Elementos de sistemas automáticos

Qualquer sistema automático consiste em elementos estruturais separados, interconectados e executando certas funções, que geralmente são chamados de elementos ou meios de automação... Do ponto de vista das tarefas funcionais executadas pelos elementos do sistema, eles podem ser divididos em percepção , ambientação , comparação, transformação, executiva e corretiva.

Elementos sensores ou transdutores primários (sensores) medem as quantidades controladas de processos tecnológicos e as convertem de uma forma física para outra (por exemplo, termômetro termoelétrico converte a diferença de temperatura em termoEMF).

Os elementos de configuração da automação (elementos de configuração) servem para definir o valor necessário da variável controlada Xo. Seu valor real deve corresponder a esse valor. Exemplos de atuadores: atuadores mecânicos, atuadores elétricos como resistores de resistência variável, indutores variáveis ​​e interruptores.

Comparadores para automação comparam o valor predefinido do valor controlado X0 com o valor real X. O sinal de erro recebido na saída do comparador ΔX = Xo — X é transmitido através do amplificador ou diretamente para o drive.

Os elementos transformadores executam a conversão e amplificação de sinal necessárias em amplificadores magnéticos, eletrônicos, semicondutores e outros quando a potência do sinal é insuficiente para uso posterior.

Os elementos executivos criam ações de controle no objeto de controle. Eles alteram a quantidade de energia ou matéria fornecida ou removida do objeto controlado para que o valor controlado corresponda a um determinado valor.

Os elementos corretivos servem para melhorar a qualidade do processo de gestão.

Além dos elementos principais em sistemas automáticos, também existem subsidiárias, que incluem dispositivos de comutação e elementos de proteção, resistores, capacitores e equipamentos de sinalização.

Tudo elementos de automação independentemente de sua finalidade, eles possuem um determinado conjunto de características e parâmetros que determinam suas características operacionais e tecnológicas.

A principal das principais características é uma característica estática de um elemento... Representa a dependência do valor de saída Хвх da entrada Хвх no modo estacionário, ou seja, Xout = f(Xin). Dependendo da influência do sinal da quantidade de entrada, características estáticas irreversíveis (quando o sinal da quantidade de saída permanece constante em toda a faixa de variação) e reversíveis (quando uma mudança no sinal da quantidade de entrada leva a uma mudança no sinal da quantidade de saída) são diferenciados.

Uma característica dinâmica é usada para avaliar o desempenho de um elemento em um modo dinâmico, ou seja, com mudanças rápidas no valor de entrada. É definido pela resposta transitória, função de transferência, resposta de frequência. A resposta transitória é a dependência do valor de saída Xout no tempo τ: Xvx = f (τ) — com uma mudança semelhante a um salto do sinal de entrada Xvx.

Um fator de transmissão pode ser determinado a partir das características estáticas do elemento. Existem três tipos de fatores de transmissão: estático, dinâmico (diferencial) e relativo.

O ganho estático Kst é a razão entre o valor de saída Xout e o valor de entrada Xin, ou seja, Kst = Xout / Xvx. O fator de transferência às vezes é chamado de fator de conversão. Em relação a elementos estruturais específicos, a taxa de transmissão estática também é chamada de ganho (em amplificadores), taxa de redução (em caixas de câmbio), fator de transformação (em transformadores) etc.

Para elementos com uma característica não linear, um coeficiente de transferência dinâmico (diferencial) Kd é usado, ou seja, Kd = ΔХвх /ΔXvx.

O coeficiente de transmissão relativo Cat é igual à razão da mudança relativa no valor de saída do elemento ΔXout / Xout.n para a mudança relativa da quantidade de entrada ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

onde Xvih.n e Xvx.n — valores nominais das quantidades de saída e entrada. Este coeficiente é um valor adimensional e é conveniente ao comparar elementos que são diferentes em design e princípio de operação.

Limiar de sensibilidade - o menor valor da quantidade de entrada em que há uma mudança perceptível na quantidade de saída.É causada pela presença de elementos de atrito em estruturas sem lubrificantes, folgas e folgas nas juntas.

Uma característica dos sistemas fechados automáticos, onde é utilizado o princípio de controle por desvio, é a presença de realimentação. Vejamos o princípio do feedback usando o exemplo de um sistema de controle de temperatura para um forno de aquecimento elétrico. A fim de manter a temperatura dentro dos limites especificados, a ação de controle que entra na instalação, ou seja. a tensão fornecida aos elementos de aquecimento é formada levando em consideração o valor da temperatura.

Usando um transdutor de temperatura primário, a saída do sistema é conectada à sua entrada. Esse link, ou seja, um canal através do qual as informações são transmitidas na direção oposta à ação de controle, é chamado de link de realimentação.

O feedback pode ser positivo e negativo, rígido e flexível, básico e adicional.

Uma relação de feedback positivo é invocada quando os sinais de feedback e influência referente combinam. Caso contrário, o feedback é chamado de negativo.

Circuitos de realimentação flexíveis: a, b, c — diferenciação, d e e — integração
Esquema do sistema de controle automático mais simples: 1 — objeto de controle, 2 — link de realimentação principal, 3 — elemento de comparação, 4 — amplificador, 5 — atuador, 6 — elemento de realimentação, 7 — elemento de correção .

Se a ação transmitida depende apenas do valor do parâmetro controlado, ou seja, não depende do tempo, então tal conexão é considerada rígida. O feedback forte opera em estados estacionários e transitórios.Um loopback flexível refere-se a um link que opera apenas no modo transitório. A realimentação flexível é caracterizada pela transmissão ao longo dela para a entrada da primeira ou segunda derivada da mudança na variável controlada ao longo do tempo. Na realimentação flexível, o sinal de saída existe apenas quando a variável controlada muda ao longo do tempo.

A realimentação básica conecta a saída do sistema de controle à sua entrada, ou seja, conecta o valor controlado ao principal. As demais avaliações são consideradas complementares ou locais. O feedback adicional transmite um sinal de ação da saída de cada link no sistema para a entrada de cada link anterior. Eles são usados ​​para melhorar as propriedades e características de elementos individuais.