Понятие об элементах и их классификация

Любая система автоматики, в том числе и очень сложная, может быть представлена в виде набора взаимодействующих друг с другом конструктивно законченных узлов, выполняющих определенные функции управления. Эти узлы в составе рассматриваемой системы автоматики принято называть ее элементами.

Техническая реализация элемента системы автоматики, в общем случае, может быть различной. Существуют очень простые по конструкции элементы, например датчики температуры на основе термопар и достаточно сложные, например, регулируемые источники напряжения на основе статических устройств преобразовательной техники. Однако характерной особенностью элемента системы автоматики, независимо от сложности его конструкции, является достаточно простое функциональное соответствие между его входными и выходными величинами, являющимися регулируемыми координатами системы.

В понятие элемента включаются не все устройства, содержащиеся в системе, а лишь те, что выполняют управляющие функции. Например, в системе регулируемого автоматического электропривода постоянного тока элементами автоматики являются: электродвигатель и управляемый источник напряжения, питающий якорь двигателя, но не являются элементами автоматики корпуса узлов электрооборудования.

В зависимости от требуемого набора подлежащих анализу регулируемых координат возможны различные варианты разбивки системы на элементы. В дальнейшем, ориентируясь на решение типовых и наиболее распространенных задач анализа и синтеза систем автоматики, будут рассматриваться соответствующие этим задачам типовые элементы, как реальные конструктивно оформленные технические устройства.

Многообразие систем автоматики обусловливает и многообразие их элементов. Достаточно полная и универсальная классификация элементов систем автоматики приведена в /1/ (см. список литературы). Данная классификация охватывает типы элементов большинства систем промышленной автоматики, причем, наиболее полно представляет типы элементов электромеханических систем. Суть этой классификации в следующем.

Все элементы по энергетическому признаку делятся на две группы:

1) силовые элементы, через которые проходит и которыми преобразуется основной поток энергии, необходимый для функционирования системы автоматики; эти элементы образуют силовую часть системы;

2) управляющие элементы, которые формируют, преобразуют и передают сигналы управления, в том числе и сигналы управления силовыми элементами, то есть сигналы управления энергетическим потоком.

Необходимо отметить, что деление на силовые и управляющие элементы достаточно условно и определяется соотношением между величинами потоков энергии, протекающей через группы этих элементов. Например, в электромеханических системах обычно существует значительное различие потоков энергии через разные группы элементов, и поэтому легко могут быть выделены группы управляющих и силовых элементов. Напротив, в информационных системах автоматики потоки энергии через все элементы примерно одинаковы, и все их элементы можно отнести к управляющим.

Основные силовые элементы - это различные силовые исполнительные устройства: двигатели любых типов, силовые управляемые источники питания различных типов (управляемые преобразователи), механические преобразовательные элементы в составе кинематических цепей, например, редукторы.

Управляющие элементы, по сравнению с силовыми, более многообразны и количество их видов постоянно растет. Эти элементы делятся на две группы:

1) элементы, формирующие изменение регулируемых координат системы, определяющие статические и динамические свойства системы и образующие управляющую часть системы;

2) элементы, формирующие свойства силового элемента и входящие в его состав неотъемлемой частью; эти управляющие элементы при исследовании систем отдельно не рассматриваются, а математическое описание силового элемента выполняется с учетом управляющего элемента в его составе.

Управляющие элементы первой группы по функциональному признаку делятся на несколько подгрупп:

- элементы задающих устройств, формирующие задания на изменения регулируемых координат системы в соответствии с технологической программой ее работы;

- регуляторы или корректирующие звенья, которые выполняют преобразование сигналов, необходимое для управления регулируемыми координатами системы в соответствии с требуемым законом управления;

- датчики, которые преобразуют контролируемую координату в сигнал, используемый как сигнал обратной связи;

- согласующие элементы, которые согласуют входные и выходные параметры соединяемых управляющих элементов.

В системах промышленной автоматики наиболее часто встречаются силовые и управляющие элементы электрического, электромеханического, механического, гидравлического и пневматического принципов действия. В изучаемом курсе, вследствие его ограниченного объема, изучаются только элементы электрического и электромеханического принципов действия.

Рис. 1.1 иллюстрирует элементный состав системы автоматики на примере структурной схемы автоматизированного электропривода.

Вопросы для самопроверки

1. Какие узлы системы автоматики называются ее элементами?

2. Какие функции выполняют элементы систем автоматики?

3. Какой уровень сложности конструкции характерен для элемента?

4. На какие группы делятся элементы по энергетическому признаку?

5. Какие основные силовые элементы входят в состав автоматизированных электроприводов?

6. Какие основные управляющие элементы входят в состав автоматизированных электроприводов?

7. Может ли сложный по конструкции элемент выполнять простые управляющие функции?