САДРЖАЈ

УВОД

Сваки елеменат аутоматског система карактерише се одређеном функционалном везом између улазне величине y и излазне величине x. Везу између главне улазне и излазне велечине одређује зависност y=f(x) која представља основну карактеристику елемената. Карактеристике могу бити статичке и динамичке .

Статичке карактеристике дају зависност између излазне и улазне величине код устављеног стања елемената,тј.када се улазна и излазна величина не мењају у времену.

Динамичке карактеристике дају зависност излазне величине од улазне у динамичком режиму рада елемената ,тј. када се улазна и излазна величина мењају у времену.

То је приказано у првом поглављу. Јасно је да од карактеристика објеката аутоматизације понајвише зависи избор начина аутоматизације и осталих елемената управљачког система.

Карактеристике објеката регулације је могуће одредити на два начина, и то аналитички и експериментално.

Друго поглавље нам о томе говори.Претварачи су уређаји који претварају енергију уз једног у други облик.

Мрежни претварач мери неку физичку величину у облику који је погодан за даљу обраду, односно за функционисање система.

Мерни претварачи често се називају и другим именима, као што су: сензор, детектор, давач, трансмитер итд.

Претварачи су дати у тређем поглављу.

1. ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМА АУТОМАТСКОГ УПРАВЉАЊА И РЕГУЛАЦИЈЕ

1.1 Карактеристике елемената система аутоматског управљања и регулације

Сваки елеменат аутоматског система карактерише се одређеном функционалном везом између излазне величине y и излазне величине x.

Везу између улазне и излазне величине одређује зависност: y=f(x) која представља основну карактеристику елемената.

Карактеристике могу бити статичке и динамичке . Статичке карактеристике дају зависност између излазне и улазне

величине код устављеног стања елемената,тј.када се улазна и излазна величина не мењају у времену.

Динамичке карактеристике дају зависност излазне величине од улазне у динамичком режиму рада елемената ,тј.када се улазна и излазна величина мењају у времену.

1.2. Статички режим рада елемената

Статичке карактеристике елемената могу бити линеарног и нелинеарног карактера.

Статичка карактеристика нелинеарног елемената има облик криве линије (слика 1,крива 1).

Слика 1. – Статичка карактеристика елемената

Сви елементи аутоматике, без обзира на њихову конструктивну реализацију,принцип рада и функцију у систему,могу се описати мноштвом параметара који се иѕводе из стстичких и динамичких карактеристика.

Коефицијент преноса је једна од основних општих карактеристика елемената.

Дефинише се количином излазне и улазне величине, односно количином прираштаја излазне (∆y; ∆y) и улазне величине (∆x; dx). Димензије коефицујента К и К' зависе од димензије улазне и излазне величине и у сваком конкретном случају имају одређени физички смисао, нпр. Ω/m , V/m.

Када су ове величине исте гизичке природе, коефицијен преноса је неименовн број.

Грешком се назива промена излазне величине y, која настаје услед промена унутршњих слојева елемената или као резултат промене спољашних услова.

При појави грешке мења се статичка карактеристика елемената што је приказано на слици (2.) приказано кривом y'.

Слика 2. – Грешка елемената

Праг осетљивости је врло значајна карактеристика елемената.Дефинише се најмањом вредношћу промене улазне величине x, која је

још довољна да изазове промену излазне велечине y.Нестабилнбост излазне величине, зависно од намене елемената

аутоматике, назова се сметња, шум или дрифт.Илустрације ради, наведен је пример појаве прга осетљивости који

настаје услед појаве трења или мртвог хода (слика .3).

Слика 3. – Праг осетљивости елемената

1.3. Динамички режим рада елемената

Динамички режим рада елемената постоји када се мењају улазна величина x и излазна величина y .

Динамички режим рада задају динамичке карактеристике, које се могу описати двема алгебарским једначинама: x(t)=f1(t), y(t)=f2(t).

Под појмом инерцијаности елемената подразумева се временски облик промене излазне величине при тренутној промени узлазне величине.

Инерцијалност елемената, зависно од њихове физичке природе, последица је постојања електрчне капацитивности, индуктивности, момента инерције, масе и сл.

Прелазни процес може бити операционог или прогушеноосцилаторског карктера (слика .4 б ,криве 2 и 3).

Слика 4. – Крива пролазног процеса елемената

У случају када је прелазни процес периодичног карактера, излазна величина се мења по експоненцијалном закону y(t)=y0(1-e¯t/T) где је Т- временска константа елемената.

