Назначение и функции элементов автоматики и телемеханики
1. Функции элементов автоматики и телемеханики.
2. Понятие о датчиках, усилителях, стабилизаторах, переключающих устройствах, исполнительных элементах.
3. Общие характеристики элементов.
4. Обратные связи.
1. Все устройства автоматики, телемеханики и вычислительной техники состоят из отдельных элементов.
Элемент – это конструктивно обособленная часть схемы или системы, выполняющая определенную функцию. В общем виде элемент представляет собой (рис. 2.1.6) преобразователь, на вход которого подается сигнал Х, а на выходе получается сигнал У.
от ВИЭ
 |
Х Э У Х Э У
 |  |  | |
а) б)
Рисунок 2.1.6
Элементы могут быть пассивными и активными. В пассивных элементах (рис. 2.1.6,а) отсутствует вспомогательный источник энергии (ВИЭ), в них сигнал У получается за счет сигнала Х, а в активных элементах имеется ВИЭ (рис. 2.1.6, б). В этих элементах входная величина только управляет передачей энергии от ВИЭ выходной величине.
В пассивных элементах в результате потерь У всегда меньше входной Х, а в активных элементах У может быть и больше Х, т.е. в данном элементе возможно усиление сигнала за счет ВИЭ.
Величины Х и У могут быть как электрическими (I, U, R) так и не электрическими (t, w, S и т.д).
|
|
|
Элементы могут отличаться друг от друга физической природой, принципом действия, схемой включения, конструкцией, статической характеристикой.
2. В технике часто контроль, регулирование и передачу физических величин осуществляют при помощи электрических сигналов, так как они наиболее удобны для построения различных автоматических, телемеханических и вычислительных устройств. В этом случае неэлектрические величины (скорость, ускорение, линейное и угловое перемещение, давление и разряжение, температура, световой поток и т.д.) преобразуются в электрические величины.
Под электрическими величинами понимаются сопротивление, индуктивность, емкость, ЭДС.
Измерительный преобразователь информации (датчик) – это устройство, преобразующее контролируемую величину в такой вид сигнала, который удобен для воздействия на последующие элементы автоматики, телемеханики и вычислительной техники.
Усилителем называют устройство, в котором происходит количественное преобразование (чаще всего усиление) входного сигнала. Усиление входного сигнала в технике необходимо для того, чтобы можно было управлять последующими элементами автоматических, телемеханических и вычислительных устройств.
|
|
|
Работа многих радиотехнических, автоматических, телемеханических и вычислительных устройств в большей степени зависит от постоянства напряжения или тока питания. Большинство устройств питается от электросети, в которой по существующим нормативам допускается отклонение напряжения от нормального значения примерно на 5-10%. Поэтому для получения стабильных напряжений между электросетью и устройством включаются стабилизаторы напряжения, а если требуется поддержание неизменным значения тока в цепи, то применяются стабилизаторы тока. Эффект стабилизации в этих элементах получается за счет изменения параметров элементов, входящих в систему стабилизации.
К переключающим устройствам можно отнести реле, контакторы и магнитные пускатели.
Реле – это элемент, в котором плавное изменение входной величины преобразуется в скачкообразное изменение выходной.
Контактором (силовым реле) называют электромагнитное реле, которое имеет мощную контактную систему. Контакторы в основном применяются для коммутации рабочих цепей электродвигателей.
Магнитный пускатель представляет собой контактор с встроенными в него тепловыми реле для защиты электродвигателя от перегрузок. Он служит для дистанционного управления электродвигателями.
|
|
|
В качестве исполнительных элементов часто в автоматике, телемеханике и вычислительной технике применяются различные типы двигателей и электромагнитных муфт.
Двигатель – это устройство, в котором происходит преобразование энергии того или иного вида в механическое перемещение.
Электромагнитные муфты представляют собой электромагниты различных конструкций, которые предназначены для включения и отключения механических, пневматических и гидравлических цепей.
3. Все элементы автоматики и телемеханики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности.
Основной из главных характеристик является статическая характеристика элемента. Она представляет собой зависимость выходной величины У от входной Х в установившемся режиме, т.е. У = f(Х). В зависимости от влияния знака входной величины различают нереверсивные (когда знак выходной величины во всем диапазоне изменения остается постоянным) и реверсивные статические характеристики (когда изменение знака входной величины приводит к изменению знака выходной величины)
|
|
|
Динамическая характеристика используется для оценки работы элемента в динамическом режиме, т.е. при быстрых изменениях входной величины. Ее называют переходной характеристикой, передаточной функцией. Переходная характеристика представляет собой зависимость выходной величины У от времени t: У = f(t) – при скачкообразном изменении входного сигнала Х.
Коэффициент передачи можно определить по статической характеристике элемента. Различают три вида коэффициентов передачи: статический, динамический (дифференциальный) и относительный.
Статический коэффициент передачи Кст представляет собой отношение выходной величины У к входной Х:
Кст = 
.
