Понятия о структурной и функциональной схеме, элементарные динамические звенья (ЭДЗ).

В автоматике существует понятие структурной и функциональной схемы устройства. Всякая техническая система (самолет, станок) при создании сначала рассчитывается математически. Одним из важнейших параметров системы, который рассчитывается до фактического создания этой системы, является устойчивость. Система называется устойчивой, если будучи выведенной из состояния равновесия, она возвращается в установленное состояние после снятия возмущающего воздействия.

После создания структурной схемы устройства система описывается математически. Получается сложная система дифференциальных уравнений выше второго порядка. Решение их затруднительно, поэтому вводится понятие элементарных динамических звеньев. Под элементарным динамическим звеном понимают устройство или часть его, которая описывается дифференциальным уравнением не выше второго порядка. Физического смысла ЭДЗ не имеет, это понятие введено только для облегчения расчетов. Структурная схема системы состоит из элементарных динамических звеньев, а функциональная - из функциональных узлов (двигатель, усилитель и т.д.) Один функциональный узел может быть представлен несколькими элементарными динамическими звеньями.

В ТАР обычно рассматриваются следующие звенья: безинерционное, апериодическое I порядка, апериодическое II порядка (колебательное), дифференцирующее, и интегрирующее.

В САР различные элементы систем могут иметь разную конфигурацию, в них могут использоваться разные физические явления, но для анализа работы системы важны только статические и динамические характеристики связывающие входные и выходные сигналы действующие на входе и выходе отдельного звена или всей системы. Статические характеристики характеризуют свойства звена в установившемся режиме, т.е. при неизменном входном сигнале.

Динамические характеристики выявляются при переходном процессе, т.е. при переходе звена или системы из одного устойчивого состояния в другое при подаче внешнего возмущающего воздействия. Характеристики звеньев полностью определяются с помощью дифференциальных уравнений которые отражают характер изменения выходных сигналов при заданном входном сигнале.

В реальных условиях САУ не может находится все время в установленном режиме, т.к. на нее воздействует внешнее возмущающее воздействие, стремящееся хотя бы кратковременно изменить значение регулируемой величины. К числу внешних возмущений можно отнести любое изменение установившегося значения управляемой величины и внешнего воздействия , изменения параметров самой системы или изменение окружающих условий, например влажности. Исследование установившегося режима позволяет определить погрешность, т.е. решить вопрос о пригодности САУ (САР).

САУ (САР) должна быть устойчивой по отношению к внешним возмущениям. Для решения вопроса об устойчивости необходимо исследовать переходный процесс. Внешнее возмущение может быть случайным, кратковременным, в таком случае после окончания переходного процесса регулируемая величина должна вернуться к прежнему значению. Внешнее возмущение может носить стационарный характер. При этом регулируемая величина в устойчивой системе стремится к новому установленному значению. Под внешним возмущением понимают изменение внешнего воздействия или управляющей величины.

В автоматике рассматривают след виды возмущений.

1) 2) 3)

х х х

1

t

t t

1) Сигнал возрастает с пост скоростью;

2) Единичный скачек;

3) Гармонический сигнал единичной амплитуды.