Ако се излазна велучина x(t) периодично мења по некој кривој, крива промене излазне величине y(t) ће због инерцијалности елемената бити временски померена у односу на криву x и та се величина назива фазни померај y(t) у односу на криву x(t) ( слика .5).

Слика 5. – Фазни померај Разлика између вредности излазне величине у динамичком режиму и

њене вредности у статичком режиму назива се динамичка грењшка.Обично се тежи да динамичка грешка буде што мања.Динамика елемената, у општем случају, описује се линеарном или

нелинеарном диференцијалном једначином, зависно од тога о каквом се елементу ради.

Међутим, како ја решавање нелинеарних диференцијалних једначина много теже од решавање линеарних, настоји се, где год је то дозвољено и немогуће, да се проблем нелинеарних елемената сведе на решавање линеарних диференцијалних једначина.

Теорија и практичне методе за испитивање линерне системе (елементе).

2. НЕКИ ПРИМЕРИ ОБЈЕКАТА АУТОМАТИЗАЦИЈЕ

Јасно је да од карактеристика објеката аутоматизације понајвише зависи избор начина аутоматизације и осталих елемената управљачког система.

Карактеристике објеката регулације је могуће одредити на два начина, и то аналитички и експериментални.

Аналитичко дефинисање објеката врши се постављањем одговарајућих једначина за устаљено и прелазно стање управљачког процесљ у њему или снимањем статичких или динамичких карактеристика.

На основу физичких закона који карактеришу динамику управног процеса формирају се диференцијалне једначине.

Најчешће се ради о законима о одржању и равнотежи, као што су: Закон о одржању масе и енергије, Кирхофови закони, Бранулијева једначина и сл.

Експериментално испитивање објеката састоји се у мерењу улазних и излазних величина код стационарног и прелазног стања процеса и у постављању и анализи добијених функционалних релација између тих величина.

Испитивање динамичких карактеристика објеката по правилу изводи се испитивањем његовог одзива када се на улаз доведу стандардне величине променљиве величине: одскочна, импулсна или простопериодична функција система.

2.1. Резервоар са течношћу

У резервоар (слика .6) утиче количина течности са протоком Q1(m³/S), при чему се формира висина стуба течности h.

На основу биланса количине течности може се математички претставити понашење овог објекта аутоматизације.

Слика 6. – Резервоар с течношћу

Промена запремине течноси ∆V за време ∆t је:

∆V=(Q1-Q2)∙∆t. Промена запремине се може приказати и као:

∆V=A·∆h. Измањивач десних страна добија се:

(Q1-Q2)∙∆t=A∙∆h.

Промена висине са променом времена је функција променљивих Q1 и Q2.

Ова једначина приказује функционалну зависност улазних и излазних величина система.

Структурни дијаграм резервоара приказан је на слици 7.

Слика 7. – Структурни дијаграм резервоара с течношћу

2.2. Измењивач топлоте

Измењивач топлоте је уређај у коме два флуида размењују топлотну енергију.

Размена се постиже системом цеви.На слици 8 уочава се да је улазни флукс поједностављеног измењивача

топлоте дат је: фul=QeӨl+QsTl .

Слика 8. – Измењивач топлоте Слово Q овде је означена величина протока флуида, а са Ө и T температура

флуида. Излазна, или мернаљ, величина у овом сличају је температура Т2(t).

2.3. Електромотор једносмерне струје

Принџипска електроночна шема мотора приказана је на слици 9.

Слика 9. Електромотор једносмерне струје Угаони положај Θ(t) и напон Ua(t) у општем случају су повезани

интегралним односом:Ө(t)=K1∫Ua(t)∙dt, где је K1 константа.Напон мотора Ua(t) је улазна величина, а излазна величина може бити

брзина обртања осовине мотора n(t), угаони положај осовине Ө(t) или обртни момент,на сталној вредности (1500 или 3000 об/мин.).

Структурни дијаграм ротора водене турбине приказан је на слици 10. Овде је ротор објекта 0.

Слика 10. – Водена турбина

2.4.Водена и парна турбина

Водена и парна турбина су врло сложени објекти регулације.Регулисана величина увек је брзина обртања ротора и њу је потребно

одржавати на сталној вредности (1500 или 3000 об./мин.).Структурни дијаграм ротора водене турбине приказан је на слици

11.Овде је ротор објект О.

