Các phần tử của hệ thống tự động

Bất kỳ hệ thống tự động nào cũng bao gồm các phần tử cấu trúc riêng biệt, được kết nối với nhau và thực hiện các chức năng nhất định, thường được gọi là các phần tử hoặc phương tiện tự động hóa... Từ quan điểm về các nhiệm vụ chức năng do các phần tử trong hệ thống thực hiện, chúng có thể được chia thành nhận thức , thiết lập , so sánh , chuyển đổi , điều hành và khắc phục .

Các phần tử cảm biến hoặc bộ chuyển đổi chính (cảm biến) đo lượng được kiểm soát của các quy trình công nghệ và chuyển đổi chúng từ dạng vật chất này sang dạng vật chất khác (ví dụ: nhiệt kế nhiệt điện chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ thành ThermoEMF).

Các phần tử cài đặt của tự động hóa (các phần tử cài đặt) phục vụ để đặt giá trị cần thiết của biến điều khiển Xo. Giá trị thực tế của nó phải phù hợp với giá trị này. Ví dụ về thiết bị truyền động: thiết bị truyền động cơ khí, thiết bị truyền động điện như điện trở biến thiên, cuộn cảm biến thiên và công tắc.

Bộ so sánh để tự động hóa so sánh giá trị đặt trước của giá trị được kiểm soát X0 với giá trị thực tế X. Tín hiệu lỗi nhận được ở đầu ra của bộ so sánh ΔX = Xo — X được truyền qua bộ khuếch đại hoặc trực tiếp đến biến tần.

Các phần tử biến đổi thực hiện chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu cần thiết trong các bộ khuếch đại từ tính, điện tử, bán dẫn và các bộ khuếch đại khác khi công suất tín hiệu không đủ để sử dụng tiếp.

Các phần tử điều hành tạo ra các hành động điều khiển trên đối tượng điều khiển. Chúng thay đổi lượng năng lượng hoặc vật chất được cung cấp hoặc loại bỏ khỏi đối tượng được kiểm soát sao cho giá trị được kiểm soát tương ứng với một giá trị nhất định.

Các yếu tố khắc phục nhằm nâng cao chất lượng của quá trình quản lý.

Ngoài các yếu tố chính trong hệ thống tự động, còn có các công ty con, bao gồm các thiết bị chuyển mạch và các yếu tố bảo vệ, điện trở, tụ điện và thiết bị báo hiệu.

Mọi thứ yếu tố tự động hóa bất kể mục đích của chúng là gì, chúng có một bộ đặc điểm và thông số nhất định xác định đặc điểm hoạt động và công nghệ của chúng.

Đặc điểm chính của các đặc điểm chính là đặc tính tĩnh của một phần tử... Nó thể hiện sự phụ thuộc của giá trị đầu ra Хвх vào giá trị đầu vào Хвх ở chế độ đứng yên, tức là. Xout = f(Xin). Tùy thuộc vào ảnh hưởng của dấu của đại lượng đầu vào, không thể đảo ngược (khi dấu của đại lượng đầu ra không đổi trong phạm vi biến thiên) và các đặc tính tĩnh có thể đảo ngược (khi thay đổi dấu của đại lượng đầu vào dẫn đến thay đổi trong dấu hiệu của đại lượng đầu ra) được phân biệt.

Một đặc tính động được sử dụng để đánh giá hiệu suất của một phần tử ở chế độ động, tức là với những thay đổi nhanh chóng trong giá trị đầu vào. Nó được thiết lập bởi đáp ứng nhất thời, hàm truyền, đáp ứng tần số. Đáp ứng nhất thời là sự phụ thuộc của giá trị đầu ra Xout vào thời gian τ: Xvx = f (τ) — với sự thay đổi giống như bước nhảy của tín hiệu đầu vào Xvx.

Một hệ số truyền có thể được xác định từ các đặc tính tĩnh của phần tử. Có ba loại hệ số truyền dẫn: tĩnh, động (vi sai) và tương đối.

Độ lợi tĩnh Kst là tỷ lệ giữa giá trị đầu ra X và đầu vào Xin, nghĩa là Kst = Xout / Xvx. Hệ số chuyển đổi đôi khi được gọi là hệ số chuyển đổi. Liên quan đến các yếu tố cấu trúc cụ thể, tỷ số truyền tĩnh còn được gọi là hệ số khuếch đại (trong bộ khuếch đại), tỷ số giảm (trong hộp số), hệ số biến đổi (trong máy biến áp) vân vân.

