Элементы автоматических систем

Воспринимающие элементы или первичные преобразователи (датчики) измеряют управляемые величины технологических процессов и преобразовывают их из одной физической формы в другую (например, термоэлектрический термометр преобразует разность температур в термоЭДС).

Задающие элементы автоматики (элементы настройки) служат для задания требуемого значения регулируемой величины Хо. Именно этому значению должно соответствовать ее действительное значение. Примеры задающих устройств: механические задатчики, электрические задатчики, например, резисторы с переменным сопротивлением, переменные индуктивности и переключатели.

Сравнивающие элементы автоматики сопоставляют заданное, значение, управляемой величины Х0 с действительным значением X. Получаемый на выходе, сравнивающего элемента сигнал рассогласования Δ Х = Хо — X передается либо через усилитель, либо непосредственно на исполнительный элемент.

Преобразующие элементы осуществляют необходимые преобразования сигнала и его усиление в магнитных, электронных, полупроводниковых и других усилителях, когда мощность сигналов недостаточна для дальнейшего использования.

Исполнительные элементы создают управляющие воздействия на объект управления. Они изменяют количество энергии или вещества, подводимой к объекту управления или отводимой от него, для того чтобы управляемая величина соответствовала заданному значению.

Корректирующие элементы служат для улучшения качества процесса управления.

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности.

Динамическая характеристика используется для оценки работы элемента в динамическом режиме, т. е. при быстрых изменениях входной величины. Ее задают переходной характеристикой, передаточной функцией, частотными характеристиками. Переходная характеристика представляет собой зависимость выходной величины Хвых от времени τ : Хвых = f ( τ ) — при скачкообразном изменении входного сигнала Хвх.

Коэффициент передачи можно определить по статической характеристике элемента. Различают три вида коэффициентов передачи: статический, динамический (дифференциальный) и относительный.

Статический коэффициент передачи K ст представляет собой отношение выходной величины Хвых к входной Хвх, т. е. Кст = Хвых/Хвх. Коэффициент передачи иногда называют коэффициентом преобразования. Применительно к конкретным конструктивным элементам статический коэффициент передачи называют также коэффициентом усиления (в усилителях), коэффициентом редукции (в редукторах), коэффициентом трансформации (в трансформаторах) и т. д.

Для элементов с нелинейной характеристикой используют динамический (дифференциальный) коэффициент передачи Кд, т. е. Кд = Δ Хвых/ Δ Хвх.

Относительный коэффициент передачи Кот равен отношению относительного изменения выходной величины элемента ΔХвых/Хвых. н к относительному изменению входной величины ΔХвх/Хвх. н,

Кот = (ΔХвых/Хвых. н)/ ΔХвх/Хвх. н,

где Хвых. н и Хвх. н — номинальные значения выходной и входной величин. Этот коэффициент является безразмерной величиной и удобен при сравнении элементов, различных по конструкции и принципу действия.

Порог чувствительности — наименьшее значение входной величины, при которой происходит заметное изменение выходной величины. Он вызывается наличием в конструкциях элементов трения без смазывающих материалов, зазоров и люфтов в соединениях.

Особенностью автоматических замкнутых систем, в которых используется принцип управления по отклонению, является наличие обратной связи. Принцип действия обратной связи рассмотрим на примере системы управления температуры электрической нагревательной печи. Чтобы поддерживать температуру в заданных пределах, поступающее на объект управляющее воздействие, т. е. напряжение, подводимое, к нагревательным элементам, формируется с учетом значения температуры.

При помощи первичного преобразователя температуры выход системы соединяется с ее входом. Такое соединение, т. е. канал, информация по которому передается в обратном направлении по сравнению с управляющим воздействием, называют обратной связью.

Обратная связь бывает положительной и отрицательной, жесткой и гибкой, главной и дополнительной.

Если передаваемое воздействие зависит только от значения регулируемого параметра, т. е. не зависит от времени, то такую связь считают жесткой. Жесткая обратная связь действует как в установившемся, так и в переходном режимах. Гибкой обратной связью называют связь, действующую только в переходном режиме. Гибкая обратная связь характеризуется передачей по ней на вход первой или второй производной от изменения управляемой величины по времени. У гибкой обратной связи сигнал на выходе существует только тогда, когда управляемая величина изменяется во времени.

