Классификация элементов автоматики

Любая самая сложная автоматическая система состоит из определенного комплекса элементов. Многообразие автоматических систем порождает и многообразие элементов, что, в свою очередь, приводит к необходимости их классификации. Нередко признаки классификации выбираются произвольно, и она в этом случае не достигает своей цели и даже дезориентирует при выборе требуемого элемента. Поэтому большое значение приобретают выявление и обоснование признаков, которые должны быть положены в основу классификации элементов автоматики. При этом наиболее важны последовательность расположения, выделение главных и вспомогательных признаков, т. е. разработка соответствующей иерархической структуры. Этим вопросам пока еще уделяется недостаточно внимания, вероятно, из-за некоторой неопределенности представления о многих элементах, но именно эти разработки могут помочь провести научную классификацию элементов и способствовать тем самым укреплению основ теории элементов автоматики.

В основу классификационной схемы могут быть положены функциональные признаки. В этом случае элементы подразделяются на следующие классы (рис. 1.6): элементы информации, сравнения, распределения, усиления, вычисления, памяти, логики, исполнения, вспомогательные.

Известная доля неопределенности заключена в классе вспомогательных элементов, из которых в будущем должны быть сформированы классы с более конкретными функциональными признаками.

Рисунок 1.6 Классификация элементов автоматики по функциональному признаку

Предлагаемый набор классов элементов позволяет собрать любую автоматическую систему измерения, контроля, регулирования и управления. Каждый класс элементов в зависимости от выбранных основных и вспомогательных признаков, в свою очередь, может подразделяться на подклассы, группы, подгруппы, виды, подвиды и т. д.

Элементы автоматики могут быть построены на различной физической и конструктивной основе, поэтому основными их признаками являются функциональная зависимость и принципы формирования. Для дальнейшего подразделения могут быть приняты такие признаки, как состояние вещества, из которого строится элемент (твердое, жидкое, газообразное), и характер измеряемой величины (или состояния), т.е. механическая, акустическая, тепловая, электрическая, магнитная, химическая и др.

Любые величины и состояния могут быть реализованы двумя путями. Первый путь связан с физическими принципами формирования элемента, второй — с конструктивными. Кроме того, важно знать в качестве признака элемента характер его выходного параметра: механический, акустический, тепловой, оптический, электрический, магнитный, радиоактивный и др. На рис. 1.7 приведены основные классификационные признаки элементов автоматики.

Любой элемент может иметь различный характер преобразования — электрический, пневматический, гидравлический или механический. Таким образом, у элементов сравнения основными классификационными признаками могут быть характер действия (электрический, пневматический, гидравлический) и характер сравнения (амплитуда сигнала, частота, фаза, длительность, знак, число импульсов, код).

В свою очередь, каждая величина (амплитуда, частота и т.д.) имеет свою разветвленную классификационную схему.

Основными классификационными признаками элементов распределения могут быть также характер действия (электрический, пневматический, гидравлический) и принцип действия.

Такой признак, как характер действия, относится почти ко всем элементам, и в дальнейшем, если не будет особо оговорено, его следует рассматривать как признак каждого элемента.

В приведенной классификационной схеме перечисляются только основные признаки ряда элементов, т. е. она неполная и требует дальнейшего уточнения и развития.

Элементыусиления разделяют прежде всего по выполняемым функциям: усилители тока, напряжения, мощности как постоянного, так и переменного тока. В то же время в зависимости от принципа действия электрические усилители могут быть электронными, магнитными, ионными, электромашинными, электромеханическими, фотоэлектрическими, гальваномагнитными и на основе использования различных нелинейностей. В свою очередь, усилители любого принципа действия имеют также разветвленную схему классификации.

Для элементов вычисления главным признаком является функциональная зависимость, т.е. то математическое действие, для которого они предназначены — сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, извлечение корня, логарифмирование, потенцирование, реализация тригонометрических функций, дифференцирование по времени, параметру, интегрирование по времени, параметру.

Элементы памяти классифицируются как по выполняемым функциям, так и по принципу их действия. Это прежде всего задатчики опорных сигналов, элементы для задания программы, различных временных функций и других параметров.

Элементами исполнения могут быть всевозможные простейшие и сложные устройства, классифицировать которые трудно, хотя, видимо, их можно подразделить по принципу действия, имея в виду также и разделение в зависимости от характера действия. К классу вспомогательных элементов можно отнести те, которые не получили еще окончательного конструктивного оформления.

Вопросы классификации при формировании определенного научного направления имеют большое значение, поэтому важна и дальнейшая разработка признаков разделения элементов и группирования их с одновременным решением вопросов определения особенностей расчета и исследования каждой группы.

Рисунок 1.7 Классификационные признаки элементов автоматики