Đối với các phần tử có đặc tính phi tuyến tính, hệ số truyền động (vi sai) Kd được sử dụng, tức là Kd = ΔХвх /ΔXvx.

Hệ số truyền tương đối Cat bằng tỷ lệ giữa thay đổi tương đối trong giá trị đầu ra của phần tử ΔXout / Xout.n với thay đổi tương đối của đại lượng đầu vào ΔXx / Xx.n,

Cat = (ΔXout / Xout.n) /ΔXvx / Xvx.n,

trong đó Xvih.n và Xvx.n—giá trị danh nghĩa của số lượng đầu ra và đầu vào. Hệ số này là một giá trị không thứ nguyên và thuận tiện khi so sánh các yếu tố khác nhau về thiết kế và nguyên tắc hoạt động.

Ngưỡng độ nhạy — giá trị nhỏ nhất của đại lượng đầu vào mà tại đó có sự thay đổi đáng chú ý ở đại lượng đầu ra.Nó được gây ra bởi sự hiện diện của các yếu tố ma sát trong các cấu trúc không có chất bôi trơn, khoảng trống và phản ứng dữ dội trong khớp.

Một tính năng đặc trưng của các hệ thống đóng tự động, trong đó nguyên tắc điều khiển bằng độ lệch được sử dụng, là sự hiện diện của phản hồi. Hãy xem xét nguyên tắc phản hồi bằng cách sử dụng ví dụ về hệ thống kiểm soát nhiệt độ cho lò sưởi điện. Để duy trì nhiệt độ trong giới hạn quy định, hành động kiểm soát vào cơ sở, tức là. điện áp cung cấp cho các bộ phận làm nóng được hình thành có tính đến giá trị nhiệt độ.

Sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt độ chính, đầu ra của hệ thống được kết nối với đầu vào của nó. Một liên kết như vậy, tức là một kênh mà thông tin được truyền theo hướng ngược lại so với hành động điều khiển, được gọi là liên kết phản hồi.

Phản hồi nó có thể tích cực và tiêu cực, cứng nhắc và linh hoạt, cơ bản và bổ sung.

Một mối quan hệ phản hồi tích cực được viện dẫn khi các dấu hiệu của phản hồi và ảnh hưởng tham chiếu khớp với nhau. Mặt khác, thông tin phản hồi được gọi là tiêu cực.

Mạch phản hồi linh hoạt: a, b, c — phân biệt, d và e — tích hợp
Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động đơn giản nhất: 1 — đối tượng điều khiển, 2 — liên kết phản hồi chính, 3 — phần tử so sánh, 4 — bộ khuếch đại, 5 — bộ truyền động, 6 — phần tử phản hồi, 7 — phần tử hiệu chỉnh.

Nếu hành động được truyền chỉ phụ thuộc vào giá trị của tham số được kiểm soát, tức là nó không phụ thuộc vào thời gian, thì kết nối như vậy được coi là cứng nhắc. Phản hồi cứng hoạt động ở cả trạng thái ổn định và nhất thời.Vòng lặp linh hoạt đề cập đến một liên kết chỉ hoạt động ở chế độ nhất thời. Phản hồi linh hoạt được đặc trưng bởi sự truyền dọc theo nó đến đầu vào của đạo hàm bậc nhất hoặc bậc hai của sự thay đổi trong biến điều khiển theo thời gian. Trong phản hồi linh hoạt, tín hiệu đầu ra chỉ tồn tại khi biến điều khiển thay đổi theo thời gian.

Phản hồi cơ bản kết nối đầu ra của hệ thống điều khiển với đầu vào của nó, tức là nó kết nối giá trị được điều khiển với giá trị chính. Phần còn lại của các đánh giá được coi là bổ sung hoặc cục bộ. Phản hồi bổ sung truyền tín hiệu hành động từ đầu ra của mỗi liên kết trong hệ thống đến đầu vào của mỗi liên kết trước đó. Chúng được sử dụng để cải thiện các thuộc tính và đặc điểm của các yếu tố riêng lẻ.