Слика 11. – Структурни дијаграм ротора водене турбине

Линеаризацијом ових израза у околини радне тачке N и сређивањем добија се:

T1-временска константа ротора турбиме,K1-појачање ротора турбине у односу на притисак паре на улазу у

турбину,K2-појачање ротора турбине у односу на температуру паре на улазу у

турбину. 2.5. Мрежни генератор

На слици 12. приказана је уопштена принципска шема система за аутоматску регулацију напона мрежног генератора.

Слика 12. – Систем Аутоматске регулације напона мрежног генератора – принципска шема

Излазни напон генератора се може изразити релацијом: U=E-ZgI а када се подеси оптерећење номинално помоћу улазног референта напона да излазни напон има номиналну вредност тада је: Un=En-ZgIn.

Када се промени струја оптерећења за ∆I, промениће се улазни напон за ∆U.

Ради компензације овог поремећаја, предвиђено је мерење струје оптерећења помоћу мерног струјног трансформатора.

Добијеним сигналом делује се на електромоторну силу генератора, тако да буде испуњен услов:∆U=∆E-Zg∆I=О.

3. МРЕЖНИ ПРЕТВАРАЧИ

Као што је речено, претварачи су уређаји који претварају енергију уз једног у други облик.

Мрежни претварач мери неку физичку величину у облику који је погодан за даљу обраду, односно за функционисање система.

Мерни претварачи често се нсзивају и другим именима, као што су: сензор, детектор, давач, трансмитер итд.

Могућа је подела мерних претварача према принципу рада на отпорне капацитивне, индуктивне, хидрауличне, пнеуматске итд.

Могућа је и њихова подела и према излазној величини претварача.Тако се формирају две основне групе мерних претварача:-електрични претварачи и-механички претварачи.Електрични мерни претварачи заснивају свој рад на електричним

ефектима.Механички мерни претварачи користе за свој рад механичке ефекте.Стога да би се претварачи могли поближе описати и аналазирати,

дефинисане неке од значајних њихових карактеристика.Мерно подручје-обухвата вредност мерне величине у коме се дати

претварач може употребити.Мерни опсег-представља разлику вредност мерних величина на горњој

и доњој граници мерног подручја.Мерни сигнал-је у основи континуално променљива величина, по

облику аналодна промена мерне величине.

Статичка карактеристика претварача-дефинисана је зависношћу излазне величине y од промене улазне величине x,тј. Y=f(x).

Линеарност претварача-изражава степен одступања улазно-излазне карактеристике од мерне зависности.

Коефицијент преноса претварача-одређује се стрмином статичке карактериситике и назива се осетљивост претварача.

3.1. Претварачи помераја

Ови претварачи претварајумеханички померај у електрични сигнал.Постоје више врста али су најчешћи потенциометарски и

трансформаторски претварачи.Потенциометарски претварач је у основи ел-отпорник са

проманљивом отпорношћу, где је улазна величина померај клизача по отпорнику, а излазна величина променљива отпорност електричног кола.

Механички је спојен покретни клизач са објектом који се креће кружно или праволиниски (слика 13).

Слика 13. – Потенциометар

Трансформаторски претварачи у облику диференцијалне спреге, названи диференцијални трансформатори, имају разноврсну примену.

Диференцијални трансформатор соленоидног типа приказан је на слици 14.

Слика 14. – Трансформаторски претварач помераја

3.2. Претварачи притиска

Притисак је количник силе и површине на коју делује та сила под правим углом.

Јединица за притисак у SI систему је паскал, а означава се са Ра.Инструменти за мерење притиска назива се манометри.Према принципу рада могу се поделити на следеће начине:Течни, Деформациони, Тежински и Електрични.Осетљиви елемент манометра са поружном цеви у облику једног

завојка је цев овалног или елипсастог пресека (сл.15.), савијена у круг за угао око 270°.

Цев монометра при повећању притиска тежи да се исправи, па се угао у смањује.

Померање цеви није велико и обично износи неколико милиметра.Опружење цевчице са више завојка мпгу да развију много вече силе у

односу на опругу са једним завојком.

Слика 15. – Деформациони манометар с опруженом цеви

ЗАКЉУЧАК

Упознали смо се са елементима система аутоматског управљања и рагулације, са њиховим карактеристикама и функцијама.

Претварачи су уређаји који претварају енергију уз једног у други облик.Могућа је и њихова подела и према излазној величини претварача.

Тако се формирају две основне групе мерних претварача:-електрични претварачи и-механички претварачи

Претварачи заузимају битније место у систему аутоматског управљања. Наведени су били и неки примери објекта аутоматизације. Аутоматизација заузима све значајнију улогу у људском животу и друштву