Главная обратная связь соединяет выход системы управления с ее входом, т. е. связывает управляемую величину с задающим устройством. Остальные обратные связи считают дополнительными или местными. Дополнительные обратные связи передают сигнал воздействия с выхода какого-либо звена системы на вход любого предыдущего звена. Они используются для улучшения свойств и характеристик отдельных элементов.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Классификация элементов автоматики

Лекция 3

Элементы автоматики чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т.д.

1) В зависимости от того, как элементы получают энергию, необходимую для преобразования входных сигналов, они делятся на пассивные и активные.

Пассивные элементы автоматики – это элементы, у которых входное воздействие (сигнал х_вх) преобразуется в выходное воздействие (сигнал х_вых) за счёт энергии входного сигнала (например, редуктор).

Активные элементы автоматикидля преобразования входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель).

2) В зависимости от энергии на входе и выходе элементы автоматики подразделяются на:

3) По выполняемым функциям в системах регулирования и управления элементы автоматики подразделяются на:

— вспомогательные элементы и т.д.

Датчики воспринимают поступающую на их вход информацию об управляемой величине объекта управления и преобразуют её в форму, удобную для дальнейшего использования в устройстве автоматического управления. Большинство датчиков преобразует входной неэлектрический сигнал х_вх в выходной электрический сигнал х_вых. В зависимости от вида входного неэлектрического сигнала х_вх выделяют:

— датчики механических величин (датчики перемещения, датчики скорости, датчики ускорения и т.д.);

— датчики тепловых величин (датчики температуры);

— датчики оптических величин (датчики излучения) и т.д.

Часто применяются датчики с двойным преобразованием сигнала, например, входной неэлектрический сигнал х_вх сначала преобразуется в перемещение, а затем перемещение преобразуется в выходной электрический сигнал х_вых.

Так, например, в системе автоматического регулирования высоты полёта самолёта, изменение барометрического давления, возникающее при изменении высоты полёта, преобразуется сначала в механическое перемещение центра анероидной коробки, а затем в напряжение, измеряемое с помощью потенциометра.

Усилители— это элементы автоматики, которые осуществляют количественное преобразование, усиление мощности входного сигнала х_вх. В некоторых случаях одновременно с количественным преобразованием, усилители осуществляют и качественное преобразование (например, преобразование постоянного тока в переменный, в пневматических и гидравлических усилителях осуществляется преобразование перемещения в изменение давления).

В зависимости от вида энергии, получаемой усилителем, последние делятся на:

Наибольшее распространение получили электрические усилители, имеющие высокую чувствительность, большой коэффициент усиления и удобные в эксплуатации.

Исполнительные устройства относятся к элементам автоматики, создающим управляющие воздействия на объект управления. Они изменяют состояние или положение регулирующего органа объекта таким образом, чтобы регулируемый параметр соответствовал заданному значению. К исполнительным устройствам, создающим управляющее воздействие в виде силы или вращающего момента, относятся силовые электромагниты, электромагнитные муфты, двигатели.

Двигатели в зависимости от вида применяемой для работы энергии могут быть:

В качестве исполнительных устройств, изменяющих состояние регулирующего органа, могут использоваться усилители или реле.

Реле – это элементы автоматики, у которых изменение выходного сигнала (х_вых) происходит дискретно (т.е. скачкообразно) при достижении входным сигналом (х_вх) определённого значения, вызывающего срабатывание реле.

Это значение входного сигнала называется уровнем срабатывания реле.

Мощность входного сигнала (х_вх), вызывающего срабатывание реле, значительно меньше мощности, которой реле может управлять. Поэтому реле используется и как усилительный, и как исполнительный элемент.

Реле часто используются и как автоматически управляемые коммутаторы сигналов в многоканальных системах сбора и передачи данных, в которых обрабатывается информация от десятков, сотен и даже тысяч датчиков. Они применяются также в системах контроля, сигнализации, блокировки и защиты.

