Элементы автоматических систем

Классификация элементов

    Элементы автоматических (мехатронных) систем можно классифицировать по функциональному назначению и физическому принципу действия.

    При рассмотрении данной темы, можно вновь обратиться к типовой схеме автоматической системы регулирования температуры, рассмотренной в предыдущей лекции (рис. 1).

где:

АТ - автотрансформатор

РУ - регулирующее устройство

ИМ - измерительный мост

ЭУ - электронный усилитель

М - электродвигатель

ИП - измерительный прибор

Rз - задающий потенциометр температурного режима

Rт - внутреннее сопротивление электронного термометра (датчик)

Рис. 1. Типовая схема автоматической системы регулирования (температуры)

Функциональное назначение элементов

    Первичные измерительные преобразователи (датчики) —элементы, измеряющие значения регулируемой величины и преобразующие их в эквивалентные значения сигнала, как правило, другой физической природы, более удобной для последующей передачи и использования. Так, первичный измерительный преобразователь температуры, например электронный термометр (в составе термопара, рассмотренная в предыдущей лекции), измеряет значения температуры объекта регулирования и преобразует их в эквивалентные значения термо-ЭДС и в последующем в сопротивление Rт.

    Нормирующие преобразователи—устройства, преобразующие сигнал одной физической природы в эквивалентный унифицированный сигнал другой физической природы.

    Они служит для обеспечения совместной работы в автоматических системах средств регулирования, имеющих различную физическую основу.

 Например, электропневматический преобразователь преобразует электрические сигналы в эквивалентные значения пневматического сигнала.

    Функциональные преобразователи — это преобразователи, которые при поступлении на вход сигнала формируют на выходе изменение сигнала во времени по определенному закону.

    Простейшим примером такого функционального элемента может служить электродвигатель М автоматической системы регулирования. При поступлении на электродвигатель постоянного напряжения (вход элемента) его входной вал (выход -элемента) начинает по линейному закону перемещать движок автотрансформатора AT.

     Усилители значения сигнала и (или) его мощности — это устройства, предназначенные для усиления в случае необходимости поступающих сигналов.

    Например, напряжение и мощность выходного сигнала измерительного моста ИМ автоматической системы недостаточны для непосредственного управления электродвигателем М. В связи с этим в системе; применен электронный усилитель ЭУ, который усиливает выходное напряжение измерительного моста как по абсолютному значению, так и по мощности до уровней, соответствующих номинальным параметрам электродвигателя.-

    Стабилизаторы — элементы, поддерживающие значения того или иного сигнала на определенном уровне и сглаживающие пульсации сигнала.

    Коммутирующие элементы (распределители) — приборы, переключающие в определенной последовательности цепи с выхода какого-либо элемента на входы других элементов.

    Элементы сравнения — элементы, сравнивающие значения двух (или нескольких) сигналов.

Выходной сигнал этих элементов равен разности поступающих на их вход сигналов.

В автоматической системе (функции элемента сравнения выполняет измерительный мост ИМ).

    Задающие элементы — элементы, с помощью которых оператор устанавливает заданное значение регулируемой величины. В автоматической системе задающим элементом служит потенциометр Rз.

    Регулирующие органы — устройства, непосредственно воздействующие на объект регулирования для поддержания заданного значения регулируемой величины или изменения ее по заданному закону.

    В системе функции регулирующего органа выполняет устройство, состоящее из автотрансформатора AT и нагревательного элемента И.

    Исполнительные механизмы — устройства, воздействующие на
регулирующий орган и перемещающие его (или изменяющие его состояние) в сторону ликвидации отклонения регулируемой величины от заданного значения или закона ее изменения. В автоматической системе регулирования функции исполнительного механизма выполняет электродвигатель М вместе с кинематической связью от вала электродвигателя до движка автотрансформатора AT

    Объект регулирования — объект, являющийся составным элементом (составной частью) автоматической системы вообще и автоматической системы регулирования.

    В автоматической системе регулирования, рассмотренной в предыдущей лекции, объектом регулирования в функциональном и физическом смысле является сушильный шкаф.

    Если рассмотреть более сложный объект, например котлоагрегат, в котором регулируются температура в топке, разрежение в топке, давление пара в барабане котла, расход пара и т. п., то для каждой локальной автоматической системы регулирования (температуры, разрежения, давления, расхода и т. д.) в функциональном смысле будет свой объект регулирования.   

Принцип действия элементов на физическом уровне

    По принципу действия элементы можно разделить на:

• электрические, магнитные и радиоволновые,   действующие   на 'принципе использования электромагнитных процессов с частотами ниже 10 в двенадцатой степени Гц;
• оптические, действующие на принципе использования электромагнитных процессов с частотами выше 10 в двенадцатой степени  Гц;
•  механические, использующие механические перемещения твердых тел;
• акустические, использующие механические волновые   процессы и веществе;
• гидравлические, использующие механические свойства жидкостей;         
• пневматические, использующие механические свойства газов;
• комбинированные, например электромеханические, электрогид-
  равлические и т. п.      

    Кроме классификации элементов АСР по функциональному назначению и физическому принципу действия элементы подразделяют на пассивные и активные.

• Пассивными называются элементы, выполняющие свои функции без использования энергии со стороны.
• Элементы,   выполняющие свои функции с использованием энергии от постороннего источника питания, называются активными.

    Примером  пассивного элемента может служить термометр сопротивления Rт в АСР.

    Примерами активных элементов — измерительный мост ИМ (в диагональ моста подводится напряжение питания ,   электронный   усилитель ЭУ (подается напряжение сети Uc) и автотрансформатор AT (подводится напряжение сети Uc)

    Активные элементы в автоматических системах применяются, как правило, в случаях, когда необходимо на выходе получить сигнал большей мощности, чем сигнал, поступающий на вход.

    В пассивных элементах мощность выходного сигнала не может быть больше мощности входного сигнала.