Elemente ale sistemelor automate

Orice sistem automat este format din elemente structurale separate, interconectate și care îndeplinesc anumite funcții, care de obicei sunt numite elemente sau mijloace de automatizare... Din punct de vedere al sarcinilor funcționale îndeplinite de elementele din sistem, acestea pot fi împărțite în percepție. , stabilirea, compararea, transformarea, executivă și corectivă.

Elementele senzorilor sau traductoarele primare (senzorii) măsoară cantitățile controlate ale proceselor tehnologice și le convertesc dintr-o formă fizică în alta (de exemplu, termometru termoelectric convertește diferența de temperatură în termoEMF).

Elementele de setare ale automatizării (elementele de setare) servesc la setarea valorii necesare a variabilei controlate Xo. Valoarea sa reală trebuie să se potrivească cu această valoare. Exemple de actuatoare: actuatoare mecanice, actuatoare electrice, cum ar fi rezistențe variabile, inductoare variabile și întrerupătoare.

Comparatoarele pentru automatizare compară valoarea prestabilită a valorii controlate X0 cu valoarea reală X. Semnalul de eroare primit la ieșirea comparatorului ΔX = Xo — X este transmis fie prin amplificator, fie direct către convertizor.

Elementele de transformare efectuează conversia și amplificarea semnalului necesară în amplificatoare magnetice, electronice, semiconductoare și alte amplificatoare atunci când puterea semnalului este insuficientă pentru utilizare ulterioară.

Elementele executive creează acțiuni de control asupra obiectului de control. Ele modifică cantitatea de energie sau materie furnizată sau îndepărtată din obiectul controlat, astfel încât valoarea controlată să corespundă unei valori date.

Elementele corective servesc la îmbunătățirea calității procesului de management.

Pe lângă elementele principale din sistemele automate, există și filiale, care includ dispozitive de comutare și elemente de protecție, rezistențe, condensatoare și echipamente de semnalizare.

Tot elemente de automatizare indiferent de scopul lor, au un anumit set de caracteristici si parametri care le determina caracteristicile operationale si tehnologice.

Principalele caracteristici principale este o caracteristică statică a unui element... Reprezintă dependența valorii de ieșire Хвх de intrarea Хвх în regim staționar, adică. Xout = f(Xin). În funcție de influența semnului mărimii de intrare, caracteristici statice ireversibile (când semnul mărimii de ieșire rămâne constant pe tot intervalul de variație) și reversibile (când o modificare a semnului mărimii de intrare duce la o modificare a mărimii de intrare). semnul mărimii de ieşire) se disting.

O caracteristică dinamică este utilizată pentru a evalua performanța unui element într-un mod dinamic, adică cu modificări rapide ale valorii de intrare. Este stabilit de răspunsul tranzitoriu, funcția de transfer, răspunsul în frecvență. Răspunsul tranzitoriu este dependența valorii de ieșire Xout de timpul τ: Xvx = f (τ) — cu o modificare asemănătoare unui salt a semnalului de intrare Xvx.

Un factor de transmisie poate fi determinat din caracteristicile statice ale elementului. Există trei tipuri de factori de transmisie: statici, dinamici (diferențiali) și relativi.

Câștigul static Kst este raportul dintre valoarea de ieșire Xout și intrarea Xin, adică Kst = Xout / Xvx. Factorul de transfer este uneori numit factor de conversie. În raport cu elementele structurale specifice, raportul de transmisie static este numit și câștig (în amplificatoare), raport de reducere (în cutii de viteze), factor de transformare (în transformatoare) etc.

Pentru elementele cu o caracteristică neliniară, se utilizează un coeficient de transfer dinamic (diferențial) Kd, adică Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Coeficientul de transmisie relativ Cat este egal cu raportul dintre modificarea relativă a valorii de ieșire a elementului ΔXout / Xout.n și modificarea relativă a mărimii de intrare ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

unde Xvih.n și Xvx.n — valorile nominale ale cantităților de ieșire și de intrare. Acest coeficient este o valoare adimensională și este convenabil atunci când se compară elemente care diferă în proiectare și principiu de funcționare.

Pragul de sensibilitate — cea mai mică valoare a cantității de intrare la care există o modificare vizibilă a cantității de ieșire.Este cauzată de prezența elementelor de frecare în structurile fără lubrifianți, goluri și joc în articulații.

O trăsătură caracteristică a sistemelor automate închise, în care se utilizează principiul controlului prin abatere, este prezența feedback-ului. Să ne uităm la principiul feedback-ului folosind exemplul unui sistem de control al temperaturii pentru un cuptor electric de încălzire. Pentru a menține temperatura în limitele specificate, acțiunea de control intră în instalație, adică. tensiunea furnizată elementelor de încălzire se formează ținând cont de valoarea temperaturii.

Folosind un traductor de temperatură primar, ieșirea sistemului este conectată la intrarea acestuia. O astfel de legătură, adică un canal prin care informația este transmisă în direcția opusă față de acțiunea de control, se numește legătură de feedback.

Feedback-ul poate fi pozitiv și negativ, rigid și flexibil, de bază și suplimentar.

O relație de feedback pozitiv este invocată atunci când semnele de feedback și influența referentă se potrivesc. În caz contrar, feedback-ul se numește negativ.

Circuite de feedback flexibile: a, b, c — diferențiere, d și e — integrare
Schema celui mai simplu sistem de control automat: 1 — obiect de control, 2 — legătură principală de feedback, 3 — element de comparație, 4 — amplificator, 5 — actuator, 6 — element de feedback, 7 — element de corecție .

Dacă acțiunea transmisă depinde numai de valoarea parametrului controlat, adică nu depinde de timp, atunci o astfel de conexiune este considerată rigidă. Feedback-ul dur operează atât în ​​stare stabilă, cât și în stare tranzitorie.Un loopback flexibil se referă la o legătură care funcționează numai în modul tranzitoriu. Feedback-ul flexibil este caracterizat prin transmiterea de-a lungul acestuia la intrarea primei sau a doua derivate a modificării variabilei controlate în timp. În feedback-ul flexibil, semnalul de ieșire există numai atunci când variabila controlată se modifică în timp.

Feedback-ul de bază conectează ieșirea sistemului de control la intrarea acestuia, adică conectează valoarea controlată la cea principală. Restul recenziilor sunt considerate suplimentare sau locale. Feedback-ul suplimentar transmite un semnal de acțiune de la ieșirea fiecărei legături din sistem la intrarea fiecărei legături anterioare. Sunt folosite pentru a îmbunătăți proprietățile și caracteristicile elementelor individuale.