2. Классификация технических средств автоматики
ТС автоматики чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т. д.
В зависимости от того, как элементы получают энергию, необходимую для преобразования входных сигналов, они делятся на:
– пассивные;
– активные.
Пассивные элементы автоматики – это элементы, у которых входное воздействие (сигнал хвх) преобразуется в выходное воздействие (сигнал хвых) за счет энергии входного сигнала (например, редуктор). Активные элементы автоматики для преобразования входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель).
В зависимости от энергии на входе и выходе элементы автоматики подразделяются на:
электрические;
гидравлические;
пневматические;
механические;
комбинированные.
По выполняемым функциям в системах регулирования и управления элементы автоматики подразделяются на:
датчики;
усилители;
исполнительные устройства;
переключающие устройства;
вычислительные элементы;
согласующие элементы;
вспомогательные элементы и т. д.
3. Основные характеристики средств автоматики
Любой элемент в САУ может рассматриваться в виде структуры, осуществляющей преобразование входного сигнала в выходной. В соответствии с таким представлением все элементы автоматики имеют общие технические характеристики и свойства, из которых можно выделить пять основных групп: статические, динамические, точностные, эксплуатационные и экономические.
К статическим характеристикам относятся: коэффициент передачи (чувствительность), линейность характеристики, предельные значения входных и выходных параметров (порог чувствительности, зоны нечувствительности или неоднозначности, параметры насыщения, рабочие диапазоны изменения сигналов и параметров), входная и выходная мощность, номинальные значения параметров и сигналов и т. п.
В качестве динамических характеристик рассматривают переходные характеристики, показатели качества переходного процесса (постоянные времени, демпфирования, перерегулирование, запаздывание) и ряд других параметров.
К точностным характеристикам относят статическую и динамическую погрешность.
Эксплуатационные характеристики связаны со стабильностью характеристик и параметров в условиях нормальной эксплуатации, устойчивостью к внешним возмущениям (термостойкостью, вибростойкостью и т. п.), временем подготовки к работе, безопасностью при эксплуатации, ремонтопригодностью и взаимозаменяемостью, размерами, энергоемкостью, сохраняемостью, энергообеспечиваемостью и т. п.
К экономическим характеристикам относятся надежность, стоимость, энергетический КПД, ресурс работы.
Статические характеристики описывают соотношения, существующие между величинами и их производными, когда система находится в установившемся состоянии. Существует несколько способов представления статических характеристик:
– графический;
– в виде таблиц;
– в виде алгебраических уравнений.
На рис. 1.31 приведены примеры статических характеристик элементов автоматики.
Рис. 1.31. Примеры статических характеристик элементов автоматики:
1 – линейная нереверсивная; 2 – линейная реверсивная;
3 – нелинейная нереверсивная; 4 – нелинейная реверсивная;
5 – релейная нереверсивная; 6 – релейная реверсивная;
7 – с зоной нечувствительности (явление сухого трения);
8 – для ферромагнитных элементов
Динамические характеристики задаются:
– графически, в виде временных характеристик;
– в виде дифференциальных уравнений или передаточных функций;
– в виде частотных характеристик.
По виду характеристик элементы подразделяются на линейные и нелинейные.
Общим для статических характеристик релейных элементов является наличие явления неоднозначности (гистерезиса), которое проявляется в неоднозначной связи выходного и входного параметров. Значение выходного параметра определяется не только значением входного параметра, но также предшествующим ему состоянием элемента.