2.7.Функуиональные и структурные схемы автоматики

Функциональные и структурные схемы, в построении (но не в назначении) которых много общего, широко используются при изучении-теории систем автоматики.

Функциональные схемы (функциональные структуры) автоматики отражают взаимодействие устройств, блоков, узлов и отдельных элементов в процессе их работы в совокупности с системой управления. Графически отдельные узлы или элементы автоматики изображают прямоугольниками, а существующие между ними связи — стрелками, соответствующими направлению прохождения сигнала.

Рассмотрим функциональные схемы автоматических систем управления с регуляторами прямого и непрямого действия. Принципиальное их различие в том, что работа исполнительного органа у регулятора прямого действия осуществляется за счет энергии воспринимающего органа (датчика), а у регулятора непрямого действия — за счет энергии вспомогательного источника.

Функциональная схема системы с регулятором прямого действия (рис. 2.3, а) состоит из управляемого объекта УО, воспринимающего органа ВО, сравнивающего органа СО и исполнительного органа ИО. Последние три органа совместно образуют устройство, которое представляет собой регулятор Р прямого действия (обведен пунктиром). Сравнивающий орган принято обозначать не прямоугольником, а кружком с секторами. На управляемый объект, находящийся под влиянием возмущающего воздействия N(t), поступает от регулятора управляющее воздействиепротивоположное по знаку отклонению управляемого параметраот заданного значения.

Запись воздействия N(t) отражает то обстоятельство, что оно может изменяться во времениt. Воспринимающий орган замеряет управляемый параметр и преобразует его в сигналx₁удобный для сопоставления с заданным значением х₀управляемого параметра в сравнивающем органе СО, который является также задатчиком и служит для настройки регулятора на поддержание заданного значения управляемого параметра. Его выполняют часто как самостоятельный элемент, а иногда вводят в структуру воспринимающего органа (датчика). С выхода СО сигнал х₂, равный разности сигналов х₁и х₀, поступает на исполнительный орган ИО, который посредством сигналавоздействует на объект в соответствии с отклонением регулируемого параметра.

У регулятора непрямого действия (рис. 2.3) игналх₂со сравнивающего органа поступает на усилительный орган УО, где происходит его значительное усиление за счет энергии специального блока питания БП. Усиленный сигнал х₃управляет исполнительным органом ИО, который передает воздействиена управляемый объект за счет энергии, получаемой также от блока питания БП. В ряде случаев целесообразно из управляемого объекта выделять ту часть устройства, при помощи которой осуществляется непосредственное управление параметром. Эту часть называют регулирующим органом РО. Аналогично строят функциональные схемы более сложных систем автоматического управления, примеры которых рассмотрены в следующих параграфах.

Структурные схемы показывают взаимосвязь составных частей автоматических систем управления (АСУ) и характеризуют их динамические свойства. Это наиболее удобная графическая форма представления АСУ при исследовании ее динамических свойств, когда отвлекаются от конкретной физической природы регулируемой величины, вида и конструкции аппаратуры, а на схеме изображают лишь математическую модель процесса регулирования.

Исследуемую систему разделяют на части — элементарные звенья направленного действия, передающие сигналы только в одном направ­лении: от входа к выходу. Связь между звеньями показывают линиями со стрелками, характеризующими направленность взаимодействия звеньев. Разделяют АСУ на звенья в зависимости от вида математиче­ского уравнения, связывающего выходную величину с входной каждого звена. На структурной схеме элементы регулятора и управляемого объекта, как и на функциональной схеме, изображают в виде прямоугольника, причем какое-либо одно устройство может быть представлено