Вычислительные элементы в устройствах автоматического управления осуществляют математические преобразования с поступающими на их вход сигналами. Эти операции осуществляются с целью обеспечения заданного алгоритма работы системы.

В простейшем случае вычислительные элементы выполняют отдельные математические операции, такие как алгебраическое суммирование, дифференцирование, интегрирование, логическое сложение, логическое умножение и т.д.

В замкнутых САУ необходимо осуществлять суммирование сигнала датчика и сигнала обратной связи. В корректирующих устройствах используется дифференцирование и интегрирование сигналов. Для выполнения этих операций главным образом используются вычислительные элементы аналогового типа.

В более сложных случаях в качестве вычислительного элемента может использоваться микропроцессор, специализированные и унифицированные ЭВМ цифрового и аналогового типов или комплекс этих машин. Такие задачи автоматического управления, как оптимизация, создание адаптивных (приспосабливающихся) САУ, использование алгоритмов управления, основанных на вероятностных и статистических методах обработки сигналов, невозможно осуществить без применения ЭВМ.

Согласующие и вспомогательные элементы включаются в устройство автоматического управления для улучшения его параметров, расширения функциональных возможностей основных элементов и т.д.

В качестве согласующих элементов часто используют трансформаторы, редукторы, позволяющие согласовать параметры исполнительного элемента с параметрами объекта управления.

В системах автоматического управления, в которых качестве вычислительного элемента используется микропроцессор или ЭВМ, часто возникает необходимость согласования ЭВМ с датчиками информации и исполнительными элементами аналогового типа, широко применяемыми в автоматике. Для этой цели на входе ЭВМ устанавливаются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Аналого-цифровые преобразователи преобразуют механический сигнал (перемещения, скорости и т.д.) или электрический сигнал (напряжения, силы тока, сопротивления и т.д.), получаемый от аналоговых датчиков, в дискретный кодовый сигнал, способный восприниматься ЭВМ.

Управляющее воздействие в таких системах получают в дискретной форме как результат обработки в ЭВМ поступившей информации.

Если в устройстве автоматического управления в качестве исполнительного элемента используются электродвигатели постоянного или переменного тока, электромагнитные муфты, усилители мощности постоянного или переменного тока и т.д., то возникает потребность обратного преобразования дискретного сигнала ЭВМ в аналоговый сигнал, воспринимаемый исполнительным элементом.

Эта задача решается с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Они преобразуют кодовый сигнал, полученный от ЭВМ, в перемещение, напряжение, ток, частоту и т.д.

Вспомогательные элементы автоматики – это стабилизаторы напряжения или тока, коммутаторы и распределители, генераторы напряжения специальной формы («пила»), формирователи импульсов, индикаторные и регистрирующие приборы, сигнальные и защитные устройства.

Эти элементы автоматики, не являясь принципиально необходимыми для работы устройства автоматического управления, в то же время позволяют увеличить точность и стабильность его работы, облегчают наладку и эксплуатацию, расширяют возможности использования этого устройства при создании САУ.

Источник

Базовые элементы автоматики

Любое автоматическое устройство состоит из связанных между собой элементов, задачей которых является качественное или количественное преобразование полученного ими сигнала.

Элемент автоматики — это часть устройства автоматической системы управления, в которой происходят качественные или количественные преобразования физических величин. Помимо преобразования физических величин элемент автоматики служит для передачи сигнала от предыдущего элемента к последующему.

Элементы, входящие в автоматические системы, выполняют различные функции и в зависимости от функционального назначения подразделяются на воспринимающие, преобразующие, исполнительные, задающие и корректирующие органы (элементы), а также на элементы сложения и вычитания сигналов.

Воспринимающие органы (чувствительные элементы) предназначаются для измерения и преобразования контролируемой или управляемой величины объекта управления в сигнал, удобный для передачи и дальнейшей обработки.

Примеры: датчики для измерения температуры (термопары, терморезисторы), влажности, частоты вращения, силы и т. д.

