Классификация элементов САУ и АСУ

АСУ и САУ оперирует техническими средствами, заменяющими функции человека в сфере управления. Поэтому основная задача технических средств (элементов) перевод с языка понятий, представлений, событий, явлений на технический язык. Составляющими автоматического управления являются:

• технические средства (элементы);
• алгоритм, т.е. порядок реализации определенного понятия или суждения (команды) техническими средствами.

Вначале рассмотрим технические средства. Все элементы подразделяются (классифицируются) по многим признакам. Остановимся на основных.

По роли (месту) в структуре схемы

• функциональные, осуществляющие преобразование входной логической переменной в выходную логическую переменную. Преобразование может вестись с затуханием – функциональный пассивный элемент (рис.1.5,а) и с усилением, когда выходная логическая переменная y черпает энергию от z. z – функциональный активный элемент (рис.1.5, б);
• логические, осуществляющие преобразование (сравнение) нескольких входных логических переменных в одну, являющуюся функцией этих входных логических.

По функциональному назначению:

• датчики, осуществляющие плавное преобразование контролируемой или регулируемой величины в величину другого вида, более удобную для восприятия или воздействия на управляющий орган САУ и АСУ (пример);
• усилители, осуществляющие плавное преобразование входной величины в плавную выходную того же рода энергии таким образом, что малому приращению входной величины соответствует большое приращение выходной;
• стабилизаторы, осуществляющие плавное преобразование входной величины в плавную выходную того же рода таким образом, что большому приращению входной величины соответствует малое приращение выходной.

Рис.1.5.

Это так называемые элементы с (плавной) непрерывной функцией преобразования. В общем случае имеют внешнюю характеристику, представленную на рис.1.6.

Рис.1.6.

Для датчика может быть использован любой участок у = f(х).

Для усиления используется крутой участок зависимости, а для стабилизатора -горизонтальный

Наиболее общей характеристикой является коэффициент преобразования:

статический kпс = у/х, (1)

динамический kпд = D у/D х, (2)

относительный

kпо = (3)

Все эти элементы характеризуют датчик.

Усилители характеризуются коэффициентом усиления, где kу = kп с соответствующим индексом.

Стабилизаторы характеризуются коэффициентом стабилизации ks, который вычисляется по формуле

ks = (4)

реле, осуществляющие преобразование плавно изменяющейся входной величины в скачкообразное изменение выходной величины.

Коэффициент преобразования kп называется коэффициентом управления, причем

kу = (5)

где Р – мощность.

Это элемент с дискретной функцией преобразования. В общем случае имеет внешнюю характеристику, представленную на рис.1.7.

Рис.1.7.

ключи, осуществляющие передачу входной величины на выход с ослаблением или усилением, когда входная величина превышает или становится меньше заданного уровня;

формирователи, осуществляющие формирование импульсов или перепадов требуемой формы, уровня и длительности;

распределители, осуществляющие распределение поступающих на вход импульсов во времени и по направлениям;

логические элементы, осуществляющие формирование управляющего воздействия или извещающего сигнала путем выполнения различных логических операций;

элементы памяти (запоминающие), осуществляющие накопление, хранение и запоминание поступившей информации;

элементы сравнения, осуществляющие сравнение импульсов или перепадов с заданным уровнем.

По виду преобразования сигнала:

• непрерывное в непрерывное, вид характеристики представлен на рис.1.6.;
• непрерывное в дискретное (релейное), вид характеристики представлен на рис.1.7.

На базе характеристик двух видов, рассмотренных выше, можно выделить следующие подгруппы элементов:

• элементы, преобразующие непрерывную величину в непрерывную (датчики, усилители, стабилизаторы);
• элементы, преобразующие дискретную входную величину в дискретную выходную по такой же характеристике, т.е. выполняется условие изменения входной величины скачком, перекрывающим весь диапазон от х = хмин или х = 0 до х = хмб (элементы работают в ключевом режиме диодной и транзисторный ключ). Элементы в режимах (а) и (б) используют плавную функцию преобразования;
• элементы, преобразующие входную непрерывную величину в дискретную выходную, т.е. входная величина может принимать любые значения, а выходная только конкретные (реле);
• элементы, преобразующие дискретную входную величину в дискретную выходную (распределители). Элементы в режимах (в) и (г) используют релейную характеристику.

квантованное преобразование – это процесс представления непрерывной функции некоторым конечным числом ее дискретных значений (квантование). Физический смысл возможности такого преобразования заключается в том, что обычно при передаче непрерывных сообщений датчик, преобразующие и приемные устройства не могут различать соседние значения функций, сколь угодно мало отличающиеся друг от друга. С другой стороны, во всех практических случаях существует приемлемая конечная точность измерения и, следовательно, конечная величина различных значений передаваемой функции.

Квантование функции осуществляется либо по амплитуде (рис.1.8), либо по времени (рис.1.9).

При квантовании по амплитуде функцию х(t) разбивают горизонтальными линиями на равные интервалы D х (рис.1.8), таким образом, что заданное значение функции (х1 при t1) сохраняется до момента, когда оно достигнет нового значения (х2 = х1 + D х при t2). Величина D х называется шагом квантования. При известном шаге квантования число различаемых значений между ее максимумом и минимумом определяется так:

(6)

Квантованную таким образом кривую можно представить в виде последовательности коротких импульсов, модулированных по амплитуде по закону исходной функции.

По принципу действия

В соответствии с Государственной системой промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) в зависимости от принципа действия приборов различают электрическую, пневматическую и гидравлические ветви.