Особо жесткие требования предъявляются  к чувствительности и точности измерения, поскольку точность автоматической системы не может быть выше точности устройства, измеряющего и преобразующего ошибку рассогласования. Основным показателем точности измерения является погрешность измерения, т.е. отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности измерения по способу выражения можно разделить на абсолютные и относительные, а по источнику возникновения – на инструментальные, допущенные при изготовлении собственно измерителей, и методические, возникающие вследствие несовершенства метода измерения, [11].

     УПУ – усилительно- преобразующее устройство. Оно состоит из блока формирования алгоритма регулирования, блока настройки параметров этого алгоритма и усилителя мощности.

     В контуре регулирования САУ усилитель  относится к изменяемой части, так  как его выбирают готовым или  проектируют на основе уже известных  характеристик чувствительных и исполнительных элементов, а также из условия обеспечения заданной точности работы систем. Поскольку общий коэффициент усиления разомкнутой системы обычно невелик, то для получения заданной добротности коэффициент передачи усилителя по напряжению должен быть высоким. С другой стороны, для обеспечения требуемой мощности управления исполнительным устройством, усилитель должен обладать высоким коэффициентом усиления по мощности.

     Помимо  простого усиления сигнала ошибки, усилитель современных САУ дополнительно решает следующие задачи:

• формирование сигнала управления путем сложения сигнала ошибки с корректирующим сигналом или путем непосредственного преобразования (интегрирования или дифференцирования) сигнала ошибки;
• преобразование сигнала тока одного рода в другой;
• ослабление и подавление помех, поступающих на вход усилителя;
• ограничение сигналов на входе для защиты элементов усилителя, а на выходе – для ограничения максимальной скорости движения объекта регулирования.

     Усилительные  устройства САУ должны отвечать техническим требованиям по линейности статических характеристик, входному сопротивлению, зоне нечувствительности, стабильности нуля, линейности суммирования входных сигналов и безынерционности, [2].

     КУ-1 – последовательное корректирующее устройство. Корректирующие устройства представляют собой звенья со специально выбранными передаточными функциями. Звено – это элемент, входящий в САУ, в котором определенным образом преобразуется входной параметр в выходной. КУ-1 обычно применяют в автоматических системах для повышения их устойчивости и ускорения переходных процессов или уменьшения установившихся ошибок. В первом случае последовательное корректирующее звено является дифференцирующим, обеспечивающим введение в закон управления системы производную от ошибки, во втором случае – интегрирующим, обеспечивающим введение в закон управления системы интеграл от ошибки. Введение интегрирующих звеньев в прямую цепь регулирования повышает порядок астатизма системы, исключая этим установившиеся ошибки для некоторых входных воздействий. Однако устойчивость системы при этом, как правило, ухудшается.

     При последовательном включении корректирующего  звена происходит ослабление сигнала  ошибки, поэтому приходится включать в схему дополнительный усилитель  или увеличивать коэффициент усиления имеющегося усилителя. Естественно, в этих случаях схема системы усложняется, кроме того, наряду с полезным сигналом происходит усиление сигналов помехи, [10].

     УПТ – усилитель постоянного тока. Это устройство, которое может усиливать медленно изменяющиеся электрические сигналы, то есть оно способно усиливать и переменные и постоянные составляющие входного сигнала. УПТ обычно используют в приборах измерительной техники и автоматики (в сочетании с разного рода датчиками, например фотоэлементом, термопарой и др.), при измерении малых токов и зарядов (так называемый электрометрический УПТ), а также в электронных аналоговых вычислительных машинах — в качестве операционных усилителей. УПТ имеют много разновидностей (дифференциальные, операционные, усилители с преобразованием входного сигнала и др.). Поскольку такие устройства пропускают наряду с переменной составляющей еще и постоянную, то отдельные каскады должны быть связаны между собой либо непосредственно, либо через резисторы, но не через разделительные конденсаторы или трансформаторы, которые не пропускают постоянную составляющую. Основную проблему усилителей постоянного тока представляет дрейф нуля – отклонение напряжения на выходе усилителя от начального (нулевого) значения при отсутствии входного сигнала. Основной причиной этого явления являются температурная и временная нестабильность параметров активных элементов схемы усилителя, резисторов, а также источников питания. Одним из возможных путей уменьшения дрейфа нуля является использование дифференциальных усилителей.

     Усиление  постоянного тока можно осуществлять двумя принципиально различными методами: непосредственно по постоянному току и с предварительным преобразованием постоянного тока в переменный. В соответствии с этим усилители постоянного тока делятся на два основных типа: усилители прямого усиления и усилители с преобразованием по частоте. Особенность УПТ прямого усиления – отсутствие в цепях связи между усилителями, каскадами реактивных элементов (конденсаторов, трансформаторов). В таких усилителях постоянного тока проблема дрейфа решается непосредственно, уменьшением его в каждом из каскадов усилителя, и, прежде всего – во входном.

     Большим недостатком УПТ прямого усиления, которое резко сужает их область применения, является зависимость их характеристик и параметров от дестабилизирующих факторов – температуры, напряжения источника питания, сопротивления нагрузки и т.п.

     В УПТ. с преобразованием по частоте  проблема дрейфа решается путём преобразования (модуляции) входного, медленно меняющегося сигнала с помощью вспомогательных колебаний (т. е. преобразованием входного сигнала в сигнал на частоте вспомогательных колебаний с амплитудой, пропорциональной амплитуде на входе), после чего преобразованный сигнал усиливается бездрейфовым (с реактивными элементами связи между каскадами) усилителем, а затем путём детектирования (демодуляции) вновь преобразуется в сигнал, повторяющий форму входного сигнала, [1].