Усилительные органы (элементы), усилители — устройства, которые, не изменяя физической природы сигнала, производят лишь усиление, т.е. увеличение его до требуемого значения. В автоматических системах применяются механические, гидравлические, электронные, магнитные, электромеханические (электромагнитные реле, магнитные пускатели), электромашинные усилители и т. и.

Преобразующие органы (элементы) преобразуют сигналы одной физической природы в сигналы другой физической природы для удобства дальнейшей передачи и обработки.

Примеры: преобразователи неэлектрических величин в электрические.

Исполнительные органы (элементы) предназначаются для изменения значения управляющего воздействия на объекте управления, если объект представляет собой единое целое с управляющим органом, либо для изменения входных величин (координаты) регулирующего органа, который также следует рассматривать как элемент автоматичсеких систем. По принципу работы и конструкции исполнительные и регулирующие элементы многообразны.

Примеры: нагревательные элементы в системах управления температурой, вентили и клапаны с электрическим приводом в системах регулирования расхода жидкости и газа и т. д.

Задающие органы (элементы) предназначены для задания требуемого значения управляемой величины.

Корректирующие органы (элементы) служат для коррекции автоматических систем с целью улучшения их работы.

В зависимости от функций, выполняемых элементами автоматики, их можно разделить на датчики, усилители, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели и др.

Датчик (измерительный орган, чувствительный элемент) — элемент, преобразующий одну физическую величину в другую, более удобную для использования в автоматическом устройстве.

Параметрическими называют такие датчики, которые преобразуют измеряемую величину в параметр электрической цепи — ток, напряжение, сопротивление и т. д.

Например, температурный контактный датчик преобразует изменение температуры в изменение сопротивления электрической цепи от минимального при замкнутых до бесконечно большого при разомкнутых контактах. Таким элементом является датчик температуры, устанавливаемый в бытовых утюгах.

Рис. 1. Схема регулирования температуры нагрева термоконтактом

В холодном утюге термоконтакт, чувствительный к изменению температуры замкнут, и при включении утюга в сеть через нагревательный элемент проходит ток, нагревающий его. При достижении подошвой утюга температуры срабатывания контакта он размыкается и отключает нагревательный элемент от сети.

Генераторным называют такой датчик, который преобразует измеряемую величину в эдс, например термопара, применяемая совместно с вольтметром для измерения температуры. Эдс на концах такой термопары пропорциональна разности температур холодного и нагретого спая.

Рис. 2. Устройство термопары

Устройство и принцип действия термопары. Рабочим органом термопары является чувствительный элемент, состоящий из двух разнородных термоэлектродов 9, сваренных между собой на конце 11, который составляет горячий спай. Термоэлектроды изолированы по всей длине с помощью изоляторов 1 и помещены в защитную арматуру 10. Свободные концы элемента подключены к контактам термопары 7, расположенным в головке 4, которая закрывается крышкой 6, имеющей прокладку 5. Положительный термоэлектрод подключают к контакту со знаком » + «.

Герметизация вводов термоэлектродов 9 осуществляется с помощью эпоксидного компаунда 8. Рабочий конец термопары изолируют от защитной арматуры керамическим наконечником, который в некоторых конструкциях для уменьшения тепловой инерционности, может отсутствовать. Термопары могут иметь штуцер 2 для крепления по месту и штуцер 3 для ввода соединительных проводов измерительных приборов.

Подробнее про классификацию, устройство и принцип действия термопар читайте в этой статье: Термоэлектрические преобразователи

Отличия параметрических датчиков от генераторных

В параметрических датчиках под воздействием входного сигнала изменяется какой-либо параметр датчика (сопротивление, емкость, индуктивность) и соответственно его выходной сигнал. Для их работы требуется внешний источник энергии. Генераторные датчики под действием входного сигнала генерируют эдс и не требуют дополнительного источника энергии.

Другие элементы автоматики

Усилитель — элемент, в котором входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу, но преобразуются в количественном отношении. Эффект усиления получается в результате использования энергии источника питания. В электрических усилителях различают коэффициент усиления по напряжению ku = U вых/ U вх, коэффициент усиления по току ki = I вых /I вх и коэффициент усиления по мощности k p = k u ki.

