ЛЕКЦИЯ № 10
Глава 2 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ
План
1 Классификация элементов.
2 Свойства элементов
1 Классификация элементов.
АСР состоит из различных элементов, одни из которых являются основными, другие - вспомогательными.
По виду выполняемых функций элементы систем подразделяются на следующие основные типы:
- чувствительные элементы - преобразуют различные неэлектрические величины в электрические сигналы;
- усилители - производят усиление поступающих сигналов, не изменяя их физической природы;
- вычислительные элементы - выполняют любые математические операции над различными величинами;
- исполнительные элементы - приводят в действие тот или иной регулирующий орган;
- стабилизаторы - обеспечивают поддержание заданного значения тока или напряжения на выходе при изменении входного
сигнала или сопротивления нагрузки.
Каждый элемент системы характеризуется двумя величинами, одна из которых является входной (х), другая - выходной (у),
кроме того, на элемент может быть подана вспомогательная величина П от источника питания.
Элементы могут отличаться друг от друга также физическими принципами, лежащими в основе их действия, - электрические,
пневматические, гидравлические.
Пассивными называются элементы, если они выполняют свои основные функции без использования энергии источника питания;
в этом случае мощность на выходе пассивного элемента не может превышать мощности на входе. Примером такого элемента
является электрическая цепь RC.
Активными называются элементы, если при выполнении ими своих функций они используют энергию источника питания; в
этом случае мощность на выходе активного элемента может превышать мощность на его входе. Примером такого элемента
является электронный усилитель.
При схематичном изображении АСР ее функциональные элементы обозначаются прямоугольниками, а величины, поступающие на
вход и снимаемые с выхода элемента, - стрелками.
2 Свойства элементов
Различают статические и динамические характеристики элементов.
Статическим называется режим элемента, когда входная величина (и соответственно выходная величина) элемента не
изменяется с течением времени.
Динамическим называется режим элемента, когда входная величина изменяется с течением времени и вызывает тем самым
соответствующее изменение выходной величины; в элементе в этом случае возникает переходный процесс.
Контрольные вопросы
1 Дать классификацию элементам АСР.
2 Какими свойствами обладают элементы?
Литература
1 Гинзбург И.Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов.- Л.; Стройиздат,
1985. [стр. 28 - 29]
скачать лекцию
ЛЕКЦИЯ № 11
СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ
План
1 Определения статических характеристик.
2 Обратные связи.
1 Определения статических характеристик.
Статической характеристикой элемента является зависимость выходной величины элемента от его входной величины.
Математическое выражение этой зависимости y = f(x) называется уравнением статики элемента. На рис. 2.1 даны
примеры статических характеристик элементов, которые могут быть линейными или нелинейными. Линейная статическая
характеристика представляет собой прямую, проходящую под некоторым углом к горизонтальной оси (рис. 2.1, а).
Угол наклона характеристики есть величина постоянная, а его тангенс определяет величину передаточного коэффициента
k элемента k = y/x.
Передаточный коэффициент является одним из основных показателей элемента; он может быть безразмерной величиной или
принимать какую-либо размерность. У различных функциональных элементов передаточный коэффициент называется по-разному.
Так, для чувствительных элементов его называют чувствительностью, для усилителей - коэффициентом усиления, для
стабилизаторов - коэффициентом стабилизации. Для линейного элемента передаточный коэффициент постоянен во всех точках
характеристики, для нелинейного элемента передаточный коэффициент в разных точках характеристики различен. Нелинейные
статические характеристики (рис. 2.1, б) могут быть линеаризованы, если это не приводит к искажениям свойств элемента.
Уравнение статики элемента с линейной характеристикой является алгебраическим уравнением первой степени вида
Элемент с нелинейной характеристикой описывается алгебраическим уравнением более высокой степени.
Другим основным показателем элемента является его порог чувствительности, под которым понимается минимальное значение
входной величины, вызывающее изменение выходной величины. Все реальные элементы систем автоматического регулирования
имеют порог чувствительности, отличный от нуля. В этом случае статическая характеристика элемента не проходит однозначно
через начало координат, а имеет ширину или размытый вид (рис. 2.1, в). Отрезок между точками 1-3, равный удвоенному
значению порога чувствительности 1-2 (или 2-3), называется зоной нечувствительности элемента. В этом случае одному и
тому же значению выходной величины y4 соответствуют значения входных величин от x1 до х3.
Причины появления зоны нечувствительности для различных элементов могут быть различными (люфты, трения, магнитный
гистерезис и т.п.)На рис. 2.1, в при одном и том же значении входной величины (точка 8) выходная величина может принимать
значения от у5 до у7. Величина ?у = у5 - у7 характеризует наибольшую величину внутреннего шума элемента или помеху. Одной
из причин нестабильности статической характеристики элемента является изменение его внутренних свойств (старение, износ)
или внешних факторов (температура, влажность, давление окружающей среды, напряжение питания), что приводит к появлению
статической погрешности.На рис. 2.1, г прямая 1 соответствует первоначальной характеристике элемента, а прямая 2 есть
изменившаяся характеристика этого элемента в результате воздействия одного из факторов.
