4.4. Датчики координат суим
Основными координатами СУИМ являются: скорость вращения или линейная скорость Vлин перемещения рабочего органа, угловое положение вала или линейное перемещение Sлин рабочего органа, статическая нагрузка Мс на валу или перестановочное усилие F рабочего органа ИМ, температура T ° объекта управления, давление P и расход Q жидкостей или газов и др.
Быстродействие современных датчиков первичной информации, устройств преобразования, приема/передачи информации о координатах состояния ИМ достаточно высоко по сравнению с быстродействием технологических координат, на которые воздействуют ИМ.
ММ датчиков координат СУИМ обычно представляются в виде безынерционных звеньев, входом которых являются измеряемые координаты, а выходами – напряжения (0-10 В), токи (0-20 мА) или значения цифрового кода. Например:
Кдс – коэффициент передачи датчика скорости РО, Кдс = Uдс /ω;
Кдп – коэффициент передачи датчика положения РО, Кдс = Uдс /φ;
Кдт – коэффициент передачи датчика тока (якоря, статора и т.п.), Кдт = Uдт /i .
Коэффициенты передач датчиков рассчитывают для номинальных значений входных и выходных координат.
При необходимости фильтрации (сглаживания пульсаций измеряемых сигналов) ММ датчиков координат СУИМ представляют в виде инерционных моделей 1-го или более высокого порядка. Тот же тахогенератор постоянного тока обладает: оборотными пульсациями вследствие неравномерности магнитного зазора, коллекторными, зубцовыми и полюсными пульсациями. В силу этого при синтезе САР скорости тахогенератор, как правило, рассматривают в виде апериодического звена 1-го порядка
, (4.36)
где 
–
коэффициент передачи тахогенератора,
;
–
постоянная времени фильтра тахогенератора.
Координаты технологической среды (давления, расхода, температуры и др.) измеряются датчиками, имеющими определенную инерцию, а иногда и чистое запаздывание. В последнем случае их модель представляют в виде инерционного звена с запаздыванием. Например, термопара в капсуле, применяемая для измерения температуры, может быть представлена передаточной функцией
, (4.37)
где
– измеряемая температура, °С; 
– напряжение термопары, мВ;
Кдт – коэффициент передачи датчика температуры, Кдт = Uдт,н /Tн°;
Tдт, τ – соответственно постоянные времени инерции и чистого запаздывания.
Параметры датчиков приводятся, как правило, в паспортных данных, но иногда их приходится определять экспериментально.
4.5. Регуляторы, корректирующие звенья
Регуляторы и корректирующие звенья составляют основу устройства управления исполнительными механизмами и призваны скорректировать статические и динамические свойства СУИМ в соответствие с требованиями к качеству управления.
В качестве регуляторов систем автоматизации и управления применяются электронные регуляторы на аналоговой и цифровой элементной базе, пневматические, гидравлические и комбинированные. Большинство регуляторов являются регуляторами непрямого действия, лишь в редких случаях – прямого действия (работают без притока энергии извне).
Независимо от технологического назначения регуляторов (регуляторов скорости, положения рабочего органа, давления, уровня, температуры и т.д.) все они подразделяются на 2 больших класса:
– параметрические регуляторы класса «вход/выход» (П-, ПИ-, ПИД- и т.п. регуляторы, где буквами П, И, Д обозначены соответственно пропорциональная, интегральная и дифференциальная компоненты управления – параметры регуляторов);
– регуляторы состояния (апериодические, модальные и т.п.). В отличие от регуляторов 1-го класса они контролируют все состояние системы, либо ее некоторой части, т.е. имеют обратные связи по полному либо усеченному вектору состояния системы.
В зависимости от применяемой аппаратной базы регуляторы могут быть аналоговыми (на операционных усилителях), цифровыми (на микропроцессорах), релейными или релейно-импульсными (на контактных и бесконтактных реле, микропроцессорах).
Регулятор класса «вход/выход» на функциональных схемах СУИМ обозначается в виде переходной функции, которую имеет данный регулятор, например в виде, приведенном на рис. 4.21, а.
Обозначения на схеме:
Хвх – входной сигнал – сигнал ошибки регулирования той или иной координаты СУИМ;
Увых – выходной сигнал регулятора.
Рис. 4.21. Функциональные схемы регуляторов СУИМ
Регуляторы состояния (рис. 4.21, б), в отличие от регуляторов класса «вход/выход» имеют как минимум одно входное задающее воздействие и обратную связь по вектору состояния. Такие регуляторы состояния являются скалярными. В общем случае они являются векторными, имеют несколько задающих воздействий и могут иметь входные воздействия, компенсирующие внешние возмущения.
Обозначения на схеме:
Xз – вектор задающих воздействий, Xз = хз1 хз2 ... хзk T;
X – вектор (полный или усеченный) состояния; X = х1 х2 ... хn T;
Yвых – вектор выходных воздействий регулятора; Yвых = у1 у2 ... уmT;
F – вектор возмущающих воздействий; F = f1 f2 ... fd T.
При k = m = 1 векторный регулятор состояния преобразуется в скалярный регулятор.
Регуляторы состояния в СУИМ применяются крайне редко. Как правило, современные СУИМ оснащены ПИ, ПИД или ПДД регуляторами (аналоговыми, цифровыми или релейно-импульсными).
Рассмотрим наиболее часто применяемые в СУИМ параметрически оптимизируемые аналоговые регуляторы класса «вход/выход».
Их можно представить в виде усилительного звена - операционного усилителя (рис 4.22).
Рис. 4.22. Функциональная схема регулятора класса «вход/выход»
Обозначения на схеме:
A1 – операционный усилитель;
Zвх, Z0 – комплексные сопротивления во входной цепи и в цепи обратной связи операционного усилителя.
Математическую модель таких регуляторов чаще всего представляют либо в виде передаточной функции (структурной схемы), либо в виде дифференциальных уравнений (переходной функции). Входной сигнал представляет собой разность между задающим сигналом и сигналом обратной связи по регулируемой координате (сигнал ошибки регулирования). Обратная связь всегда отрицательна. У операционного усилителя задействован инверсный вход, а значит, выходной сигнал операционного усилителя всегда будет противоположен по знаку сигналу ошибки.
При математическом описании регуляторов применим следующую последовательность: принципиальная схема регулятора – передаточная функция – переходная характеристика – переходный процесс – изображение блок-схемы регулятора (функциональной схемы).