Στοιχεία αυτόματων συστημάτων

Οποιοδήποτε αυτόματο σύστημα αποτελείται από ξεχωριστά δομικά στοιχεία, διασυνδεδεμένα και εκτελώντας ορισμένες λειτουργίες, που συνήθως ονομάζονται στοιχεία ή μέσα αυτοματισμού... Από την άποψη των λειτουργικών εργασιών που εκτελούν τα στοιχεία του συστήματος, μπορούν να χωριστούν σε αντιληπτές , ρύθμιση , σύγκριση, μετατροπή, εκτελεστική και διορθωτική.

Τα στοιχεία αισθητήρων ή οι κύριοι μετατροπείς (αισθητήρες) μετρούν τις ελεγχόμενες ποσότητες τεχνολογικών διεργασιών και τις μετατρέπουν από τη μια φυσική μορφή στην άλλη (για παράδειγμα, θερμοηλεκτρικό θερμόμετρο μετατρέπει τη διαφορά θερμοκρασίας σε thermoEMF).

Τα στοιχεία ρύθμισης του αυτοματισμού (στοιχεία ρύθμισης) χρησιμεύουν για τον καθορισμό της απαιτούμενης τιμής της ελεγχόμενης μεταβλητής Xo. Η πραγματική του τιμή πρέπει να ταιριάζει με αυτήν την τιμή. Παραδείγματα ενεργοποιητών: μηχανικοί ενεργοποιητές, ηλεκτρικοί ενεργοποιητές όπως αντιστάσεις μεταβλητής αντίστασης, μεταβλητοί επαγωγείς και διακόπτες.

Οι συγκριτές για αυτοματισμό συγκρίνουν την προκαθορισμένη τιμή της ελεγχόμενης τιμής X0 με την πραγματική τιμή X. Το σήμα σφάλματος που λαμβάνεται στην έξοδο του συγκριτή ΔX = Xo — X μεταδίδεται είτε μέσω του ενισχυτή είτε απευθείας στον ηλεκτροκινητήρα.

Τα στοιχεία μετασχηματισμού εκτελούν την απαραίτητη μετατροπή και ενίσχυση σήματος σε μαγνητικούς, ηλεκτρονικούς, ημιαγωγούς και άλλους ενισχυτές όταν η ισχύς του σήματος είναι ανεπαρκής για περαιτέρω χρήση.

Τα εκτελεστικά στοιχεία δημιουργούν ενέργειες ελέγχου στο αντικείμενο ελέγχου. Αλλάζουν την ποσότητα ενέργειας ή ύλης που παρέχεται ή αφαιρείται από το ελεγχόμενο αντικείμενο, έτσι ώστε η ελεγχόμενη τιμή να αντιστοιχεί σε μια δεδομένη τιμή.

Τα διορθωτικά στοιχεία χρησιμεύουν για τη βελτίωση της ποιότητας της διαδικασίας διαχείρισης.

Εκτός από τα κύρια στοιχεία στα αυτόματα συστήματα, υπάρχουν επίσης θυγατρικές, οι οποίες περιλαμβάνουν συσκευές μεταγωγής και προστατευτικά στοιχεία, αντιστάσεις, πυκνωτές και εξοπλισμό σηματοδότησης.

Τα παντα στοιχεία αυτοματισμού ανεξάρτητα από τον σκοπό τους, έχουν ένα ορισμένο σύνολο χαρακτηριστικών και παραμέτρων που καθορίζουν τα λειτουργικά και τεχνολογικά χαρακτηριστικά τους.

Το κύριο από τα κύρια χαρακτηριστικά είναι ένα στατικό χαρακτηριστικό ενός στοιχείου... Αντιπροσωπεύει την εξάρτηση της τιμής εξόδου Хвх από την είσοδο Хвх σε σταθερή λειτουργία, δηλ. Xout = f(Xin). Ανάλογα με την επίδραση του πρόσημου της ποσότητας εισόδου, μη αναστρέψιμα (όταν το πρόσημο της ποσότητας εξόδου παραμένει σταθερό σε όλο το εύρος διακύμανσης) και αναστρέψιμα στατικά χαρακτηριστικά (όταν μια αλλαγή στο πρόσημο της ποσότητας εισόδου οδηγεί σε αλλαγή του πρόσημο της ποσότητας παραγωγής) διακρίνονται.

Ένα δυναμικό χαρακτηριστικό χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της απόδοσης ενός στοιχείου σε μια δυναμική λειτουργία, δηλ. με γρήγορες αλλαγές στην τιμή εισόδου. Ρυθμίζεται από την μεταβατική απόκριση, τη λειτουργία μεταφοράς, την απόκριση συχνότητας. Η μεταβατική απόκριση είναι η εξάρτηση της τιμής εξόδου Xout από το χρόνο τ: Xvx = f (τ) — με μια αλλαγή που μοιάζει με άλμα του σήματος εισόδου Xvx.

Ένας συντελεστής μετάδοσης μπορεί να προσδιοριστεί από τα στατικά χαρακτηριστικά του στοιχείου. Υπάρχουν τρεις τύποι συντελεστών μετάδοσης: στατικοί, δυναμικοί (διαφορικοί) και σχετικοί.