Коэффициент передачи иногда называют коэффициентом преобразования. Применительно к конкретным конструктивным элементам статический коэффициент передачи называют также коэффициентом усиления (в усилителях), коэффициентом редукции (в редукторах), коэффициентом трансформации (в трансформаторах) и т.д.
Для элементов с нелинейной характеристикой используют динамический (дифференциальный) коэффициент передачи Кд:
Кд = 
.
Относительный коэффициент передачи Кот равен отношению относительного изменения выходной величины элемента DУ/Ун к относительному изменению входной величины DХ/Хн.
Кот = 
,
где Ун и Хн – номинальные значения выходной и входной величин.
Этот коэффициент является безмерной величиной и удобен при сравнении элементов, различных по конструкции и принципу действия.
Порог чувствительности – наименьшее значение входной величины, при которой происходит заметное изменение выходной величины. Он вызывается наличием в конструкциях элементов трения без смазывающих материалов, зазоров и люфтов в соединениях.
Погрешность – это изменение выходного сигнала, возникающее в результате изменения внутренних свойств элемента или изменения внешних условий его работы. Следует отметить, что в результате погрешности изменяется характеристика элемента. Различают следующие виды погрешностей: абсолютную, относительную и приведенную относительную
Абсолютной погрешностью DУ называют разность между фактическим значением выходного сигнала У1 и его расчетным значением У:
У1 – У = DУ
Относительной погрешностью e называют отношение абсолютной погрешности DУ к расчетному значению выходного сигнала У. Относительная погрешность выражается в процентах.
e = 
100%.
Приведенной относительной погрешностью x называют отношение абсолютной погрешности DУ к максимальному значению выходного сигнала Умакс, определяющему диапазон его изменения. Приведенная погрешность тоже выражается в процентах.
x = 
100%
4. Связи, образующие путь передачи воздействий между элементами системы автоматического регулирования, называются главными связями. При нарушении какой-либо одной из главных связей регулирующее действие всей системы прекращается. В качестве главных связей обычно применяются рычаги, редукторные и зубчатые передачи, электрические провода и кабели, гидравлические и пневматические передачи.
Связи, направленные от регулятора к объекту регулирования, называются прямыми связями; связи между измерительным органом и регулятором называются главными обратными связями.
Обратная связь образуется в том случае, когда часть выходного сигнала элемента подается на его вход, т. е. направлена противоположно ходу регулирующего воздействия. В более сложных системах регулирования, кроме главных обратных связей, применяются вспомогательные (дополнительные) обратные связи, называемые просто «обратные связи».
Обратной связью называется такое устройство, посредством которого часть выходной величины последующего звена передается на вход предыдущего звена, считая по ходу цепочки звеньев регулирования. Дополнительные обратные связи связывают выход какого-либо отдельного звена с его входом или выход какого-либо последующего звена с входом любого предыдущего.
Основное назначение обратной связи – изменение свойств отдельного звена или группы звеньев, улучшить качество регулирования и сделать переходной процесс устойчивым или, как принято говорить, стабилизировать систему. В АСР обратная связь чаще всего осуществляется между выходом исполнительного устройства и входом усилителя.
Обратные связи по методу их присоединения делятся на положительные и отрицательные. Положительной называется такая обратная связь, сигнал которой вводится в звено с тем же знаком, что и поступающая по основной цепи входная величина. Отрицательной называется такая обратная связь, сигнал которой вводиться в звено со знаком, противоположным знаку входной величины, поступающей по основной цепи. Смысл введения положительной обратной связи состоит в увеличении коэффициента усиления звена. Смысл введения отрицательной обратной связи состоит в уменьшении инерционности звена, в улучшении устойчивости, в подавлении колебаний, в изменении типа звена. Поэтому в технике автоматического регулирования наиболее широкое применение находит отрицательная обратная связь.
Отрицательные обратные связи, применяемые в системах автоматического регулирования, делятся на жесткие и гибкие
На рисунке 2.1.7 показан основной элемент, который охвачен обратной связью. Основной элемент имеет коэффициент преобразования К. Обратная связь в схеме осуществляется с помощью дополнительного элемента обратной связи, имеющего коэффициент преобразования Кос.
Х Х ± Хо У
К
± Хо
Кос
Рисунок 2.1.7
На вход элемента подается сигнал Х, а на выходе элемента образуется сигнал У.. Часть выходного сигнала Хо подается на вход элемента. Если сигнал Хо совпадает по фазе с входным сигналом Х, то образуется положительная обратная связь, при этом на вход основного элемента поступает сигнал Х + Хо. Если сигнал Хо не совпадает по фазе с входным сигналом Х, то образуется отрицательная обратная связь и на вход основного элемента поступает сигнал Х – Хо.
Положительная обратная связь увеличивает коэффициент преобразования элемента, но уменьшает стабильность работы элемента. Отрицательная обратная связь уменьшает коэффициент преобразования, но увеличивает стабильность работы элемента.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1229; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!