Основные понятия

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИКИ

Основные понятия и определения

ТИПОВЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

АВТОМАТИЗАЦИЯ

 

 

 

Современный научно-технический прогресс тесно связан с широким развитием автоматики.

Автоматизация — это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения систем управления техническими объектами и процессами, действующих без непосредственного участия человека.

Пример: система управления инжекторного ДВС.

Технический объект (станок, двигатель, летательный аппарат, поточная линия, автоматизированный участок, цех и т.д.), нуждающийся в автоматическом или автоматизированном управлении, называется объектом управления (ОУ).

Пр: ДВС

Совокупность ОУ и автоматического управляющего устройства называется системой автоматического управления (САУ) или автоматизированной системой управления (АСУ).

Пр: контроллер + датчики – автоматическое управляющее устройство.

Автоматическое управляющее устройство представляет собой комплекс отдельных конструктивных или схемных элементов, каждый из которых выполняет задачу по преобразованию энергии, полученной от предыдущего элемента или окружающей среды, и передаче ее последующему элементу.

Автоматическое управляющее устройство состоит из элементов автоматики.

Пр: датчик положения дроссельной заслонки, Датчик температуры, датчик кислорода и др., контроллер (микропроцессор), устройство поворота дроссельной заслонки (исполнительный элемент), электромагнитный клапан форсунки и др.

В системах автоматического управления (САУ) в качестве сигналов обычно используются электрические и механические величины (например, постоянный ток, напряжение, давление сжатого газа или жидкости, усилие и т.п.), так как они позволяют легко осуществлять преобразование, сравнение, передачу на расстояние и хранение информации. В одних случаях сигналы возникают непосредственно вследствие протекающих при управлении процессов (изменения тока, напряжения, температуры, давления, наличия механических перемещений и т.д.), в других случаях они вырабатываются чувствительными элементами или датчиками.

 

Элементами автоматики называются конструктивно законченные устройства, выполняющие определенные самостоятельные функции преобразования сигнала (информации) в системах автоматического управления.

На рис. 1.1, а схематически изображен элемент Э. На его вход подается энергия х, после преобразования ее по значению на выходе возникает энергия у.(Пр: педаль акселератора). Иногда необходимо, чтобы энергия у на выходе была больше, чем энергия х на входе; в этом случае в элемент вводится дополнительная энергия вида z (рис. 1.1, б). Очевидно, при наличии дополнительной энергии возможно усиление небольшой входной энергии х до большой выходной энергии у (Пр.гидроусилитель руля).Здесь неэлектрические элементы: гидравлические, пневматические, механические и др

Чаще всего применяют электрические элементы, т. е. те, у которых величины х или у являются электрическими (например, напряжение, ток, сопротивление). Величины х и у могут быть электрическими и неэлектрическими (например, давление, перемещение).

Элементы автоматики обладают совокупностью характеристик:

Статическая характеристика - зависимость выходного сигнала от входного у =f(x), (или коэффициент передачи), В первом случае называется статическим коэффициентом преобразования, а во втором случае — динамическим коэффициентом преобразования.

Динамическая характеристика используется для оценки работы элемента в динамическом режиме, т.е. при быстром изменении входного сигнала. Статический и динамический характеризуются величинами, имеющими размерность. Например, если размерность входной величины °C, а выходной а, то размерность коэффициента преобразования будет а/°С. Коэффициенты K и K' могут быть также выражены в относительных (безразмерных) величинах при условии, что входная и выходная величины имеют одинаковую размерность.

Коэффициенты преобразования (передачи) определяется по статической характеристике. Бывает: статический, динамический и относительный.

Статический коэффициент преобразования представляет собой отношение выходной величины элемента у к входной величине х,( K = у/х) или отношение приращения выходной величины Δу или dy (см. рис. 1.3) к приращению входной величины Δх или dx.

Динамический коэффициент преобразования определяется для элементов с нелинейной характеристикой K'= Δy/Δx ≈ dy/dx при Δx → 0.

Величина, представляющая собой отношение относительного приращения выходной величины Δу/у к относительному приращению входной величины Δх/х, называется относительным коэффициентом передачи η_Δ

 

При Δх → 0 получим

 

 

Например, если изменение входной величины на 2 % вызывает изменение выходной величины на 3 %, то относительный коэффициент преобразования η_Δ = 1,5. Применительно к различным элементам автоматики коэффициенты преобразования K', K, η_Δ и η имеют определенный физический смысл и свое название. Например, применительно к датчику коэффициент преобразования называется чувствительностью (статической, динамической, относительной); желательно, чтобы она была как можно больше. Для усилителей коэффициент преобразования принято называть коэффициентом усиления; желательно, чтобы он был также как можно больше.

 

 

При работе элементов выходная величина у может отклоняться от требуемого значения за счет изменения их внутренних свойств (износа, старения материалов и т.п.) или за счет изменения внешних факторов (колебания напряжения питания, окружающей температуры и др.), при этом происходит изменение характеристики элемента (кривая y' на рис. 2.1). Это отклонение называется погрешностью, которая может быть абсолютной и относительной.

Абсолютной погрешностью (ошибкой) называется разность между полученным значением выходной величины у' и расчетным (желаемым) ее значением (см. рис. 2.1): Δу = у' - у.

Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности Δу к номинальному (расчетному) значению выходной величины у. В процентах относительная погрешность определяется как y = Δy • 100/у.

В зависимости от причин, вызывающих отклонение, различают температурную, частотную, токовую и другие погрешности.

Порогом чувствительности называется минимальная величина на входе элемента, которая вызывает изменение выходной величины (т.е. уверенно обнаруживается с помощью данного датчика). Появление порога чувствительности вызывают как внешние, так и внутренние факторы (трение, люфты, гистерезис, внутренние шумы, помехи и др.).