Характеристики элементов автоматики.
Рассмотрим элемент автоматики, как преобразователь энергии, на вход которого подается некоторая величина Хвх, а на выходе получаем некоторую величину Хвых.
В ряде таких элементов энергия величины Хвых получается за счет
энергии Хвх.
А в других элементах энергия величины Хвых получается за счет использования вспомогательного источника энергии ω. Величина же Хвх при этом лишь управляет передачей энергией W.
При наличии вспомогательного источника энергии возможно усиление величины Хвх до величины Хвых. Как правило, для автоматизированных электроустановок применяются эл. элементы, т.е. такие в которых одна из величин Хвх; Хвых или обе вместе, являются электрическими.
Свойства элементов могут быть определены с помощью ряда характеристик, основные из которых следующие:
Статический коэффициент преобразования:
Κс = Хвых ∕ Хвх
Динамический коэффициент преобразования:
Κc = ΔΧвых ∕ ΔΧвх
Применительно к усилительному элементу, коэффициент преобразования называется коэффициент усиления.
Коэффициент усиления:
В усилительных элементах для стабилизации значения коэффициента усиления или для его увеличения широко применяются обратные связи, т.е. такое воздействие на вход элемента узла или устройства, которое зависит от выходной величины, её производной или интегралов. Чаще всего используют обратные связи в виде воздействия пропорционального Хвх.
Обратная связь осуществляется за счет включения дополнительного элемента, величина на выходе которого определяется выражением:
Хос = βΧвых;
где β – коэффициент обратной связи.
В зависимости от знака β обратная связь может быть либо положительной «+», либо отрицательной «-». Введём положительную обратную связь:
Хвх + Хос = Хвх + βХвых
Введение обратной связи меняет коэффициент преобразования, охваченного её элемента, узла или устройства. В качестве устройства, охваченного обратной связью, рассмотрим усилитель. Обозначим через К – коэффициент усиления усилителя без обратной связи и считая характеристику усилителя линейной, получим:
Хвх = К(Хвх + βХвых)
откуда,
Хвых = (К ∕ 1 – βΚ ) ∙ Хвх
Обозначив через Кос – коэффициент усиления усилителя с обратной связью, получим:
Кос = Хвых ∕ Хвх = К ∕ 1 – βΚ
Из последнего уравнения видно, что введение положительной обратной связи (β→«+») – увеличивает коэффициент усиления, а введение отрицательной обратной связи (β → «-») – уменьшает коэффициент усиления усилителя
﴾Κ ∕ 1 + βΚ﴿
Функциональная схема автоматического регулирования
Различают ручное и автоматическое регулирование. Функциональные схемы для
ручного и автоматического регулирования приведены на рис. 7. – 8.
Рисунок 7 – Функциональная схема ручного регулирования
(ручное управление: РО – регулирующий орган; ОУ – объект управления).
В данном случае оператор смотрит на измерительный прибор, который показывает контролируемый параметр объекта управления. При отклонении параметра от заданного, оператор воздействует на регулирующий орган, изменяющий параметр объекта управления.
Рисунок 8 – Функциональная схема автоматического управления.
Ошибка
рассогласования
.
Xз – воздействие задатчика.
Xп – показания прибора.
Если ε = 0, то все нормально,
Если ε ≠ 0, то необходимо воздействие.
ИМ – исполнительный механизм
КЭ – корректирующий элемент.
У – усилитель.
Совокупность технических устройств, предназначенных для осуществления
автоматического регулирования, называются регуляторами.
Принцип действия: регулируемая величина Y преобразуется измерительным прибором в сигнал, пропорциональный текущему значению этой регулируемой величины и подается на элементы сравнения. Сюда же от задатчика поступает значение регулируемой величины.
В элементе сравнения происходит формирование ошибки регулирования
(рассогласования). Этот сигнал ε определяет дальнейшую работу регулятора.
Если ε = 0, то регулятор бездействует.
Если ε ≠ 0, то сигнал рассогласования преобразуется корректирующим элементом,
усиливается и подводится к исполнительному механизму.
Исполнительный механизм преобразует сигнал в управляющее воздействие, которое переставляет регулирующий орган в зависимости от знака рассогласования в том или ином направлении.
Перемещение регулирующего органа ведет к изменению поступления в объект
регулирующей среды, в результате чего ход процесса изменяется и рассогласование
ликвидируется (замкнутая система).