Elemente automatischer Systeme

Jedes automatische System besteht aus separaten Strukturelementen, die miteinander verbunden sind und bestimmte Funktionen ausführen, die üblicherweise als Elemente oder Automatisierungsmittel bezeichnet werden. Aus der Sicht der funktionalen Aufgaben, die von den Elementen im System ausgeführt werden, können sie in Wahrnehmung unterteilt werden , setzen , vergleichen , transformieren , ausführend und korrigierend .

Sensorelemente oder Primärwandler (Sensoren) messen die kontrollierten Größen technologischer Prozesse und wandeln sie von einer physikalischen Form in eine andere um (z. B. thermoelektrisches Thermometer wandelt die Temperaturdifferenz in thermoEMF um).

Einstellelemente der Automatisierung (Einstellelemente) dienen der Einstellung des gewünschten Wertes der Regelgröße Xo. Sein tatsächlicher Wert muss mit diesem Wert übereinstimmen. Beispiele für Aktoren: mechanische Aktoren, elektrische Aktoren wie Widerstände mit variablem Widerstand, variable Induktoren und Schalter.

Komparatoren für die Automatisierung vergleichen den voreingestellten Wert der Regelgröße X0 mit dem Istwert X. Das am Ausgang des Komparators empfangene Fehlersignal ΔX = Xo — X wird entweder über den Verstärker oder direkt an den Antrieb übertragen.

Transformationselemente führen die notwendige Signalumwandlung und -verstärkung in magnetischen, elektronischen, Halbleiter- und anderen Verstärkern durch, wenn die Signalleistung für die weitere Verwendung nicht ausreicht.

Ausführende Elemente erzeugen Kontrollaktionen auf dem Kontrollobjekt. Sie verändern die Menge an Energie oder Materie, die dem gesteuerten Objekt zugeführt oder von ihm entfernt wird, sodass der gesteuerte Wert einem bestimmten Wert entspricht.

Korrekturelemente dienen der Verbesserung der Qualität des Managementprozesses.

Neben den Hauptelementen in automatischen Systemen gibt es auch Nebenelemente, zu denen Schaltgeräte und Schutzelemente, Widerstände, Kondensatoren und Signalgeräte gehören.

Alles Automatisierungselemente Unabhängig von ihrem Zweck verfügen sie über bestimmte Merkmale und Parameter, die ihre betrieblichen und technologischen Eigenschaften bestimmen.

Das wichtigste der Hauptmerkmale ist ein statisches Merkmal eines Elements... Es stellt die Abhängigkeit des Ausgangswerts Хвх vom Eingang Хвх im stationären Modus dar, d.h. Xout = f(Xin). Abhängig vom Einfluss des Vorzeichens der Eingangsgröße können irreversible (wenn das Vorzeichen der Ausgangsgröße über den gesamten Variationsbereich konstant bleibt) und reversible statische Eigenschaften (wenn eine Änderung des Vorzeichens der Eingangsgröße zu einer Änderung der führt) auftreten Vorzeichen der Ausbringungsmenge) unterschieden.

Eine dynamische Eigenschaft wird verwendet, um die Leistung eines Elements in einem dynamischen Modus zu bewerten, d. h. bei schnellen Änderungen des Eingangswertes. Sie wird durch das Einschwingverhalten, die Übertragungsfunktion und den Frequenzgang bestimmt. Das Einschwingverhalten ist die Abhängigkeit des Ausgangswerts Xout von der Zeit τ: Xvx = f (τ) – mit einer sprunghaften Änderung des Eingangssignals Xvx.

Aus den statischen Eigenschaften des Elements kann ein Übertragungsfaktor ermittelt werden. Es gibt drei Arten von Übertragungsfaktoren: statisch, dynamisch (differentiell) und relativ.