Στατικό κέρδος Kst είναι ο λόγος της τιμής εξόδου Xout προς την είσοδο Xin, δηλαδή Kst = Xout / Xvx. Ο συντελεστής μεταφοράς ονομάζεται μερικές φορές συντελεστής μετατροπής. Σε σχέση με συγκεκριμένα δομικά στοιχεία, ο στατικός λόγος μετάδοσης ονομάζεται επίσης κέρδος (στους ενισχυτές), λόγος μείωσης (στα κιβώτια ταχυτήτων), συντελεστής μετασχηματισμού (σε μετασχηματιστές) και τα λοιπά.

Για στοιχεία με μη γραμμικό χαρακτηριστικό, χρησιμοποιείται ένας δυναμικός (διαφορικός) συντελεστής μεταφοράς Kd, δηλαδή Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Ο σχετικός συντελεστής μετάδοσης Cat είναι ίσος με τον λόγο της σχετικής μεταβολής της τιμής εξόδου του στοιχείου ΔXout / Xout.n προς τη σχετική μεταβολή της ποσότητας εισόδου ΔXx / Xx.n,

Γάτα = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

όπου Xvih.n και Xvx.n — ονομαστικές τιμές ποσοτήτων παραγωγής και εισόδου. Αυτός ο συντελεστής είναι μια αδιάστατη τιμή και είναι βολικός όταν συγκρίνετε στοιχεία που διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό και την αρχή λειτουργίας.

Όριο ευαισθησίας — η μικρότερη τιμή της ποσότητας εισόδου στην οποία υπάρχει αξιοσημείωτη αλλαγή στην ποσότητα εξόδου.Προκαλείται από την παρουσία στοιχείων τριβής σε κατασκευές χωρίς λιπαντικά, κενά και οπισθοδρόμηση στους αρμούς.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των αυτόματων κλειστών συστημάτων, όπου χρησιμοποιείται η αρχή του ελέγχου με απόκλιση, είναι η παρουσία ανάδρασης. Ας δούμε την αρχή της ανάδρασης χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός συστήματος ελέγχου θερμοκρασίας για έναν ηλεκτρικό φούρνο θέρμανσης. Για να διατηρηθεί η θερμοκρασία εντός των καθορισμένων ορίων, η ενέργεια ελέγχου που εισέρχεται στην εγκατάσταση, π.χ. η τάση που παρέχεται στα θερμαντικά στοιχεία διαμορφώνεται λαμβάνοντας υπόψη την τιμή θερμοκρασίας.

Χρησιμοποιώντας έναν πρωτεύοντα μετατροπέα θερμοκρασίας, η έξοδος του συστήματος συνδέεται με την είσοδό του. Ένας τέτοιος σύνδεσμος, δηλαδή ένα κανάλι μέσω του οποίου οι πληροφορίες μεταδίδονται προς την αντίθετη κατεύθυνση σε σύγκριση με τη δράση ελέγχου, ονομάζεται σύνδεσμος ανάδρασης.

Η ανατροφοδότηση μπορεί να είναι θετική και αρνητική, άκαμπτη και ευέλικτη, βασική και πρόσθετη.

Μια σχέση θετικής ανατροφοδότησης επικαλείται όταν τα σημάδια της ανατροφοδότησης και της επιρροής αναφοράς ταιριάζουν. Διαφορετικά, η ανατροφοδότηση ονομάζεται αρνητική.

Ευέλικτα κυκλώματα ανάδρασης: α, β, γ — διαφοροποίηση, δ και ε — ολοκλήρωση
Σχέδιο του απλούστερου συστήματος αυτόματου ελέγχου: 1 — αντικείμενο ελέγχου, 2 — κύριος σύνδεσμος ανάδρασης, 3 — στοιχείο σύγκρισης, 4 — ενισχυτής, 5 — ενεργοποιητής, 6 — στοιχείο ανάδρασης, 7 — στοιχείο διόρθωσης .

Εάν η μεταδιδόμενη ενέργεια εξαρτάται μόνο από την τιμή της ελεγχόμενης παραμέτρου, δηλαδή δεν εξαρτάται από το χρόνο, τότε μια τέτοια σύνδεση θεωρείται άκαμπτη. Η σκληρή ανάδραση λειτουργεί τόσο σε σταθερές όσο και σε μεταβατικές καταστάσεις.Ένα ευέλικτο loopback αναφέρεται σε μια σύνδεση που λειτουργεί μόνο σε μεταβατική λειτουργία. Η ευέλικτη ανάδραση χαρακτηρίζεται από τη μετάδοση κατά μήκος της στην είσοδο της πρώτης ή της δεύτερης παραγώγου της αλλαγής στην ελεγχόμενη μεταβλητή με την πάροδο του χρόνου. Στην ευέλικτη ανάδραση, το σήμα εξόδου υπάρχει μόνο όταν η ελεγχόμενη μεταβλητή αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.

Η βασική ανάδραση συνδέει την έξοδο του συστήματος ελέγχου με την είσοδό του, δηλαδή συνδέει την ελεγχόμενη τιμή με την κύρια. Οι υπόλοιπες αξιολογήσεις θεωρούνται συμπληρωματικές ή τοπικές. Η πρόσθετη ανάδραση μεταδίδει ένα σήμα δράσης από την έξοδο κάθε συνδέσμου στο σύστημα στην είσοδο κάθε προηγούμενης ζεύξης. Χρησιμοποιούνται για τη βελτίωση των ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών μεμονωμένων στοιχείων.