4. Динамические характеристики

Переход системы из одного установившегося режима в другой с иными значениями входного и выходного сигналов называют динамическим режимом или переходным процессом. Переходной характеристикой называют зависимость выходного сигнала от времени y(t) при скачкообразном изменении входного сигнала.

В момент времени t₀ входной сигнал скачком изменяется от нуля до х₀ (а). Если элемент автоматики является безынерционным, то в тот же момент времени t₀ выходной сигнал скачком изменяется от нуля до (б). Электромеханические элементы обладают инерционностью, которая тем больше, чем больше масса подвижных частей или индуктивность обмотки, тогда изменение выходного сигнала запаздывает по сравнению с изменением входного (в).

П

ереходная характеристика имеет вид экспоненты, т. е. кривой, стремящейся от нуля к значению у₀ = К х₀ со скоростью, пропорциональной в каждый момент времени разности между у₀ и текущим значением выходного сигнала. Инерционность переходного процесса характеризуется значением постоянной времени Т

Уравнение переходной характеристики:

Разницу между значениями выходного сигнала в динамическом и установившемся режимах называют динамической погрешностью.

Во время переходного процесса могут возникнуть и колебания выходного сигнала. График колебательного затухающего переходного процесса на рис. г. Изменение выходного сигнала происходит относительно значения у₀. Амплитуда этих колебаний постепенно уменьшается, затухает. Для количественной оценки этого процесса вводят понятие коэффициента затухания . При незатухающем колебательном процессе и коэффициент затухания = 0. Система автоматики является при этом неустойчивой. Если же коэффициент затухания стремится к единице, то переходный процесс будет апериодическим (в).

5. Обратная связь в системах автоматики

При последовательном соединении элементов выходной сигнал одного элемента является входным сигналом для последующего элемента. К_о6 = К₁ К₂. При параллельном соединении один и тот же сигнал является входным для двух элементов, а их выходные сигналы суммируются. К_о6 = К₁ +К₂

При соединении с обратной связью выходной сигнал одного элемента подается на его вход через элемент обратной связи. В зависимости от знака сигнала обратной связи различают положительную и отрицательную обратную связь. Элемент 1 включен в прямую цепь, элемент 2 — в обратную. Можно сказать, что элемент 1 охвачен обратной связью.

К

оэффициент преобразования при соединении с обратной связью. На вход элемента 1 поступает входной сигнал . Выходной сигнал элемента 1 равен произведению его входного сигнала на коэффициент преобразования:

Этот сигнал поступает на вход элемента 2, включенного в цепь обратной связи. Выходной сигнал элемента 2 можно получить умножив сигнал у_х на коэффициент преобразования элемента 2: . Подставив значение у₂ в выражение для , т. е. , и преобразовав его, получим или

Общий коэффициент преобразования по определению равен отношению выходного сигнала ко входному .

Благодаря положительной обратной связи получен более высокий коэффициент усиления. Положительная обратная связь чаще всего используется в усилительных элементах автоматики.

На принципе отрицательной обратной связи основана работа систем автоматического регулирования (САР). Покажем это на примере элемента сравнения ЭС, в котором происходит вычитание выходного сигнала y(t) из входного сигнала g(t).. Благодаря отрицательной обратной связи обеспечивается автоматическое поддержание регулируемой величины на заданном уровне, постоянно определяется отклонение y(t) от g(t) и вырабатывается соответствующее этому отклонению регулирующее воздействие. В САР в цепь обратной связи включен датчик. Усилительные и исполнительные элементы автоматики включены в прямую цепь.

При К_пр К_д >> 1

От точности датчика зависит точность всей работы САР.