Краткие сведения о динамических характеристиках датчиков

Динамической характеристикой элемента (системы) называют зависимость изменения во времени его выходной величины при том или ином законе изменения входной Хвх. Важно отметить, что при разных законах изменения входной величины характер изменения выходной чаще всего бывает различным. На рис. 2.5 показаны реакции одного и того же объекта на разные входные воздействия: на ступенчатое воздействие (рис.

2.5, а), на импульсное (рис. 2.5, б); на непрерывно возрастающее (рис. 2.5, в), на синусоидальное (рис. 2.5, г).

Динамическая реакция элемента на типовые воздействия (примеры)

Рис. 2.5. Динамическая реакция элемента на типовые воздействия (примеры)

Наиболее часто таким воздействием является ступенчатое изменение Хвх во времени (рис. 2.6). Реакция элемента (системы) на ступенчатое входное воздействие при условии, что перед нанесением этого воздействия выходная величина не изменялась, называется переходной характеристикой, или кривой разгона (рис. 2.7).

Сгуненчагое входное воздействие

Рис. 2.6. Сгуненчагое входное воздействие

Обычно отсчет времени начинают с момента t0 начала действия возмущения, а отсчеты Хвк и ХВЬ1Х - от предыдущих постоянных значений этих величин. Тогда графики принимают вид, приведенный на рис. 2.8.

Входное воздействие и кривая разгона в абсолютных координатах

Рис. 2.7. Входное воздействие и кривая разгона в абсолютных координатах

То же в относительных координатах

Рис. 2.8. То же в относительных координатах

Если при получении кривой разгона одинаковым приращениям Хвх в установившемся состоянии соответствуют одинаковые же приращения Хвых, то такая ситуация соответствует линейной системе (элементу) (рис. 2.9), т.е. статическая характеристика этой системы (элемента) также линейна (рис. 2.10).

Семейство кривых разгона

Рис. 2.9. Семейство кривых разгона

К построению статической характеристики системы (элемента)

Рис. 2.10. К построению статической характеристики системы (элемента)

Таким образом, по имеющемуся семейству кривых разгона чаще всего нетрудно построить статическую характеристику элемента (системы).

Однако обратная операция (построение динамической характеристики по имеющейся статической) в большинстве случаев невозможна.

Динамическая характеристика всегда дает более полную картину поведения исследуемого элемента (системы), чем статическая, поскольку отражает это поведение как в переходном режиме, так и в установившемся состоянии.

На рис. 2.11 приведены примеры типичных кривых разгона некоторых элементов систем регулирования.

Одна из важных динамических характеристик датчиков - их быстродействие. Оно определяет скорость реакции датчика на изменение входного сигнала, т.е. динамические характеристики датчика.

Во многих случаях быстродействие (или обратная ему величина - инерционность) определяет не только точность измерения, но и работоспособность системы в целом. Инерционность датчика обычно характеризуется постоянной времени Т, зависящей от параметров датчика.

В простейшем случае выходная величина датчика при скачкообразном входном воздействии изменяется по закону

где К — постоянная величина (коэффициент усиления в статике), определяемая отношением Хъыхъх в установившемся режиме.

Примеры кривых разгона

Рис. 2.11. Примеры кривых разгона

Чем больше величина Т, тем более инерционен датчик. Время, в течение которого входная величина датчика достигает установившегося значения, обычно принимается равным (3-5)Т.

Действительно, считая переходный процесс законченным при значении Хвых = 95 % (0,95) от максимального значения, получим (при /6=1):

откуда после логарифмирования можно записать -t^/T = In 0,05 = -2,996 или /95/Г~ 3, где /95 - время переходного процесса при ABbIX = 95 % (0,95).

Аналогично для Авых = 99 % (0,99) можно записать

откуда /99/Г = 4,61 ~ 5. Таким образом, в первом случае длительность переходного процесса можно считать равной ЗГ(с ошибкой 5 %), а во втором - 5 Т (с ошибкой 1 %).

Еще одна важная характеристика объектов, влияющая на динамику систем автоматического регулирования - запаздывание (обозначается т). Это явление, заключающееся в том, что с началом изменения сигнала на входе системы (устройства) сигнал на её выходе начинает изменяться только спустя некоторое время, называемое временем запаздывания (т).

Время запаздывания

Рис. 2.12. Время запаздывания

Чаще всего оно обусловлено ограниченной скоростью распространения сигнала по каналу передачи информации, поэтому нередко называется транспортным (или чистым) запаздыванием. На рис. 2.12 приведены две кривые разгона одного и того же объекта без запаздывания (а) и с запаздыванием (б) (например, после прохождения сигнала по линии связи).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >