Режимы работы автоматических систем регулирования

а) установившийся и переходный режимы

Системы автоматики состоят из ряда связанных между собой элементов, выполняющих определенные функции и обеспечивающих в комплексе весь процесс управления: получение первичной информации, усиление сигналов информации и преобразование их в управляющие сигналы, воздействующие на исполнительные механизмы.

В соответствии с выполняемыми функциями все элементы, составляющие автоматические системы, классифицирующиеся на три самостоятельные группы:

- измерительная, представляет собой различного типа датчики, информирующие о достижениях определенного значения контролируемого параметра;

- преобразовательная, служащая для усиления информационного сигнала и преобразования его в другой, удобный для управления;

- исполнительная, включающая в себя комплекс механизмов непосредственно осуществляющих управление.

Все элементы любой группы имеют вход и выход. Входной величиной элемента могут быть:

- мгновенные значения физически величин (скорости, ускорения, давления, температуры, перемещения, освещенности, тока, напряжения и т.д.);

- амплитудные значения синусоидальных или импульсных электрических величин (тока или напряжения);

- частота физических величин и т.д.

Выходной величиной может быть электрический сигнал различный по величине и характеру. Входную величину обычно называют входным сигналом, а выходную – выходным сигналом.

Элементы, как и системы, могут работать в различных режимах. Режим работы элемента (системы) при постоянных во времени входной и выходной величинах называются установившимся или статическим режимом. В установившемся режиме x(t) = const и y(t) = const.

Режим работы при переменных во времени входной и выходной (или одной из них) величине называют динамическим.

Процесс перехода элемента из одного установившегося состояния в другое называют переходным процессом. Так как во время переходного процесса y(t) изменяется, то переходный процесс является частным случаем динамического режима.

б) характеристики установившегося режима (статические)

Функциональная зависимость выходной величины Y от входной Х, выраженная математически или графически, называется статической характеристикой элемента Y = f(X).

По статической характеристике можно определить вид элемента (датчик рис. 1.20, реле рис. 1.21). Так, например, если статическая характеристика элемента непрерывна, т.е. величина Y находится в определенной непрерывной зависимости от величины X рис.1.20, то такой элемент называют источником первичной информации или датчиком.

Рис. 1.20. Характеристика датчика         Рис. 1.21. Характеристика реле

Если статическая характеристика элемента изменяется скачком (рис. 1.21), т.е. практически осуществляется включение или отключение при достижении входной величины X определенных значений, то такой элемент называется реле.

Элементы для конкретных автоматических систем выбираются по ряду показателей их характеризующих – коэффициенту передачи, порогу чувствительности, погрешности.

Коэффициент передачи – отношение выходной величины элемента Y к входной Х, т.е. K=Y/X. Если Y и Х одной физической природы, то K – коэффициент усиления.

Порог чувствительности – это наименьшее (по абсолютному значению) значение входного сигнала способное вызывать изменение выходного.

Погрешность элемента появляется из-за неточной тарировки или градуировки (вследствие разброса параметров) элементов в процессе их изготовления (в пределе установленных допусков).

где  - абсолютная погрешность;  - полученный выходной сигнал;  - действительный выходной сигнал.

; 100%

где  - относительная погрешность.

;

где  – приведенная погрешность.

в) Характеристики переходного режима (динамические)

В реальных системах автоматики сигналы от элементов, как правило, бывают непостоянными. В большинстве случаев они меняются во времени. Для элементов составляющих системы автоматики, основным режимом работы является режим, при котором входная и выходная величины не остаются постоянными. Такой режим называется динамическим.

Процесс перехода из одного установившегося состояния в другое называется переходным процессом, который является частным случаем динамического режима.

Переходный процесс характеризуется переходной характеристикой. Под переходной характеристикой понимают зависимость выходной величины от времени Y = f(t) при скачкообразном изменении входной величины.

Рис. 1.22. Входная величина                        Рис. 1.23. Выходная величина

Реакция большинства элементов на скачкообразный входной сигнал рис. 1.22, их переходная характеристика рис. 1.23 представляет собой нарастающую экспоненту.

В зависимости от характера протекания переходного процесса при нулевых начальных условиях выходной величины различают 6 типов звеньев (элементов):

1 пропорциональные;

2 апериодические;

3 колебательные;

4 интегрирующие;

5 дифференцирующие идеальные;

6 дифференцирующие реальные.