Экзамен. Классификация и особенности применения По назначению и характеру выполняемых работ системы автоматики разделяют

• Название: Классификация и особенности применения По назначению и характеру выполняемых работ системы автоматики разделяют
• Дата: 01.02.2022
• Размер: 1.08 Mb.
• Имя файла: Экзамен.docx
• Тип: Документы; #348438
• страница: 4 из 9

Назначение регулятора. Регулятор П-типа. Параметры настройки.

Для регулирования объектами управления, как правило, используют типовые регуляторы, названия которых соответствуют названиям типовых звеньев (описание типовых звеньев представлено в разделе 2.4):

П-регулятор, пропорциональный регулятор
Передаточная функция П-регулятора: W_п(s) = K₁. Принцип действия заключается в том, что регулятор вырабатывает управляющее воздействие на объект пропорционально величине ошибки (чем больше ошибка Е, тем больше управляющее воздействие Y).

И-регулятор, интегрирующий регулятор
Передаточная функция И-регулятора: W_и(s) = К₀/s. Управляющее воздействие пропорционально интегралу от ошибки.

Д-регулятор, дифференцирующий регулятор
ПередаточнаяфункцияД-регулятора: W_д(s) = К₂*s. Д-регуляторгенерирует управляющее воздействие только при изменении регулируемой веричины: Y= K2 * dE/dt.

На практике данные простейшие П, И, Д регуляторы комбинируются в регуляторы вида ПИ, ПД, ПИД (см. рис.1):



Рисунок 1 - Виды непрерывных регуляторов

В зависимости от выбранного вида регулятор может иметь пропорциональную характеристику (П), пропорционально-интегральную характеристику (ПИ), пропорционально-дифференциальную характеристику (ПД) или пропорционально-интегральную (изодромную) характеристику с воздействием по производной (ПИД-регулятор).

1. 
   ПИ-регулятор, пропорционально-интегральный регулятор (см. рис.3.18.а)
   ПИ-регулятор представляет собой сочетание П- и И-регуляторов. Передаточная функция ПИ-регулятора: W_пи(s) = K₁ + K₀/s.
   
2. 
   ПД-регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор (см. рис.3.18.б)
   ПД-регулятор представляет собой сочетание П- и Д-регуляторов. Передаточная функция ПД-регулятора: W_пд(s) = K₁ + K₂ s.
   
3. 
   ПИД-регулятор, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (см. рис.3.18.в)
   

ПИД-регулятор представляет собой сочетание П-, И- и Д-регуляторов. Передаточная функция ПИД-регулятора: W_пид(s) = K₁ + K₀ / s + K₂ s.

Наиболее часто используется ПИД-регулятор, поскольку он сочетает в себе достоинства всех трех типовых регуляторов.

Линейный размер твёрдого тела – это, как правило, его длина, ширина и высота.

Длина – это расстояние между концами отрезка прямой, измеренное каким-либо отрезком, принятым за единицу длины.

В системе СИ единицей длины является метр (м). Метр (франц. metre, от греч. metron - мера) – это длина пути, который проходит луч света в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Миллиметр (от лат. mille – тысяча и -метр) – тысячная доля метра.

Площадь – одна из количественных характеристик плоских геометрических фигур и поверхностей. Площадь прямоугольника равна произведению длин двух его сторон. Единица её измерения в СИ – м².

Объём – одна из количественных характеристик геометрических тел. Объём прямоугольного параллелепи-педа равен произведению длин трёх его смежных сторон. Единица измерения объёма – м³.

Линейные размеры определяют методом (от греч. methodos - исследование) прямого измерения. Прямые измерения – это такие измерения, в результате которых измеряемый размер определяется прямым сравнением измеряемой величины с единицей измерения посредст-вом меры или измерительного прибора, програ-дуированного в принятых единицах измерения.