Усилителем может служить любой электромашинный генератор. Небольшое изменение возбуждения приводит в нем к значительному изменению выходного сигнала — тока или напряжения нагрузки. Источником энергии служит двигатель, приводящий генератор во вращение.

Примеры усилителей, ранее активно использовавшихся в электроприводе: электромашинные усилители, магнитные усилители. В настоящее время для этих целей активно используются усилители и преобразователи на тиристорах и транзисторах с большой частотой коммутации.

Стабилизатор — элемент автоматики, обеспечивающий практически неизменное значение выходной величины при изменении входной величины в заданных пределах. Основной характеристикой стабилизатора является коэффициент стабилизации, показывающий, во сколько раз относительное изменение входной величины больше относительного изменения выходной величины. В электротехнических устройствах используют стабилизаторы тока и напряжения.

Реле — элемент, в котором при достижении определенной входной величины выходная величина изменяется скачком. Реле прнменяют для фиксации определенных значений входной величины, усиления сигнала, одновременной передачи сигнала в несколько электрически не связанных цепей. Наиболее распространены различные конструкции электромагнитных реле управления.

Распределитель — элемент автоматики, обеспечивающий поочередную коммутацию цепей для передачи сигнала. Распределение чаще всего используют в электрических цепях. Примером распределителя служит шаговый искатель.

Двигатель — механизм, преобразующий энергию какого-нибудь вида в механическую. Наиболее часто в устройствах автоматики используют электрические двигатели, но применяют и пневматические. В автоматике самыми распространенными устройствами такого типа являются шаговые двигатели.

Передатчик — устройство, предназначенное для преобразования одной величины в другую, удобную для передачи по каналу связи. Помимо основной функции передатчик обычно осуществляет кодирование преобразованной величины, позволяющее рационально использовать каналы связи и уменьшить влияние помех на передаваемый сигнал.

Приемник — устройство, преобразующее сигнал, полученный но каналу связи, в величину, удобную для восприятия элементами системы автоматики. Если при передаче сигнал кодируют, в приемник входит декодирующее устройство. Приемники и передатчики активно используются в системах телеуправления и телесигнализации.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Функции и параметры элементов автоматики

Элементом автоматики называется часть устройства автоматической системы, в которой происходят качественные или количественные преобразования физической величины. Поскольку элементы отдельного устройства взаимосвязаны между собой, то вто­рой задачей элементов автоматики является передача преобразованного воздействия от предыдущего звена к последующему.

Рис. 7. Общее обозначение эле­мента автоматики: а — без дополнительного источника энергии; б — с дополнительным источ­ником энергии.

В общем виде любой элемент авто­матики можно представить как пре­образователь энергии, на вход кото­рого подается некоторая величина х, а с выхода снимается величина у (рис. 7). В связи с этим величину х называют входным, а величину у — выходным сигналом элемента автоматики. В одних элементах величина х преобразуется в величину у за счет энергии входного сигнала х (рис. 7, а), а в других для этого необходим дополнительный источник энергии 2 (рис. 7, б).

К основным, получившим наибольшее распространение, элемен­там автоматики следует отнести в первую очередь датчики, усили­тели, стабилизаторы, реле, распределители, двигатели, исполнитель­ные механизмы, регулирующие органы, логические и функциональ­ные элементы.

Датчиком называется устройство, преобразующее контро­лируемую или управляемую величину в выходной сигнал, удобный для передачи и дальнейшей обработки. Выходной сигнал электриче­ского датчика может представлять собой электрическую величину (ток, электродвижущая сила) или параметр электрической цепи (активное, индуктивное, емкостное сопротивление).

По структуре датчики состоят из одного или нескольких элемен­тарных преобразователей, в которых происходит преобразование одной физической величины в другую или количественное изме­нение одной и той же физической величины. Важнейшим из элемен­тарных преобразователей является первый, воспринимающий конт­ролируемую величину. Его называют воспринимающим органомили чувствительным элементом, а иногда измерительным органом.

Усилитель — это устройст­во, которое, не изменяя физической природы входного сигнала, произво­дит лишь усиление, то есть увели­чение его до требуемых значений.

