Замкнутая и разомкнутая системы автоматического управления (регулирования)

Основные элементы автоматики.

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ

 

Под элементом автоматики следует понимать такую часть автоматической системы, в которой выполняется только одна функциональная операция. Задачей эле-мента является качественное или количественное преобразование воздействия (электрического, теплового, механического и т.п.), полученного от предыдущего элемента системы, и передача этого воздействия последующему элементу.

Функции, выполняемые элементами автоматики, весьма разнообразны. С их помощью осуществляются измерительные, управляющие, исполнительные и корректирующие операции в автоматических системах.

Чувствительным элементом называется такой элемент, который преобразует контролируемую или регулируемую величину в величину другого рода, с помощью которой более удобно воздействовать на управляющий орган системы автоматики.

Усилительным называется такой элемент, в котором входная и выходная величины имеют одинаковую физическую природу и где производится лишь количественное преобразование (усиление) входной величины.

Исполнительным называется такой элемент, с помощью которого осуществляется воздействие на объект управления или регулирования.

Функциональным устройством называется такое, которое выполняет свою особую функцию, например синхронизатор, устройство разгрузки генератора и т.п.

Корректирующие средства – устройства, позволяющие осуществлять коррекцию систем регулирования или управления, т.е. изменять их характеристики в целях улучшения процесса регулирования или управления.

Преобразовательные элементы позволяют преобразовать входную величину одной физической природы в другую величину другой физической природы или преобразовать характер входной величины (например, выпрямители, инверторы).

Стабилизатор – элемент, назначение которого состоит в поддержании постоянства выходной величины при изменении входной величины в заданных пределах.

В судовых электроустановках наибольшее распространение получили стабилизаторы напряжения, предназначенные для стабилизации напряжения отдельных устройств автоматики.

Реле – это элемент, в котором при достижении известного значения входной величины выходная величина меняется скачком. Реле могут быть контактными и бесконтактными.

Следует отметить, что иногда элементы автоматики имеют одинаковые названия с устройствами и средствами автоматики. Так, чувствительный элемент на практике часто называют датчиком, в то же время некоторые авторы датчиком называют устройство (прибор), содержащее несколько элементов и выполняющее ряд преобразований – усиление, распределение сигналов и даже вычислительные операции. Так, датчиками называют приборы в системах автоматического контроля, воспринимающие контролируемые параметры и преобразующие их к величинам, которые могут быть измерены и сравнены с заданной уставкой.

 

Классификация систем автоматики по характеру автоматизируемых функций.

По характеру автоматизируемых функций системы автоматики судовых электроустановок можно подразделить на следующие виды: автоматическое управление; дистанционное управление; автоматическое регулирование; автоматический контроль; автоматическую защиту и блокировку.

Автоматическое управление – дает возможность управлять судовой элек-троустановкой и менять режимы ее работы, приспосабливаясь к изменяющимся внешним условиям без участия человека.

Дистанционное управление – оператор имеет возможность на расстоянии включать и выключать отдельные механизмы и устройства, непосредственно участвуя в процессе управления.

Автоматическое регулирование – поддерживание требуемых параметров электроэнергии, а также равномерное распределение нагрузок параллельно работающих генераторов осуществляют системы автоматического регулирования. Оператор при этом освобождается от непосредственного участия в процессе регу-лирования установки.

Автоматический контроль – измерение текущих значений контролируемых параметров (напряжения, тока, сопротивления и т.п.), сравнение этих величин с допустимыми значениями и световая и звуковая сигнализация об отклонении параметров от заданных.

К устройствам контроля относятся различного типа датчики, приборы обегающего контроля, устройства регистрации текущих значений контролируемых величин, приборы сигнализации, оповещающие обслуживающий персонал о достижении измерительными величинами установленных значений.

Автоматическая защита и блокировка – предотвращают возникновение аварийных ситуаций или ограничивают развитие аварии.

Системы автоматической защиты иногда аналогичны системам автоматической аварийной сигнализации. Разница здесь заключается лишь в том, что достижение контролируемой величиной предельного значения приводит не к выдаче аварийного сигнала, а к остановке механизма.

 

Замкнутая и разомкнутая системы автоматического управления (регулирования).

Структура системы поддержания напряжения на клеммах генератора представлена в следующем виде (рис. 1, а): чувствительный элемент (датчик напряже-ния) измеряет величину, подлежащую регулированию в данном объекте, и преобразует ее в величину другого вида (если в этом есть необходимость), более удобную для воздействия на управляющий орган.

Преобразованная величина сравнивается с заданным значением в элементе сравнения, называемом также нуль-органом. Величина на выходе элемента сравнения определяется разностью действительного и заданного значений регулируемой величины. Если эти значения не равны, на выходе элемента сравнения появляется сигнал, поступающий на исполнительный элемент, который, воздействуя на объект регулирования, восстанавливает заданное значение регулируемой величины. Если мощность сигнала на выходе элемента сравнения недостаточна для непосредственного воздействия на исполнительный элемент, сигнал предварительно усиливается усилительным элементом.

Система автоматического регулирования, структура которой приведена на рис. 1, а, представляет собой замкнутую цепь воздействий: объект воздействует на чувствительный элемент, чувствительный элемент – на элемент сравнения, элемент сравнения – на усилительный (если необходимо усиление сигнала), а усилительный – на исполнительный элемент, и наконец, исполнительный элемент воздействует снова на объект. Такая система называется замкнутой.

Таким образом, система автоматического регулирования – это такая система автоматического управления, которая предназначена для обеспечения постоянного или меняющегося по определенному закону значения регулируемой величины.

Встречаются случаи, когда заданное значение регулируемой величины может изменяться во времени в широких пределах по произвольному закону. В этих условиях автоматическая система должна действовать так, чтобы регулируемая величина непрерывно «следила» за изменяющимся заданием. Такая система автоматического управления называется следящей системой. Замкнутая цепь воздействий в системах автоматического управления и автоматического регулирования может быть разделена на две части.

Первая часть (объект – чувствительный элемент – элемент сравнения) осуществляет функцию контроля регулируемой величины, структура такой системы представлена на рис. 1, б. У некоторых систем контроля элемент сравнения отсутствует.

Вторая часть (усилительный элемент – исполнительный элемент – объект) выполняет функцию собственно управления значением регулируемой величины. Структура данной системы приведена на рис. 1, в.

В автоматике находят применение системы, в которых осуществляется одна из перечисленных функций. Это разомкнутые системы.