Основные элементы и звенья сау. Их функции и параметры

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • математическое описание типовых звеньев САР и типовых входных воздействий;
• • структурные схемы и передаточные функции САР;
• • основные виды автоматических регуляторов;

уметь

• • анализировать переходные процессы в типовых звеньях САР с помощью временных и амплитудно-фазовых частотных характеристик;
• • строить логарифмические амплитудно-фазовые частотные характеристики;
• • определять оптимальный коэффициент демпфирования колебаний;

владеть

• • методами моделирования типовых звеньев и типовых воздействий в интегрированном пакете MathCad;
• • методами моделирования типовых звеньев и типовых воздействий в интегрированном пакете MATLAB Simulink;
• • методами преобразования структурных схем САР и алгоритмом выбора промышленных регуляторов для различных объектов управления.

Основные элементы САУ

Элементом автоматики называют часть системы, представляющую собой конструктивно обособленное устройство, в котором происходят качественные или количественные преобразования физической величины, а также передача преобразованного воздействия от предыдущего элемента к последующему. Несмотря на разную физическую природу элементов, процессы в них могут описываться одними и теми же дифференциальными уравнениями. В качестве основных элементов САУ используют датчики, элементы сравнения, усилители, исполнительные механизмы, корректирующие элементы и элементы настройки и командоаннараты. Кроме этого используют элементы, имеющие вспомогательное значение: аппараты защиты, измерительные приборы.

Датчики измеряют управляемые (регулируемые) величины объектов управления и преобразовывают измеренные величины одной физической природы в другую (например, разность температур — в электродвижущую силу (ЭДС), усилие — в электрическое сопротивление и т. п.). Различные типы датчиков будут подробно рассмотрены в гл. 7.

Элементы сравнения, или устройства сравнения УС (см. рис. 1.6), сопоставляют задающее воздействие g (t) и управляемую величину y (t). Получаемая на выходе разность e (t)=g (t) — y (t) передается по цени воздействия либо непосредственно, либо через усилитель на исполнительный механизм. Элементы сравнения как самостоятельная часть системы не применяются, а являются составной частью других устройств.

Усилители У (см. рис. 1.6) в системах автоматики (магнитные, электронные, полупроводниковые и др.) обычно используются для усиления задающего воздействия g (t) или разности е (?), когда мощность этих сигналов недостаточна для нормальной работы регулятора.

Исполнительные механизмы ИМ (см. рис. 1.34) предназначены для изменения управляемых величин или поддержания их в заданных пределах. Исполнительным механизмом может быть электрический двигатель (см. рис. 1.12), нагревательное устройство и др.

Элементы настройки (задающие элементы) представляют собой устройства, при помощи которых в систему автоматики подаются задающие воздействия g (t). В качестве этих элементов применяются потенциометры, сельсины, вращающие трансформаторы и т. д.

Корректирующие элементы предназначаются для улучшения регулировочных свойств системы в целом или отдельных ее частей.

Командоаппараты (кнопки, переключатели, конечные выключатели и т. п.) предназначены для подачи в систему различных воздействий и команд.

Элементы защиты (тепловые и токовые реле, плавкие предохранители, автоматы и др.) служат для выполнения защитных функций при недопустимых режимах работы, а контрольно-измерительные приборы (амперметры, вольтметры, тахометры и т. д.) — для контроля и измерения различных величин.