Стабилизатором назы­вается устройство, которое автома­тически поддерживает постоянным значение выходной величины у неза­висимо от изменений в определен­ных пределах входной величины х. Различные виды характеристик стабилизаторов показаны на рисунке 8. Чем ближе участок характеристики, соответствующий определенному диа­пазону изменений входной величины х, к гори­зонтальной прямой, тем точнее и лучше ста­билизация. В устройствах автоматики широко используют стабилизаторы постоянных и пере­менных напряжений и токов. Существуют также стабилизаторы давления, магнитного по­тока и других параметров.

Рис. 8. Статическая характеристика стабилизатора.

Рис. 9. Статическая характеристика реле.

Реле представляет собой устройство, в котором при достижении определенного значе­ния входной величины х выходная величина у изменяется скачкообразно и до некоторого постоянного значения. Так, в диапазоне изменения входной величины х от 0 до х_с (рис. 9) выходная величина у равна нулю. При х = х_с происходит срабаты­вание реле, выходная величина у скачком изменяется от 0 до у₁ и остается практически неизменной, несмотря на дальнейшее уве­личение х. В исходное положение реле возвращается при х = х_в, и выходная величина у скачком уменьшается до нуля.

Распределитель — это коммутационное устройство, ко­торое последовательно во времени и в заданном порядке подключает одну электрическую цепь к ряду других цепей (или наоборот). Рас­пределители применяются в основном в устройствах шифрации и дешифрации различных команд управления и сигналов информации при передаче их на расстояние.

Двигателем называется устройство, в котором энергия того или иного вида преобразуется в механическую.

В автоматике и телемеханике используются электрические, гид­равлические и пневматические двигатели небольшой мощности. В автоматических системах двигатели часто являются составной частью исполнительных механизмов и позволяют в широком диапа­зоне регулировать скорость или изменять направление вращения, а также перемещать регулирующие органы.

Регулирующий орган— это устройство, осуществляю­щее непосредственное управляющее воздействие на объект управле­ния. В качестве регулирующих органов используются различные вентили, золотники, дроссели, реостаты, заслонки, дозаторы и т. д. Исполнительный механизм — сервомотор, серво­двигатель, сервопривод — объединяет двигатель, регулирующий ор­ган и вспомогательные элементы.

Логическими и функциональными элементами называются устройства, осуществляющие определенные логические операции и функциональные зависимости между входными и выход­ными величинами. Эти элементы обычно используют в схемах вычи­слительных машин, а также применяют в дискретных схемах авто­матического контроля, защиты и управления. С их помощью выпол­няется в основном бесконтактное преобразование измеряемых сигналов в вид, удобный для передачи и использования в других элементах.

Рис. 10. Статическая характе­ристика элемента автоматики.

Элементам автоматики независимо от их назначения присущ ряд общих пара­метров: характеристики в статическом и динамическом режимах, передаточный коэффициент (чувствительность, коэф­фициент усиления, коэффициент стаби­лизации), погрешность, порог чувстви­тельности.

Для каждого элемента автоматики в установившемся режиме существует определенная зависимость у=f(x) ме­жду входным сигналом х и выходным у, называемая статической ха­рактеристикой элемента (рис. 10). Такие характери­стики рассматривают при неизменных во времени величинах х и у, то есть в статическом режиме.

Статические характеристики (рис. 11) элементов автоматики по виду можно разделить на три группы: линейная (а), у которой дина­мический передаточный коэффициент положителен для всех значе­ний х, нелинейная непрерывная (б) и нелинейная разрывная (в)

В зависимости от вида статической характеристики элементы автоматики делят на однотактные и двухтактные (реверсивные). У двухтактных элементов знак выходной величины изменяется на обратный при изменении знака входной величины (рис. 12).

Условия работы элемента автоматики, когда его входная вели­чина х и выходная величина у являются не установившимися, а изменяются во времени, называют динамическим режимом.