Die statische Verstärkung Kst ist das Verhältnis des Ausgangswerts Xout zum Eingangswert Xin, d. h. Kst = Xout / Xvx. Der Übertragungsfaktor wird manchmal auch als Umrechnungsfaktor bezeichnet. Bezogen auf bestimmte Bauelemente wird das statische Übersetzungsverhältnis auch Verstärkung (bei Verstärkern), Untersetzung (bei Getrieben) genannt. Transformationsfaktor (in Transformatoren) usw.

Für Elemente mit nichtlinearer Charakteristik wird ein dynamischer (differentieller) Übertragungskoeffizient Kd verwendet, d. h. Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Der relative Übertragungskoeffizient Cat ist gleich dem Verhältnis der relativen Änderung des Ausgangswerts des Elements ΔXout / Xout.n zur relativen Änderung der Eingangsgröße ΔXx / Xx.n.

Katze = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

wobei Xvih.n und Xvx.n Nominalwerte der Ausgangs- und Eingangsgrößen sind. Dieser Koeffizient ist ein dimensionsloser Wert und eignet sich beim Vergleich von Elementen, die sich in Design und Funktionsprinzip unterscheiden.

Empfindlichkeitsschwelle – der kleinste Wert der Eingangsgröße, bei dem eine merkliche Änderung der Ausgangsgröße auftritt.Es wird durch das Vorhandensein von Reibungselementen in Strukturen ohne Schmiermittel, Lücken und Spiel in den Verbindungen verursacht.

Ein charakteristisches Merkmal automatischer geschlossener Systeme, bei denen das Prinzip der Steuerung durch Abweichung angewendet wird, ist das Vorhandensein von Rückmeldungen. Schauen wir uns das Prinzip der Rückkopplung am Beispiel einer Temperaturregelung für einen Elektroheizofen an. Um die Temperatur innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu halten, müssen die in die Anlage gelangenden Kontrollmaßnahmen, d. h. Die den Heizelementen zugeführte Spannung wird unter Berücksichtigung des Temperaturwerts gebildet.

Mithilfe eines primären Temperaturwandlers wird der Ausgang des Systems mit seinem Eingang verbunden. Eine solche Verbindung, also ein Kanal, über den Informationen in entgegengesetzter Richtung zur Steuerwirkung übertragen werden, wird als Rückkopplungsverbindung bezeichnet.

Feedback kann positiv und negativ, starr und flexibel, grundlegend und zusätzlich sein.

Eine positive Feedback-Beziehung liegt dann vor, wenn die Anzeichen von Feedback und der Einfluss des Referenten übereinstimmen. Andernfalls wird die Rückmeldung als negativ bezeichnet.

Flexible Rückkopplungskreise: a, b, c – Differenzierung, d und e – Integration
Schema des einfachsten automatischen Steuersystems: 1 – Steuerobjekt, 2 – Hauptrückkopplungsverbindung, 3 – Vergleichselement, 4 – Verstärker, 5 – Aktuator, 6 – Rückkopplungselement, 7 – Korrekturelement.

Wenn die übertragene Aktion nur vom Wert des gesteuerten Parameters abhängt, also nicht von der Zeit abhängt, gilt eine solche Verbindung als starr. Hartes Feedback funktioniert sowohl im stationären als auch im transienten Zustand.Ein flexibler Loopback bezieht sich auf eine Verbindung, die nur im Übergangsmodus arbeitet. Die flexible Rückkopplung zeichnet sich durch die Übertragung der ersten oder zweiten Ableitung der zeitlichen Änderung der Regelgröße auf den Eingang aus. Bei der flexiblen Rückkopplung liegt das Ausgangssignal nur dann vor, wenn sich die Regelgröße im Laufe der Zeit ändert.

Die grundlegende Rückmeldung verbindet den Ausgang des Steuersystems mit seinem Eingang, d. h. es verbindet den Regelwert mit dem Hauptwert. Der Rest der Bewertungen gilt als ergänzend oder lokal. Zusätzliche Rückmeldungen übertragen ein Aktionssignal vom Ausgang jedes Links im System zum Eingang jedes vorherigen Links. Sie dienen dazu, die Eigenschaften und Eigenschaften einzelner Elemente zu verbessern.