自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(已修改)
2025-01-30 19:48 本頁(yè)面
【正文】 第七章 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ? 第一節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則 ? 第二節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 ? 第三節(jié) 加熱爐溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則 ? 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)就是獲取原始被測(cè)量的傳感器或有關(guān)的敏感元件，實(shí)現(xiàn)一次變換?？紤]到它們的敏感、變換原理或特性的限制以及外界影響，一次變換后的信號(hào)通常滿足不了測(cè)量與控制的要求。因此總要經(jīng)過一些中間環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、阻抗匹配、干擾抑制、濾波等功能。這樣可以按照一定的規(guī)律或方式構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。 一、開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng) 開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)又稱直接變換型檢測(cè)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是信號(hào)的流動(dòng)只沿著從輸入到輸出的一個(gè)方向 (正向 )進(jìn)行，如圖 7— 1所示。開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)是由一系列環(huán)節(jié)串聯(lián)而成的。 ? 圖中， Gl、 G2 、 G ?G n分別為各環(huán)節(jié)的傳送函數(shù) ,則該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： G＝ GlG2G3．．． Gn ? 若各環(huán)節(jié)的靜態(tài)靈敏度分別為 K K ?K n，則該系統(tǒng)的靜態(tài)靈敏度K為各個(gè)環(huán)節(jié)的靈敏度的乘積，即 ? K＝ KlK2K3?K n ? 如果各個(gè)環(huán)節(jié)本身的相對(duì)誤差為 δ δ δ ? δ n，則該系統(tǒng)輸出端的相對(duì)誤差 δ 為各個(gè)環(huán)節(jié)的相對(duì)誤差之和，即 ? δ ＝ δ 1+δ 2+δ 3+? δ n= ? 因此，為了減小開環(huán)測(cè)量系統(tǒng)的誤差，必須減小各個(gè)環(huán)節(jié)的誤差。可見，開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。易于實(shí)現(xiàn) ,但開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的誤差以及由它們引入的干擾都將直接影響檢測(cè)結(jié)果，因此對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確度和抗干擾能力都要求較高。為此，發(fā)展了閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)。 ??nii1?二、閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng) 圖 72 閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖 如圖 72所示，正向通路各組成環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 Kl、 K2 …K n，反饋回路各組成環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為 β β …β m．若分別考慮正向通路的傳遞函數(shù) K和反饋回路的傳遞函數(shù) β，則可分別寫作 K=K1K2…K n= ??niiK1 ??mii1?β＝ β1β2…βm ＝ 閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) Kf為： )()(1)()()()(00ssKsKsXsYsKf ????閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)又稱平衡變換型測(cè)量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是除了一個(gè)正向變換通路之外還有一個(gè)反饋回路。 ? 當(dāng) Kβ〉〉 1時(shí) ， 由上式可得： )()()(0 ssXsY i??由此可知，正向通道各環(huán)節(jié)的誤差對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的輸出基本沒有什么影響，系統(tǒng)輸出端的誤差主要由反饋回路的誤差所決定。因此，只要反饋回路具有較高的精度，即可保證整個(gè)系統(tǒng)具有較高的精度。 結(jié)論： 對(duì)于閉環(huán)式檢測(cè)系統(tǒng)，由于反饋回路內(nèi)的各環(huán)節(jié)特性不全或很少造成測(cè)量誤差，因此采用大回路閉環(huán)，使更多的電路置于閉環(huán)中會(huì)更有利。對(duì)于開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，容易造成誤差的部分應(yīng)考慮采用閉環(huán)方法。因此，對(duì)檢測(cè)精度要求較高的檢測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)將開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)巧妙地組合在一起加以應(yīng)用，才能提高自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的精度。 閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)是按偏差進(jìn)行控制的，其特點(diǎn)是不論什么原因，使輸出量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)的控制作用去減小或消除這個(gè)偏差，使被測(cè)量與真值趨于一致，具有抑制任何內(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)輸出量產(chǎn)生影響的能力，有較高的檢測(cè)精度。但這種系統(tǒng)使用的元件多、線路復(fù)雜，特別是系統(tǒng)性能分析的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。盡管如此，它仍是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的檢測(cè)方式。 三、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ? 設(shè)計(jì)要求： （ 1）性能穩(wěn)定：即系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)具有時(shí)間穩(wěn)定性。 （ 2）精度符合要求：精度主要取決于傳感器、信號(hào)調(diào)節(jié)采集器等模擬變換部件。 （ 3）有足夠的動(dòng)態(tài)響應(yīng)：現(xiàn)代檢測(cè)中，高頻信號(hào)成分迅速增加，要求系統(tǒng)必須具有足夠的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。 （ 4）具有實(shí)時(shí)和事后數(shù)據(jù)處理能力：能在實(shí)驗(yàn)過程中處理數(shù)據(jù)，便于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)觀察分析，及時(shí)判斷實(shí)驗(yàn)對(duì)象的狀態(tài)和性能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的目的是確保實(shí)驗(yàn)安全、加速實(shí)驗(yàn)進(jìn)程和縮短實(shí)驗(yàn)周期。系統(tǒng)還必須有事后處理能力，待試驗(yàn)結(jié)束后能對(duì)全部數(shù)據(jù)做完整、詳盡的分析。 （ 5）具有開放性和兼容性：主要表現(xiàn)為檢測(cè)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)具有良好的開放性和兼容性?？梢愿鶕?jù)需要擴(kuò)展系統(tǒng)硬件和軟件，便于使用和維護(hù)。 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)主要用于對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程進(jìn)行自動(dòng) 監(jiān)視和自動(dòng)保護(hù)，并且無論是傳統(tǒng)的檢測(cè)系統(tǒng)，還是 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，均包含一定的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)， 但是根據(jù)檢測(cè)任務(wù)不同，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求也不一樣， 但在設(shè)計(jì)、綜合和配置檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮以下要求： 設(shè)計(jì)原則： ? （ 1）環(huán)節(jié)最少原則：組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)元件或單元通常稱為環(huán)節(jié)。 ? （ 2）精度匹配原則：在對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行精度分析的基礎(chǔ)上．根據(jù)各環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)精度影響程度的不同和實(shí)際可能，分別對(duì)各環(huán)節(jié)提出不同的精度要求和恰當(dāng)?shù)木确峙?，做到恰到好處，這就是精度匹配原則。 ? (3)阻抗匹配原則：，測(cè)量信息的傳輸是靠能量流進(jìn)行的。因此，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)的一條重要原則是要保證信息能流最有效的傳遞。這個(gè)原則是由四端網(wǎng)絡(luò)理論導(dǎo)出的，亦即檢測(cè)系統(tǒng)中兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的輸入阻抗與輸出阻抗相匹配的原則。 ? (4)經(jīng)濟(jì)原則：在設(shè)計(jì)過程中，要處理好所要求的精度與儀表制造成本之間的矛盾。要盡量采用合理的結(jié)構(gòu)型式與合理的工藝要求，恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行各環(huán)節(jié)的靈敏度分配和誤差分配，盡量以最少的環(huán)節(jié)、最低的成本建立起高精度的檢測(cè)系統(tǒng)。 ? (5)標(biāo)準(zhǔn)化與通用性原則：為縮短研制周期．便于大批量生產(chǎn)和使用過程中的維修，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用已有的標(biāo)準(zhǔn)零部件
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