     УМ – усилитель мощности. Предназначены для увеличения мощности сигнала на выходе измерительной части системы автоматического управления, так как в большинстве случаев она недостаточна для приведения в действие исполнительных устройств. Назначение и место усилителей в САУ обусловливает и предъявляемые к ним требования. Так, для усилителя в измерительной цепи главным параметром является стабильность характеристики, большой частотный диапазон и отсутствие искажения сигнала, а для выходного каскада усиления — КПД и выходная мощность.

     Для работы УМ необходим вспомогательный  источник энергии. В зависимости от вида энергии вспомогательного источника усилители делятся на электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные, [2].

     ИУ – исполнительное устройство. Это устройство предназначено для перемещения объекта регулирования (ОР) в соответствии с заданным законом управления. ИУ работают в сложных динамических режимах слежения за сигналом рассогласования. Отсюда вытекают специфические требования к этим устройствам:

• способность выдерживать кратковременные перегрузки, возникающие в системе;
• обеспечение высоких скоростей и ускорений по перемещению ОР;
• плавное регулирование в широких пределах и обеспечение независимости частоты вращения выходного вала от изменения нагрузки (достаточная жесткость механической характеристики);
• малая инерционность и способность работать в определенных температурных диапазонах без перегрева.

     Кроме перечисленных требований, к ИУ предъявляют  общетехнические требования:

• малые масса и размер;
• высокая надежность при механических и климатических воздействиях.

      В системах автоматического управления пищевых производств широкое применение получили следующие виды исполнительных устройств:

• трубчатые электронагреватели;
• электрические двигатели приводов клапанов;
• электромагнитные устройства (муфты, преобразователи, шаговые двигатели);
• гидравлические устройства (гидромоторы, гидроцилиндры)

      Управление  ИУ в зависимости от способа его  реализации может быть непрерывным  или дискретным (импульсным и релейным). При непрерывном методе сигнал управления подается непрерывно во времени. Импульсный метод осуществляется подачей последовательности импульсов, в амплитуде, ширине или частоте посылки которых заключена информация об управляющем сигнале. Релейный метод обеспечивает подключение ИУ к источнику питания в зависимости от уровня сигнала управления.

     Применением указанных методов управления можно  добиться непрерывного (плавного) или  прерывистого (дискретного) движения выходного  вала. По указанному признаку различают  ИУ с непрерывной или дискретной обработкой. Непрерывный метод управления обеспечивает только непрерывную, релейный – только дискретную обработку. При импульсном методе управления возможны оба вида движения выходного вала в зависимости от частоты посылки импульсов или от типа ИУ. Если частота импульсов большая, движение вала непрерывное, так как ИУ вследствие инерционности не успевает реагировать на управляющий сигнал. При низкой частоте импульсов движение выходного вала может быть прерывистым, [11].

     ОУ – объект управления. Это устройство или динамический процесс, управление поведением которого является целью создания системы автоматического управления. Ключевым моментом является создание математической модели, описывающей поведение объекта управления в зависимости от его состояния, управляющих воздействий и возможных возмущений (помех). В САУ считается, что управляющее воздействие на объект управления оказывает устройство управления. В реальных системах устройство управления интегрировано с объектом управления, поэтому для результативной теории важно точно определить границу между этими звеньями одной цепи. Состояние объекта управления характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность вещества, влажность и т.д, [2].  
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Математическое описание  и оценка свойств  некорректированной  системы графоаналитическим  методом

     Рассмотрим  основные свойства и характеристики, а также математическое описание некорректированной системы автоматического регулирования (рисунок 3)

     Рис. 3 Структурная схема некорректированной системы стабилизации температуры 

     САР состоит из регулируемого объекта  и регулятора, который воздействует на объект при изменении одной  или нескольких регулируемых переменных.

     Поскольку объект регулирования является элементом или звеном САР, то свойства САР зависят, прежде всего, от свойств объекта регулирования. Поэтому для создания работоспособной САР обеспечивающей требуемое качество регулирования, необходимо, прежде всего, знать свойства объекта регулирования (статические и динамические). Так же необходимо определить, устойчива ли система, приемлемо ли качество переходного процесса, [1].

     Устойчивость  – это свойство системы возвращаться в исходное состояние после вывода ее из состояния равновесия и прекращения действия возмущения. Устойчивость – это одно из основных требований, предъявляемых к системе. Если система не устойчива, то она не работоспособна.

     В теории автоматического управления разработан ряд так называемых критериев устойчивости. Это графоаналитические методы, позволяющие по виду частотных характеристик САУ судить об их устойчивости. Их общее достоинство в простой геометрической интерпретации, наглядности и в отсутствии ограничений на порядок дифференциального уравнения, [6].

     Существует  две группы критериев устойчивости:

1. Алгебраические критерии – позволяют судить об устойчивости системы по коэффициентам характеристического уравнения (критерий Рауса-Гурвица и Вышнеградского). Из эти критериев не следуют рекомендации как изменить параметры системы для получения желаемых свойств системы.
2. Частотные критерии (Найквиста, Михайлова) – наглядны, позволяют судить о качестве процесса управления, позволяют использовать частотные характеристики полученные экспериментально.