2 Обратные связи.
Функциональные элементы в системе связаны между собой. Связи могут быть механическими, электрическими, пневматическими,
гидравлическими. Различают также прямые и обратные связи.
Прямая связь характеризуется подачей сигнала с выхода элемента на вход следующего.
Обратная связь это когда сигнал с выхода элемента подается на его вход или с выхода одного из последующих элементов
передается на вход одного из предыдущих.
Сигнал, передаваемый по цепи обратной связи, называется сигналом обратной связи xо.с.. Сигнал обратной связи xо.с.
алгебраически суммируется с входным сигналом х на входе элемента, на который поступает сигнал обратной связи. На структурных
схемах алгебраическое суммирование сигналов изображается специальным условным знаком (рис. 2.2, а). Если обратная связь
охватывает всю систему в целом, т.е. передает сигнал с выхода системы обратно на ее вход, такая связь называется главной.
Местная связь охватывает отдельные элементы или часть системы. Обратные связи бывают отрицательными и положительными. При
отрицательной обратной связи из входного сигнала вычитается сигнал обратной связи, при положительной - они складываются, т.е.
в общем случае
?x = x ± xо.с.
Положительная обратная связь увеличивает передаточный коэффициент элемента, отрицательная обратная связь снижает передаточный
коэффициент охватываемого элемента, уменьшая при этом относительную погрешность и искажения сигнала в элементе, повышает
стабильность передаточного коэффициента. Поэтому отрицательная обратная связь (ООС) получила широкое распространение, улучшая
основные показатели элемента.
Обратные связи подразделяются на жесткие (или постоянные) и гибкие (или преходящие, исчезающие). Жесткая обратная связь действует
все время, т.е. в течение, как стационарного процесса, так и переходного; гибкая обратная связь - только в режиме переходного
процесса, причем положительная форсирует переходный процесс, а отрицательная ослабляет, успокаивает его.
Примером элемента гибкой обратной связи может служить электрическая RC - цепочка, включенная в цепь постоянного тока (рис. 2.2, б).
При неизменном значении выходного напряжения конденсатор С заряжен и ток через него не течет, вследствие чего Uос равно нулю и
на вход элемента поступает только входной сигнал Uвх. В переходных процессах значение выходного напряжения изменяется, что вызывает
изменение заряда конденсатора, и на резисторе R появится падение напряжения, которое и будет сигналом обратной связи.
Контрольные вопросы
1 Дать определение статической характеристике.
2 Какие бывают статические характеристики?
3 Что такое порог чувствительности и зона нечувствительности?
4 Дать определение обратной связи.
5 Какие виды обратных связей бывают?
Литература
1 Гинзбург И.Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов.- Л.; Стройиздат, 1985. [стр. 30 - 33]
скачать лекцию
ЛЕКЦИЯ № 12
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ
План
1 Динамические характеристики элементов.
Режим, когда входные и выходные величины меняются с течением времени называется динамическим, а показатели, его характеризующие,
- динамическими. Процесс, протекающий в элементе при изменении его входной величины, называется переходным.
Изменение выходной величины элемента с течением времени называется динамической характеристикой элемента, зависящей от его
свойств и характера изменения его входной величины.
При скачкообразном изменении входного сигнала хвх характеристика y = f(t) называется графиком переходного процесса элемента.
На рис. 2.3 показаны различные графики переходных процессов.
Элемент, динамическая характеристика которого представлена на рис. 2.3, а не обладает инерционностью, так как его выходной сигнал
изменяется одновременно с входным сигналом без запаздывания.
Элемент, динамическая характеристика которого приведена на рис. 2.3, б, обладает инерционностью, ибо его выходная величина
возрастает постепенно.
Степень инерционности определяется постоянной времени Т элемента, которая представляет собой один из основных динамических его
показателей.
Если динамическая характеристика элемента носит колебательно-затухающий характер (рис. 2.3, в), то его выходная величина у
колеблется около установившегося значения ууст с постоянной частотой f0 = l/Tо и непрерывно убывающей амплитудой (Tо - период
колебаний). Время, за которое выходной сигнал достигнет значения, отличающегося от установившегося на незначительную величину ?у
(не более 5 % у), называется длительностью переходного процесса tуст.
Динамические свойства элемента характеризуются также максимальным отклонением выходной величины умакс в переходный период, отношением
соседних амплитуд выходной величины, количеством колебаний, совершаемых выходной величиной около установившегося значения за время tуст.
Контрольные вопросы
1 Какой режим элемента называется динамическим?
2 Пояснить, что такое график переходного процесса.
3 Какими динамическими характеристиками обладают элементы АСР?
Литература
1 Гинзбург И.Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов.- Л.; Стройиздат, 1985. [стр. 33 - 35]
скачать лекцию
