│x│ <=x₁– линейная характеристика

Л

Y

инейная характеристика с зоной нечувствительности

X

│x│ >x₁ – режим насыщения

Наименьшее значение входной величины x1, при котором имеется изменение выходной величины называется порогом чувствительности.

Релейная характеристика управления.

│

X

x│ - величина, при которой выходная величина скачком изменяется от 0 доmaxзначения называется порогом срабатывания.

Некоторые элементы автоматики имеют релейную характеристику управления с неоднозначностью.

Неоднозначность зависит от направления изменения параметра.

2.Основные параметры элементов.

ЭА в установившихся режимах характеризуются рядом параметров, часть которых может быть определена непосредственно по характеристике управления, как основной характеристике ЭА в статическом режиме. Для ЭА с непрерывной характеристикой управления такими параметрами являются:

• коэффициент преобразования;

предельные значения входной и выходной величин и т. д.

Y

- коэффициент преобразования

X

Характеристика управления ограничивается maxиminзначениями входной и выходной величин при существующей мощности.

x_min x_max

y_min y_max

P_{x min} P_{x max}

P_{y min}P_{y max}

- коэффициент передачи мощности

ЭА характеризуются погрешностью передачи. В общем виде выходные величины ЭА могут быть функцией следующих величин: температуры, давления, влажности, колебаний напряжения, вибраций.

y = f(x, Θ, p, Z_в, U, F, a...)

- коэффициент преобразования по основному параметру;

... – парциальные коэффициенты преобразования

Как видно, чем меньше парциальные коэффициенты, тем меньше погрешность вызываемая парциальными воздействиями.

1 – расчётная характеристика

2 – фактическая характеристика

- относительная погрешность

Погрешности бывают систематическими и случайными. Систематические погрешности – закономерно возникают в силу заранее известных факторов.

Для элементов с линейной характеристикой управления основными параметрами являются:

• коэффициент срабатывания;

• коэффициент отпускания;

• коэффициент возврата;

• коэффициент запаса и др.

3. Динамические свойства элементов

Зависимость выходной величины от времени при изменении входной величины, называют динамической характеристикой управления. Динамическая характеристика управления y(t), называется переходной характеристикой элемента. Они определяются:

• физическими свойствами элемента

• законами изменения входной величины.

Поведение ЭА в динамическом режиме характеризуют по реакции на типовую (стандартную) входную функцию.

• единичная функция

• импульсная функция

• гармонический сигнал.

Большинство элементов автоматики при действии на входе единичного сигнала имеют экспоненциальный закон изменения выходной величины.

t<0, x(t) = 0, x>0,x(t) = A

Время, в течении которого выходное значение достигает 0.63I_{установ.}, называют постоянной времени.