1. Функциональная связь

Элементы автоматических устройств, производя операции с сигналами, осуществляют функциональное связывание изменений параметра х в одном (управляющем) процессе с изменением другого параметра у в следующем (управляемом) процессе.

Функциональная связь может быть непрерывная, когда непрерывному изменению параметра х от х_мин до х_макс отвечает непрерывное изменение у от у_мин до у_макс. Зависимость у=f(х) называется характеристикой управления (иногда ее также называют статической характеристикой элемента). Часто характеристика управления обладает гистерезисом, т. е. Изменеия параметра у=f (х) при увеличении и уменьшении параметра х не будет совпадать между собой. Наличие гистерезиса обычно является нежелательным, и при проектировании элементов это необходимо учитывать, устраняя части, обладабщие магнитным, электрическим или механическим гистерезисом или значительным сухим трением (рис.1,а).

В другом случае непрерывному изменению параметра х отвечает скачкообразное (релейное) изменение параметра у. При этом непрерывному изменеию параметра х в пределах от х=0 до х=х_сраб отвечает неизменное (или почти неизменное) значение параметра у=у_мин. При достижении параметра х значения х=х_сраб параметр у изменяется скачком от значения у=у_мин до значения у=у_макс. При дальнейшем возрастании х до наибольшей величины х=х_макс значение параметра у будет оставаться неизменным (или почти неизменным). При уменьшении параметра х от х_макс обратное изменение у от значения у = у_макс до у = у_мин произойдет при некотором значении х = х_отп; обычно х_отп < х_ср, и таким образом здесь также имеет место гистерезис в характеристике управления у = f(x). При уменьшении х от х_отп до х = 0 значение у = у_мин будет оставаться неизменным.

Рис.1

Элементы с такой скачкоообразной характеристикой управления носят название реле (релейного элемента) (рис.1,б). Характеристика рис.1,в является особой разновидностью релейной характеристики управления. Обратное изменение параметра у от значения у=у_макс до значения у=у_мин происходит при значении х=х_отп<0. Обычно значение х_отп≈-х_сраб. Для срабатывания реле (релейного устройства) с такой характеристикой управления достаточно воздействия величины х≥х_сраб в течение времени, необходимого для перевода из внерабочего состояния, соответствующего значению у=у_мин, в рабочее состояние,, соответствующее у=у_макс. После превращения воздействия величины х реле (релейное устройство) остается в рабочем состоянии (и значение у будет оставаться у=у_макс). Для возвращения во внерабочее состояние (т. е. когда у=у_мин) нужно подать воздействие х<х_отп в течение времени, равного (или несколько большего) времени перехода реле из рабочего состояния во внерабочее. Такие релейные элементы, обладающие «памятью» о величине и знаке последнего оказанного на них воздействия, находят широкое применение.

Элементы, служащие для получения информации о значении контролируемых параметров, носят название: при непрерывной связи контролируемого параметра х и управляемого параметра у, т. е. при непрерывной характеристике управления у=f(x),-датчиков сигналов; при скачкообразной связи, т. е. при скачкообразной характеристике у=f(x), - реле.

Развиваются при этом два вида датчиков. Первый – когда энергия, получаемая в элементе при изменении контролируемого (входного) параметра х, преобразуется в другую форму, связанную с изменением выходного параметра у. Второй – когда энергия, получаемая в элементе при изменении контролируемого параметра х, затрачивается лишь на изменение параметров, определяющих режим в какой-то вспомогательной (выходной) энергетической цепи. Величина энергии в этой цепи определяется свойством источника энергии и параметрами вспомогательной выходной цепи. Первый вид элементов называется датчиками-генераторами, второй - датчиками-модуляторами.

Величину выходного сигнала, выработанного датчиком или реле, можно рассматривать как управляющий входной параметр х для следующего элемента

т. д. Если задачей последующего элемента является получение большего уровня выходного сигнала, чем уровень входного сигнала, то такой элемент носит название усилителя. Если задачей элемента является получение меньшего изменения выходного сигнала (ограничение изменения выходного сигнала) по сравнению с изменениями входного сигнала, то такие элементы называются стабилизаторами (модераторами). У усилителей и стабилизаторов вид энергии на входе (т. е. в управляющем процессе) одинаков (например, электрическая энергия и т. д.).

Элементы, используемые для передачи сигналов на расстояние, носят название элементов дистанционной связи. Элементы, применяемые для преобразования сигналов по времени или величине, соответственно называются элементами (например, реле) времени и счетно-решающими элементами; элементы, служащие для распределения сигналов по времени или направлению, - распределителями; элементы, предназначенные для воздействия на управляемый процесс, - исполнительными элементами.