Поскольку элементы автоматики, как правило, обладают опре­деленной инерционностью, выходная величина изменяется в дина­мическом режиме с некоторым запаздыванием по отношению к изме­нению входной величины. Инерционные свойства элементов опре­деляют работу систем автоматики в динамическом режиме и имеют решающее значение при анализе качественной и количественной сторон работы устройств автоматики. После скачкообразного изменения входной величи­ны (рис. 13, а) выходная величина дости­гает своего установившегося значения не сразу, а через некоторое время t_Y, в течение которого в элементе происходит переходный процесс. Как известно, переходный процесс может быть затухающим апериодическим (рис. 13, б) или затухающим колебательным (рис. 13, в).

Рис. 11. Разновидности статических характеристик элементов автома­тики:

а — линейная k_c=k_д = const; б — нелинейная непрерывная k_c ≠ k_д ≠ const; е — нелинейная разрывная k_c ≠ k_д ≠ const.

Передаточный коэффициент элемента представляет собой отношение вы­ходной величины у к входной х или отно­шение приращения Δу к приращению Δх. В первом случае речь идет о статическом передаточном коэффициенте

(8)

а во втором — о динамическом

(9)

Когда статическая характеристика элемента автоматики линейна, эти коэффициенты постоянны и равны между собой при всех значе­ниях х и у. Численные значения их при одинаковых масштабах по осям х и у равняются тангенсу угла наклона характеристики: k_с = = tgα и k_Д = tgβ (см. рис. 10). Единица измерения передаточного коэффициента определяется отношением единиц измерения входной и выходной величин. Например, для усилителя и стабилизатора он будет безразмерным, а для индуктивного датчика перемещения — размерным (В/м), поскольку единица измерения входной величины — метр, а выходной —- вольт. В тех случаях, когда более удобен без­размерный коэффициент, обращаются к относительному передаточ­ному коэффициенту:

(10)

где х_н и у_н — номинальные значения входной и выходной величин элемента.

Знак передаточного коэффициента может быть положительным или отрицательным в зависимости от вида статической характери­стики элемента (см. рис. 11).

Рис. 12. Порог чувстви­тельности:

Х₁ и X₂ — значения порога чувствительности; ΔX=|X₁|+|X₂|— зона нечувствитель­ности.

Рис. 13. Графики переходного процесса в элементе автоматики:

_а — скачкообразное изменение входной величины; б — апериодический пе­реходный процесс; в = колебательный переходный процесс.

Применительно к датчикам и некоторым другим элементам ста­тические и динамические передаточные коэффициенты называют статическими и динамическими коэффициентами чувствительности, а применительно к усилителям — коэффициентами усиления.

Для стабилизаторов принимают во внимание обычно относи­тельный коэффициент стабилизации, который представляет собой отношение относительного изменения входной величины к относи­тельному изменению выходной, то есть является обратной величиной относительного передаточного коэффициента:

(11)

Погрешностью называется отклонение выходной вели­чины от ее расчетного номинального значения вследствие изменения внутренних свойств элемента (износ, старение) и внешних условий (изменение напряжения питания, температуры или влажности окру­жающей среды и т. п.). При оценке элементов автоматики, как и в из­мерительной технике, используют абсолютнуюи относительную по­грешности.

В зависимости от причин, вызывающих погрешности, различают температурные, конструктивные, погрешности от колебания напря­жения и др.

Разность между значениями выходной величины в динамическом и в новом установившемся режимах называется динамической по­грешностью.

В одних устройствах автоматики при небольшом изменении вход­ной величины выходная остается неизменной. Это явление объяс­няется наличием в отдельных узлах элементов трения, свободного хода (люфта), гистерезиса и т. п. Количественная сторона этого явления оценивается порогом чувствительности, под которым пони­мают наименьшее значение входной величины, способное вызвать изменение выходной величины (см. рис. 12).

В других устройствах автоматики при постоянстве входной ве­личины возникают самопроизвольные изменения выходной. Это объясняется внешними влияниями (изменение условий окружающей среды) и внутренними причинами (например, старение элементов). Нестабильность выходной величины при постоянстве входной приме­нительно к области назначения элемента автоматики называют по-разному: помехи, шумы, плавание нуля, дрейф коэффициента уси­ления и т. п.

Источник