Площадь и объём фигуры находят косвенным методом. Косвенные измерения – это такие измерения, в результате которых искомая величина определяется на основе прямых измерений. При этом измеряют величины, связанные с искомой величиной определённой функ-

 

циональной зависимостью, а результат получают по известным соотношениям между измеренными величина-ми и искомой.

К средствам измерений относят меры, измерительные приборы и преобразователи, а также состоящие из них измерительные установки и системы.

В настоящее время для измерения линейных размеров применяют самые разнообразные измерительные прибо-ры и инструменты.

 

 

Виды средств измерения линейных размеров.

Средства измерения линейных и угловых величин:

1. Меры:

- концевые (плитки): плоскопараллельные и угловые;

- штриховые: шкалы линейные и угловые (лимбы, от лат. limbus – кайма), линейки, рулетки и угломеры;

- штангенинструмент: штангенциркули, штангенвысо-томеры (штангенрейсмасы),штангенглубиномеры, штриховые угломеры (с нониусом).
2. Микрометрические инструменты: микрометры глад-кие, нутромеры и глубиномеры.

3. Механические приборы: рычажные, с зубчатой передачей, с пружинной передачей, с рычажно-зубча-той передачей.

4. Оптико-механические приборы: оптиметры, пружин-но-оптические головки, измерительные микроскопы, длиномеры, измерительные машины, проекторы.

5. Пневматические приборы: ротаметры (поплавковые длиномеры), манометрические.

6. Приборы для измерения шероховатости поверхности: щуповые и оптические.

7. Приборы для измерения зубчатых колёс.

8. Приборы для измерения резьб.

9. Приборы для измерения подшипников.

10. Приборы для измерения отклонений формы, располо-жения, волнистости.

Механические приборы и инструменты превалируют в измерениях линейно-угловых величин. Это объясняется простотой их применения, портативностью (фр. portatif от porte - носить), отсутствием необходимости подведения извне энергии для специального освещения или питания, сравнительно высокой надёжностью и долговечностью, невысокой стоимостью.

Метрологические характеристики средств измерений.

 Одним из основных условий для реализации единства измерений является необходимость обеспечения единообразия средств измерений. Под ним понимают состояние средств измерений, когда они проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические характеристики соответствуют установленным нормам.

Метрологическая характеристика средства измерений - характеристика одного из свойств средства измерений, влияющая на результат измерений и на его погрешность. Для каждого типа средств измерений устанавливают свои метрологические характеристики.

Метрологические характеристики, устанавливаемые нормативно-техническими документами, называют нормируемыми, а определяемые экспериментально - действительными метрологическими характеристиками.

Метрологические характеристики средств измерений являются составной частью исходной информации:

• 
  - для определения результатов измерений и расчётной оценки характеристик инструментальной составляющей погрешности измерений;
  
• 
  - для расчёта метрологических характеристик каналов измерительных систем, состоящих из средств измерений с нормированными метрологическими характеристиками;
  
• 
  - для оптимального выбора средств измерений;
  
• 
  - для использования в качестве проверяемых характеристик при контроле средств измерений.
  

К метрологическим характеристикам относят функцию преобразования, погрешность средства измерений, чувствительность, цену деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерений, вариацию показаний и др.

Для обеспечения единства измерений и взаимозаменяемости средств измерений их метрологические характеристики нормируют и регламентируют. Для этого используют нормированные значения погрешности. Под нормированным значением понимают погрешность, являющуюся предельной для данного типа средств измерений. Правила предписания пределов допускаемых погрешностей и форма их записи устанавливаются системой стандартов, обеспечивающей единство измерений. В последние десятилетия такое нормирование проводится согласно положениям ГОСТ 8.009-84 ГСП Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

Нормируемые метрологические характеристики - это совокупность метрологических характеристик данного типа средств измерений, устанавливаемая нормативными документами на средства измерений.

ГОСТ 8.009-84 предусматривает следующую номенклатуру метрологических характеристик.

