27) Элементы систем управления технологическими процессами. Общие характеристики систем автоматики

 

         Техническими элементами систем автоматического и автоматизи­рованного управления технологическими процессами являются средства получения, преобразования и регистрации первичной информации, аналоговые и цифровые вычислительные средства, исполнительные устройства.

Средства получения, преобразования и регистрации первичной информации — это датчики и вторичные приборы. К аналого­вым средствам относятся усилители, испол­нительные устройства и регуляторы. Испол­нительными устройствами являются техниче­ские элементы, оказывающие непосредственное физическое воз­действие на технологический процесс.

При рассмотрении общих характеристик технических элементов будем считать, что любой из них можно представить как преобра­зователь входного сигнала х в выходной у, реализующий функцио­нальную зависимость у = F (х)  (рис. 9.1). Рассмотрим три основ­ные характеристики технических элементов: коэффициент преобра­зования, погрешность и порог чувст­вительности.

Коэффициент преобразования — это отношение выходной величины к вход­ной:

 

                                                                     (9.1)

 

или отношение их приращений:

 

                                                                          (9.2)

 

Единица измерения коэффициента пре­образования обусловлена единицами из­мерения величин у и х.

Иногда    используют    безразмерный относительный коэффициент преобразо­вания , которым называют отношение относительных прираще­ний выходной и входной величин (рис. 9.2):

 

                             (9.3)

 

или при

 

                                                          (9.4)

 

Если функция у = F (х) является пропорциональной зависи­мостью, то   k = k' = const и  =  = 1. Применительно к от­дельным функциональным элементам коэффициент преобразова­ния называется по-разному. Для датчиков — это чувствительность, для усилителей — коэффициент усиления (по току, напряжению или мощности) и т. п. Требования к значению коэффициента пре­образования обусловлены назначением элемента. Так, например, применительно к датчикам требуется максимальная чувствитель­ность, а к стабилизаторам — минимальная; к усилителям предъяв­ляется требование максимального коэффици­ента усиления.

Нужно отметить, что в усилителях широ­ко применяется обратная связь для увеличе­ния коэффициента усиления или повышения его стабильности. В первом случае вводят положительную обратную связь, а во вто­ром — отрицательную.

Погрешность — отклонение выходной ве­личины у от истинного значения вследствие изменения внутренних свойств элемента или внешних условий работы. При наличии по­грешности характеристика у' = F (х) отлична от градуировочной у = F (х) (рис. 9.3). Погрешность может иметь различные названия в зависимости от причин, вызывающих ее, — температурная, частотная, колебания напряжения питания, неста­бильность (из-за изменения параметров с течением времени) и т. п. При характеристике свойств элементов используют понятия абсолютной, относительной и приведенной относительной погреш­ности.

Абсолютная погрешность

 

                                           ,                                (9.5)

 

где у' — значение   выходной  величины, а у — ее градуировочное значение.

Относительная  погрешность (%)

 

                                                                  (9.6)

 

приведенная относительная погрешность (%)

 

                                                              (9.7)

 

где   — максимальное  значение  выходной   величины, определяющее диапазон ее изменения.

Обычно для оценки точности элементов используется приведен­ная относительная погрешность.

Порог чувствительности — минимальное по абсолютной вели­чине приращение входной величины (, ), вызывающее изме­нение выходной величины у (рис. 9.4). Интервал [, ] называют зоной нечувствительности.

Причиной существования порога чувствительности является наличие люфта, трения или гистерезиса у различных исполнитель­ных устройств (двигателей, реле), а также наличие дрейфа и шумов на выходе усилителей.