Динамические характеристики элементов автоматики

Динамическими характеристиками элемента определяется его инерционность (время переходного процесса), изменение параметров элемента во время нагрузки, максимальное отклонение величины регулируемого параметра. К этим характеристикам относятся:

- постоянная времени,

- перерегулирование,

- полоса пропускания.

Элементы автоматики также могут подразделяться на инерционные и безынерционные. Примерами безынерционных элементов могут служить жесткие связи, передающие величины физических параметров без задержек по времени, т.е. переходной процесс к установившемуся состоянию отсутствует. Инерционные элементы – такие элементы, у которых переходной процесс от одного установившегося состояния к другому установившемуся состоянию имеет место. Для наглядности и упрощения расчетов чаще всего используют реакцию элемента на единичное ступенчатое воздействие или дельта-функцию. Графическое представление характеристик переходных процессов в элементах автоматики показано на рисунке 43.

 

Рис.43. Графики динамических характеристик переходных процессов элементов

автоматики

 

На графике изображены:

У₁ – характеристика переходного процесса колебательного звена,

У₂ – характеристика переходного процесса апериодического звена,

t_пп1 – время переходного процесса в колебательном звене,

t_пп2 – время переходного процесса в апериодическом звене.

Существует зона допустимых отклонений, которая представляет собой полосу пропускания не более 5% отклонения от установившегося значения. Переходной процесс считается завершенным, если значение выходного параметра попадает в указанную полосу.

Максимальное отклонение регулируемой величины параметра от номинальной величины параметра называется величиной перерегулирования, обозначается s, и является одной из основных величин, характеризующих переходной процесс в колебательном звене. Например, для необратимого процесса, у привода подачи металлообрабатывающего станка, sне превышает 10-15%. Для обратимого процесса, при использовании авиационных систем навигации, s может принимать значение до 30%.

От параметров элемента автоматики зависят все характеристики переходных процессов, протекающих в данном элементе. К данным параметрам относят:

α = 1 / Т - коэффициент демпфирования (затухания), где T является постоянной времени, w - собственная частота процесса преобразований, происходящих в элементе.

Переходной процесс в апериодическом звене математически представляется в следующем виде:

 

В данном случае A является установившимся значением выходной величины. Значение A будет равно значению входного воздействия при передаточном коэффициенте элемента равном 1.

Этим уравнением можно описать переходные процессы, протекающие в различных элементах, например, зарядка аккумулятора, установление температурного режима в печи при ее разогреве, и т.д. T – время перехода к установившемуся режиму, показатель инерционности. Переходной процесс в колебательном звене математически описывается в виде:

где w - собственная частота, a - коэффициент демпфирования, j - начальная фаза колебаний.