• 
  1. Характеристики средств измерений, предназначенные для определения результатов измерений:
  
  • 
    - функция преобразования Y = /(X) измерительного преобразователя, а также измерительного прибора с наименованной шкалой или со шкалой, отградуированной в единицах, отличающихся от единиц входной величины;
    
  • 
    - номинальное значение однозначной или значения многозначной меры;
    
  • 
    - цена деления шкалы измерительного прибора или многозначной меры;
    
  • 
    - вид выходного кода, число разрядов кода, цена единицы наименьшего разряда кода средств измерений, предназначенных для выдачи результатов в цифровом коде.
    
• 
  2. Характеристики погрешностей средств измерений.
  
• 
  2.1. Характеристики систематической абсолютной составляющей погрешности A_S(A_C) средств измерений:
  
  • 
    - значение систематической составляющей A_s;
    
  • 
    - значение A_s наряду с оценкой математического ожидания A/[4J, а также среднего квадратического отклонения s(A_s). При этом систематическая погрешность рассматривается как случайная величина на множестве средств измерений данного типа. Под значением МА_Х] следует понимать статистическую оценку.
    
• 
  2.2. Характеристики случайной составляющей Д погрешности средств измерений:
  
  • 
    - среднее квадратическое отклонение .v[ ];
    
  • 
    - нормализованная автокорреляционная функция г(г) или функция спектральной плотности S^co);
    
  • 
    - случайная составляющая ( _н) погрешности от гистерезиса (вариация Н выходного сигнала средства измерений).
    

Вариацией выходного сигнала называется погрешность средства измерений, представляющая разность показаний, получаемых при измерениях одного и того же значения измеряемой величины, сначала - приближением к нему со стороны меньших значений, затем - со стороны больших значений шкалы.

2.3. Характеристика погрешности средств измерений в том случае, когда систематическая и случайная составляющие не разделяются (абсолютная погрешность или относительная погрешность).

Различие в нормировании систематической и случайной составляющих погрешностей средств измерений вызвано тем, что разброс случайных погрешностей различных экземпляров данного типа средств измерений небольшой по сравнению с нормированным значением .v[ ], а для систематической составляющей погрешности разброс обычно большой. Поэтому, как будет показано далее, для случайной составляющей погрешности нормируется только предел допускаемых значений среднего квадратического отклонения, а для систематической составляющей погрешности наряду с этой характеристикой при необходимости нормируется также оценка математического ожидания систематической составляющей погрешности (для ансамбля средств измерений данного типа).

• 
  3. Характеристики чувствительности средств измерений к влияющим величинам:
  
  • 
    - функция влияния ^/(с), где данная влияющая величина;
    
  • 
    - изменения значений метрологических характеристик средств измерений, вызванные изменениями влияющих величин (в пределах рабочего диапазона влияющих величин).
    
• 
  4. Динамические характеристики средств измерений.
  
• 
  4.1. Полные динамические характеристики аналоговых средств измерений, которые можно рассматривать как линейные:
  
  • 
    - переходная характеристика h(t);
    
  • 
    - импульсная переходная характеристика g(t);
    
  • 
    - амплитудно-фазовая характеристика G(jco);
    
  • 
    - амплитудно-частотная характеристика A{jco)
    
  • 
    - передаточная функция G(p).
    
• 
  4.2. Частные динамические характеристики аналоговых средств измерений
  
• 
  - время реакции t_r;
  
• 
  - постоянная времени Т;
  
• 
  - коэффициент демпфирования (нем. Dcmpfer-глушитель) y_dam.
  
• 
  4.3. Частные динамические характеристики аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, цифровых измерительных приборов:
  
  • 
    - время реакции t_r;
    
  • 
    - погрешность датирования отсчёта t_d;
    
  • 
    - максимальная частота (скорость) измерений.
    

Время реакции представляют временем установления выходного сигнала (для показывающих средств измерений - время установления показаний). Погрешность датирования отсчёта возникает вследствие неизвестности момента времени (внутри шага дискретизации входного сигнала), при котором значение изменяющейся величины равно значению выходного цифрового сигнала в соответствующем цикле преобразования.

