Elementi di sistemi automatici

Qualsiasi sistema automatico è costituito da elementi strutturali separati, interconnessi e che svolgono determinate funzioni, che di solito sono chiamati elementi o mezzi di automazione... Dal punto di vista dei compiti funzionali svolti dagli elementi nel sistema, possono essere suddivisi in percezione , impostazione , confronto, trasformazione, esecutivo e correttivo.

Elementi sensori o trasduttori primari (sensori) misurano le quantità controllate di processi tecnologici e le convertono da una forma fisica all'altra (ad esempio, termometro termoelettrico converte la differenza di temperatura in termoEMF).

Gli elementi di impostazione dell'automazione (elementi di impostazione) servono per impostare il valore richiesto della variabile controllata Xo. Il suo valore effettivo deve corrispondere a questo valore. Esempi di attuatori: attuatori meccanici, attuatori elettrici come resistori a resistenza variabile, induttori variabili e interruttori.

I comparatori per l'automazione confrontano il valore preimpostato del valore controllato X0 con il valore effettivo X. Il segnale di errore ricevuto all'uscita del comparatore ΔX = Xo — X viene trasmesso attraverso l'amplificatore o direttamente all'azionamento.

Gli elementi di trasformazione eseguono la conversione e l'amplificazione del segnale necessarie in amplificatori magnetici, elettronici, a semiconduttore e di altro tipo quando la potenza del segnale non è sufficiente per un ulteriore utilizzo.

Gli elementi esecutivi creano azioni di controllo sull'oggetto di controllo. Cambiano la quantità di energia o materia fornita o rimossa dall'oggetto controllato in modo che il valore controllato corrisponda a un dato valore.

Gli elementi correttivi servono a migliorare la qualità del processo di gestione.

Oltre agli elementi principali nei sistemi automatici, ci sono anche filiali, che includono dispositivi di commutazione ed elementi di protezione, resistori, condensatori e apparecchiature di segnalazione.

Qualunque cosa elementi di automazione indipendentemente dal loro scopo, hanno un certo insieme di caratteristiche e parametri che ne determinano le caratteristiche operative e tecnologiche.

La principale delle caratteristiche principali è una caratteristica statica di un elemento... Rappresenta la dipendenza del valore di uscita Хвх dall'ingresso Хвх in modalità stazionaria, ad es. Xout = f(Xin). A seconda dell'influenza del segno della grandezza in ingresso, irreversibili (quando il segno della grandezza in uscita rimane costante per tutto il campo di variazione) e reversibili (quando una variazione del segno della grandezza in ingresso comporta una variazione della segno della grandezza in uscita).

Una caratteristica dinamica viene utilizzata per valutare le prestazioni di un elemento in una modalità dinamica, ad es. con rapidi cambiamenti nel valore di ingresso. È impostato dalla risposta ai transitori, dalla funzione di trasferimento, dalla risposta in frequenza. La risposta transitoria è la dipendenza del valore di uscita Xout dal tempo τ: Xvx = f (τ) — con una variazione simile a un salto del segnale di ingresso Xvx.

Un fattore di trasmissione può essere determinato dalle caratteristiche statiche dell'elemento. Esistono tre tipi di fattori di trasmissione: statico, dinamico (differenziale) e relativo.

Il guadagno statico Kst è il rapporto tra il valore di uscita Xout e l'ingresso Xin, ovvero Kst = Xout / Xvx. Il fattore di trasferimento è talvolta chiamato fattore di conversione. In relazione a specifici elementi strutturali, il rapporto di trasmissione statica è anche chiamato guadagno (negli amplificatori), rapporto di riduzione (nei riduttori), fattore di trasformazione (nei trasformatori) eccetera.

Per gli elementi con una caratteristica non lineare, viene utilizzato un coefficiente di trasferimento dinamico (differenziale) Kd, ovvero Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Il coefficiente di trasmissione relativo Cat è uguale al rapporto tra la variazione relativa del valore di uscita dell'elemento ΔXout / Xout.n e la variazione relativa della quantità di ingresso ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

dove Xvih.n e Xvx.n sono i valori nominali delle quantità di output e input. Questo coefficiente è un valore adimensionale ed è utile quando si confrontano elementi diversi per design e principio di funzionamento.

Soglia di sensibilità: il valore più piccolo della quantità di ingresso al quale si verifica un cambiamento notevole nella quantità di uscita.È causato dalla presenza di elementi di attrito in strutture prive di lubrificanti, lacune e giochi nei giunti.

Una caratteristica dei sistemi chiusi automatici, in cui viene utilizzato il principio del controllo per deviazione, è la presenza di feedback. Diamo un'occhiata al principio del feedback usando l'esempio di un sistema di controllo della temperatura per un forno di riscaldamento elettrico. Al fine di mantenere la temperatura entro i limiti specificati, l'azione di controllo che entra nella struttura, ad es. la tensione fornita agli elementi riscaldanti viene formata tenendo conto del valore della temperatura.

Utilizzando un trasduttore di temperatura primario, l'uscita del sistema è collegata al suo ingresso. Tale collegamento, ovvero un canale attraverso il quale le informazioni vengono trasmesse nella direzione opposta rispetto all'azione di controllo, è chiamato collegamento di feedback.

Feedback può essere positivo e negativo, rigido e flessibile, di base e aggiuntivo.

Una relazione di feedback positivo viene invocata quando i segni di feedback e l'influenza del referente corrispondono. Altrimenti, il feedback è chiamato negativo.

Circuiti di feedback flessibili: a, b, c - differenziazione, d ed e - integrazione
Schema del sistema di controllo automatico più semplice: 1 - oggetto di controllo, 2 - collegamento di feedback principale, 3 - elemento di confronto, 4 - amplificatore, 5 - attuatore, 6 - elemento di feedback, 7 - elemento di correzione .

Se l'azione trasmessa dipende solo dal valore del parametro controllato, ad es. non dipende dal tempo, tale connessione è considerata rigida. Il feedback hard opera sia in stati stazionari che transitori.Un loopback flessibile si riferisce a un collegamento che opera solo in modalità transitoria. Il feedback flessibile è caratterizzato dalla trasmissione lungo di esso all'ingresso della derivata prima o seconda della variazione nel tempo della variabile controllata. Nel feedback flessibile, il segnale di uscita esiste solo quando la variabile controllata cambia nel tempo.

Il feedback di base collega l'uscita del sistema di controllo al suo ingresso, ovvero collega il valore controllato a quello principale. Il resto delle recensioni sono considerate supplementari o locali. Un feedback aggiuntivo trasmette un segnale di azione dall'uscita di ciascun collegamento nel sistema all'ingresso di ciascun collegamento precedente. Sono utilizzati per migliorare le proprietà e le caratteristiche dei singoli elementi.