Prvky automatických systémů

Jakýkoli automatický systém se skládá ze samostatných konstrukčních prvků, vzájemně propojených a vykonávajících určité funkce, které se obvykle nazývají prvky nebo prostředky automatizace... Z hlediska funkčních úkolů, které prvky v systému vykonávají, je lze rozdělit na vnímající , nastavení , porovnávání, transformace, výkonné a korektivní.

Senzorové prvky neboli primární převodníky (senzory) měří řízené veličiny technologických procesů a převádějí je z jedné fyzické formy do druhé (např. termoelektrický teploměr převádí teplotní rozdíl na termoEMF).

Nastavovací prvky automatiky (nastavovací prvky) slouží k nastavení požadované hodnoty regulované veličiny Xo. Jeho skutečná hodnota musí odpovídat této hodnotě. Příklady akčních členů: mechanické akční členy, elektrické akční členy, jako jsou odpory s proměnným odporem, proměnlivé tlumivky a spínače.

Komparátory pro automatizaci porovnávají přednastavenou hodnotu řízené hodnoty X0 se skutečnou hodnotou X. Chybový signál přijatý na výstupu komparátoru ΔX = Xo — X je přenášen buď přes zesilovač, nebo přímo do měniče.

Transformační prvky provádějí potřebnou konverzi a zesílení signálu v magnetických, elektronických, polovodičových a jiných zesilovačích, když je výkon signálu nedostatečný pro další použití.

Výkonné prvky vytvářejí ovládací akce na ovládacím objektu. Mění množství energie nebo hmoty dodávané nebo odebrané z kontrolovaného objektu tak, aby kontrolovaná hodnota odpovídala dané hodnotě.

Korekční prvky slouží ke zkvalitnění procesu řízení.

Kromě hlavních prvků v automatických systémech existují i ​​dceřiné společnosti, které zahrnují spínací přístroje a ochranné prvky, rezistory, kondenzátory a signalizační zařízení.

Všechno automatizační prvky bez ohledu na svůj účel mají určitý soubor vlastností a parametrů, které určují jejich provozní a technologické vlastnosti.

Hlavní z hlavních charakteristik je statická charakteristika prvku... Představuje závislost výstupní hodnoty Хвх na vstupu Хвх ve stacionárním režimu, tzn. Xout = f(Xin). V závislosti na vlivu znaménka vstupní veličiny ireverzibilní (kdy znaménko výstupní veličiny zůstává konstantní v celém rozsahu variace) a vratné statické charakteristiky (kdy změna znaménka vstupní veličiny vede ke změně znak výstupní veličiny) se rozlišují.

Dynamická charakteristika slouží k hodnocení výkonu prvku v dynamickém režimu, tzn. s rychlými změnami vstupní hodnoty. Je nastavena přechodovou odezvou, přenosovou funkcí, frekvenční charakteristikou. Přechodná odezva je závislost výstupní hodnoty Xout na čase τ: Xvx = f (τ) — se skokovou změnou vstupního signálu Xvx.

Ze statických charakteristik prvku lze určit činitel prostupu. Existují tři typy přenosových faktorů: statický, dynamický (diferenciální) a relativní.

Statické zesílení Kst je poměr výstupní hodnoty Xout ke vstupu Xin, tj. Kst = Xout / Xvx. Přenosový faktor se někdy nazývá konverzní faktor. Ve vztahu ke konkrétním konstrukčním prvkům se statický převodový poměr nazývá také zisk (u zesilovačů), redukční poměr (u převodovek), transformační faktor (v transformátorech) atd.

Pro prvky s nelineární charakteristikou se používá dynamický (diferenciální) koeficient přenosu Kd, tj. Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Relativní koeficient přenosu Cat je roven poměru relativní změny výstupní hodnoty prvku ΔXout / Xout.n k relativní změně vstupní veličiny ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

kde Xvih.n a Xvx.n — jmenovité hodnoty výstupních a vstupních veličin. Tento koeficient je bezrozměrná hodnota a hodí se při porovnávání prvků, které se liší konstrukcí a principem činnosti.

Práh citlivosti — nejmenší hodnota vstupní veličiny, při které dochází k patrné změně výstupní veličiny.Je způsobena přítomností třecích prvků v konstrukcích bez maziv, mezer a vůle ve spojích.

Charakteristickým znakem automatických uzavřených systémů, kde se využívá principu řízení odchylkou, je přítomnost zpětné vazby. Podívejme se na princip zpětné vazby na příkladu systému regulace teploty pro elektrickou topnou pec. Aby se teplota udržela ve stanovených mezích, musí být regulační akce vstupující do objektu, tzn. napětí přiváděné do topných prvků se tvoří s ohledem na hodnotu teploty.

Pomocí primárního snímače teploty je výstup systému připojen k jeho vstupu. Takové spojení, to jest kanál, kterým se informace přenáší v opačném směru než řídící akce, se nazývá zpětná vazba.

Zpětná vazba může být pozitivní a negativní, rigidní a flexibilní, základní a doplňková.

Vztah pozitivní zpětné vazby je vyvolán, když se známky zpětné vazby a vlivu reference shodují. Jinak se zpětná vazba nazývá negativní.

Flexibilní zpětnovazební obvody: a, b, c — diferenciace, dae — integrace
Schéma nejjednoduššího automatického řídicího systému: 1 — řídicí objekt, 2 — hlavní zpětná vazba, 3 — srovnávací člen, 4 — zesilovač, 5 — akční člen, 6 — zpětnovazební člen, 7 — korekční člen .

Pokud přenášená akce závisí pouze na hodnotě řízeného parametru, tedy nezávisí na čase, pak je takové spojení považováno za tuhé. Tvrdá zpětná vazba funguje v ustáleném i přechodném stavu.Flexibilní zpětná smyčka označuje spojení, které funguje pouze v přechodném režimu. Flexibilní zpětná vazba je charakterizována přenosem podél ní na vstup první nebo druhé derivace změny řízené veličiny v čase. U flexibilní zpětné vazby existuje výstupní signál pouze tehdy, když se regulovaná proměnná mění v čase.

Základní zpětná vazba připojuje výstup řídicího systému k jeho vstupu, tj. připojuje regulovanou veličinu k hlavnímu. Zbývající recenze jsou považovány za doplňkové nebo místní. Další zpětná vazba přenáší akční signál z výstupu každého spoje v systému na vstup každého předchozího spoje. Používají se ke zlepšení vlastností a charakteristik jednotlivých prvků.