• 
  4.4. Динамические характеристики аналого-цифровых средств измерений, в том числе измерительных каналов измерительных систем, включающих АЦП, время реакции которых больше интервала времени между двумя измерениями:
  
  • 
    - погрешность датирования отсчёта;
    
  • 
    - максимальная частота (скорость) измерений.
    

Если время реакции превышает интервал времени между двумя измерениями более чем в 3 раза, то погрешность датирования не нормируется.

Если время реакции превышает интервал времени между двумя измерениями менее чем в 3 раза, то полная динамическая характеристика аналоговой части аналого-цифровых средств измерений не нормируется.

Если АЦП и ЦАП включены в измерительные каналы автоматизированных измерительных систем, в которых передача сигналов управления, синхронизации и измерительной информации осуществляется через интерфейс (например, КОП, КАМАК), то динамические характеристики указываются с учётом времени выполнения служебных операций, присущих данному интерфейсу.

• 
  5. Характеристики средств измерений, позволяющие учесть их взаимодействие с подключённым к входу или выходу объектом измерений, цифропечатающим устройством и др. (входное и выходное полные сопротивления линейного измерительного преобразователя).
  
• 
  6. Значения неинформативных параметров выходного сигнала средств измерений.
  

К неинформативным параметрам выходного сигнала относятся параметры, не связанные функционально с измеряемой величиной. Если для генератора высокочастотных колебаний (низкочастотных) сигналов частота сигнала является информативным сигналом, то значение напряжение на соответствующей частоте - неинформативным параметром. Для вольтметра переменного электрического тока напряжение является информативным, а частота тока, при которой проводятся измерения, - неинформативным параметром.

Кроме того, средство измерений характеризуют следующие метрологические характеристики.

 

Погрешности. Классификация погрешностей.

Основные понятия о погрешностях, источники их возникновения

Процедура измерения состоит из следующих этапов: принятие модели объекта измерения, выбор метода измерения, выбор СИ, проведение эксперимента для получения результата. Это приводит к тому, что результат измерения отличается от истинного значения измеряемой величины на некоторую величину, называемую погрешностью измерения. Измерение можно считать законченным, если определена измеряемая величина и указана возможная степень ее отклонения от истинного значения.

Причины, приводящие к появлению погрешностей:

1.Ограниченная точность измерительных приборов.

2.Влияние на измерение неконтролируемых изменений внешних условий (напряжения в электрической сети, температуры и т.д.)

3.Действия экспериментатора (включение секундомера с некоторым запаздыванием, различное размещение глаз по отношению к шкале прибора).

Приборные погрешности -погрешности, связанные с точностью изготовления прибора, используемого для измерения. В зависимости от того, каким способом получается значение измеряемой величины, различают погрешности прямых и косвенных измерений.

Прямыми называются измерения, в результате которых значение измеряемой величины получается сразу по шкале прибора (например, измерение длины штангенциркулем).

Косвенные - это такие измерения, когда для нахождения некоторой физической величины сначала измеряют прямыми измерениями несколько других величин, а затем по их значениям с помощью каких-либо формул вычисляют значение искомой величины. Например, скорость автомобиля может быть определена по спидометру (прямое измерение) или найдена делением пройденного расстояния на время движения (косвенное измерение).

Предполагая, что приборные погрешности, имеющие систематический характер, устранены (весы выставлены по отвесу и уравновешены в отсутствие нагрузки, стрелка отключенного электроизмерительного прибора показывает на нуль), мы все приборные погрешности будем относить к случайным. Такие погрешности могут возникать при изготовлении приборов или при их градуировке. Обычно довольствуются сведениями о допустимых приборных погрешностях, сообщаемых заводами-изготовителями в паспортах, прилагаемых к приборам. Завод ручается, что погрешности отсчета по прибору не выходят за пределы, указываемые в паспорте. Поэтому такие погрешности следует относить к случайным погрешностям с достаточно большой доверительной вероятностью (порядка 0,95 и выше).