Elementen van automatische systemen

Elk automatisch systeem bestaat uit afzonderlijke structurele elementen, die met elkaar zijn verbonden en bepaalde functies uitvoeren, die gewoonlijk elementen of automatiseringsmiddelen worden genoemd... Vanuit het oogpunt van de functionele taken die door de elementen in het systeem worden uitgevoerd, kunnen ze worden onderverdeeld in waarnemen , instellen , vergelijken , transformeren , uitvoerend en corrigerend .

Sensorelementen of primaire transducers (sensoren) meten de gecontroleerde hoeveelheden van technologische processen en zetten deze om van de ene fysieke vorm naar de andere (bijvoorbeeld thermo-elektrische thermometer zet het temperatuurverschil om in thermoEMF).

Instelelementen van de automatisering (instelelementen) dienen voor het instellen van de gewenste waarde van de regelgrootheid Xo. De werkelijke waarde moet overeenkomen met deze waarde. Voorbeelden van actuatoren: mechanische actuatoren, elektrische actuatoren zoals variabele weerstandsweerstanden, variabele inductoren en schakelaars.

Comparators voor automatisering vergelijken de vooraf ingestelde waarde van de geregelde waarde X0 met de werkelijke waarde X. Het foutsignaal ontvangen aan de uitgang van de comparator ΔX = Xo — X wordt ofwel via de versterker of rechtstreeks naar de omvormer verzonden.

Transformerende elementen voeren de noodzakelijke signaalconversie en versterking uit in magnetische, elektronische, halfgeleider- en andere versterkers wanneer het signaalvermogen onvoldoende is voor verder gebruik.

Uitvoerende elementen creëren besturingsacties op het besturingsobject. Ze veranderen de hoeveelheid energie of materie die wordt toegevoerd aan of verwijderd uit het gecontroleerde object, zodat de gecontroleerde waarde overeenkomt met een bepaalde waarde.

Corrigerende elementen dienen om de kwaliteit van het beheerproces te verbeteren.

Naast de hoofdelementen in automatische systemen zijn er ook dochterondernemingen, waaronder schakelapparatuur en beveiligingselementen, weerstanden, condensatoren en signaleringsapparatuur.

Alles automatiseringselementen ongeacht hun doel hebben ze een bepaald aantal kenmerken en parameters die hun operationele en technologische kenmerken bepalen.

De belangrijkste van de belangrijkste kenmerken is een statisch kenmerk van een element... Het vertegenwoordigt de afhankelijkheid van de uitvoerwaarde Хвх van de invoer Хвх in stationaire modus, d.w.z. Xuit = f(Xin). Afhankelijk van de invloed van het teken van de invoergrootheid, onomkeerbare (wanneer het teken van de uitvoergrootheid constant blijft over het variatiebereik) en omkeerbare statische kenmerken (wanneer een verandering in het teken van de invoergrootheid leidt tot een verandering in de teken van de uitvoerhoeveelheid) worden onderscheiden.

Een dynamisch kenmerk wordt gebruikt om de prestaties van een element in een dynamische modus te evalueren, d.w.z. met snelle veranderingen in de invoerwaarde. Het wordt ingesteld door de voorbijgaande respons, overdrachtsfunctie, frequentierespons. De tijdelijke respons is de afhankelijkheid van de uitgangswaarde Xout van de tijd τ: Xvx = f (τ) — met een sprongachtige verandering van het ingangssignaal Xvx.

Uit de statische eigenschappen van het element kan een transmissiefactor worden bepaald. Er zijn drie soorten transmissiefactoren: statisch, dynamisch (differentieel) en relatief.

Statische versterking Kst is de verhouding van de uitvoerwaarde Xout tot de invoer Xin, dat wil zeggen Kst = Xout / Xvx. De overdrachtsfactor wordt ook wel de conversiefactor genoemd. Met betrekking tot specifieke structurele elementen wordt de statische overbrengingsverhouding ook versterking (in versterkers), reductieverhouding (in versnellingsbakken), transformatiefactor (in transformatoren) enz.

Voor elementen met een niet-lineaire karakteristiek wordt een dynamische (differentiële) overdrachtscoëfficiënt Kd gebruikt, d.w.z. Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Relatieve transmissiecoëfficiënt Cat is gelijk aan de verhouding van de relatieve verandering van de outputwaarde van het element ΔXout / Xout.n tot de relatieve verandering van de inputgrootheid ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXuit / Xuit.n) /ΔXvx / Xvx.n,

waarbij Xvih.n en Xvx.n — nominale waarden van uitvoer- en invoerhoeveelheden. Deze coëfficiënt is een dimensieloze waarde en is handig bij het vergelijken van elementen die qua ontwerp en werkingsprincipe verschillen.

Gevoeligheidsdrempel - de kleinste waarde van de invoerhoeveelheid waarbij er een merkbare verandering is in de uitvoerhoeveelheid.Het wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van wrijvingselementen in constructies zonder smeermiddelen, openingen en speling in de gewrichten.

Kenmerkend voor automatisch gesloten systemen, waarbij het principe van besturing door afwijking wordt toegepast, is de aanwezigheid van terugkoppeling. Laten we eens kijken naar het principe van feedback aan de hand van het voorbeeld van een temperatuurregelsysteem voor een elektrische verwarmingsoven. Om de temperatuur binnen de gespecificeerde limieten te houden, moet de regelactie die de faciliteit binnenkomt, dwz. de spanning die aan de verwarmingselementen wordt geleverd, wordt gevormd rekening houdend met de temperatuurwaarde.

Met behulp van een primaire temperatuurtransducer wordt de uitgang van het systeem verbonden met de ingang. Zo'n link, dat wil zeggen een kanaal waardoor informatie wordt verzonden in de tegenovergestelde richting van de besturingsactie, wordt een feedbacklink genoemd.

Feedback kan positief en negatief zijn, rigide en flexibel, eenvoudig en aanvullend.

Een positieve feedbackrelatie wordt opgeroepen wanneer de signalen van feedback en referentinvloed overeenkomen. Anders wordt de feedback negatief genoemd.

Flexibele feedbackcircuits: a, b, c - differentiatie, d en e - integratie
Schema van het eenvoudigste automatische besturingssysteem: 1 - besturingsobject, 2 - hoofdfeedbacklink, 3 - vergelijkingselement, 4 - versterker, 5 - actuator, 6 - feedbackelement, 7 - correctie-element.

Als de verzonden actie alleen afhangt van de waarde van de gecontroleerde parameter, d.w.z. het is niet afhankelijk van de tijd, dan wordt een dergelijke verbinding als rigide beschouwd. Harde feedback werkt in zowel stabiele als tijdelijke toestanden.Een flexibele loopback verwijst naar een link die alleen in tijdelijke modus werkt. Flexibele terugkoppeling wordt gekenmerkt door de overdracht langs de invoer van de eerste of tweede afgeleide van de verandering in de geregelde variabele in de tijd. Bij flexibele terugkoppeling bestaat het uitgangssignaal alleen wanneer de geregelde variabele in de loop van de tijd verandert.

Basisterugkoppeling verbindt de uitgang van het regelsysteem met zijn ingang, d.w.z. het verbindt de geregelde waarde met de hoofdwaarde. De rest van de beoordelingen worden als aanvullend of lokaal beschouwd. Aanvullende feedback verzendt een actiesignaal van de uitgang van elke link in het systeem naar de ingang van elke voorgaande link. Ze worden gebruikt om de eigenschappen en kenmerken van individuele elementen te verbeteren.