Hur en automatisk regulator fungerar och fungerar på exemplet med en inkubatorkammare

Den enklaste och vanligaste formen av automatisk styrning av driften av tekniska anordningar är automatisk styrning, vilket kallas en metod för att hålla en given parameter konstant (till exempel axelrotationshastighet, medeltemperatur, ångtryck) eller en metod för att säkerställa dess ändring enligt en viss lag. Det kan utföras genom lämpliga mänskliga handlingar eller automatiskt, det vill säga med hjälp av lämpliga tekniska anordningar — automatiska regulatorer.

Regulatorer som upprätthåller ett konstant värde på parametern kallas för sina egna, och regulatorer som ger en ändring av en parameter enligt en viss lag kallas mjukvara.

År 1765 uppfann den ryske mekanikern I. I. Polzunov en automatisk regulator för industriella ändamål, som höll en ungefär konstant vattennivå i ångpannor. 1784, den engelske mekanikern J. Watt uppfann en automatisk guvernör som bibehöll en konstant rotationshastighet för axeln på en ångmaskin.

Regleringsprocessen

Tänk på hur du kan hålla en konstant temperatur i en kammare som kallas termostat, ett exempel på vilket skulle vara en inkubatorkammare.

Inkubator

Termostater används i stor utsträckning inom olika industrisektorer, särskilt inom livsmedelsindustrin. Slutligen kan bostadsutrymmet även betraktas som en termostat på vintern om det håller en konstant temperatur med hjälp av speciella ventiler som erbjuds på värmeradiatorerna. Låt oss visa hur icke-automatisk rumstemperaturkontroll utförs.

Antag att det är önskvärt att hålla en temperatur på 20 ° C. Det övervakas av en rumstermometer. Om den stiger högre är radiatorventilen något stängd. Detta saktar ner flödet av varmvatten i den senare. Dess temperatur sjunker och därför minskar energiflödet in i rummet, där lufttemperaturen också blir lägre.

När lufttemperaturen i rummet är lägre än 20 ° C öppnas ventilen och därmed ökar flödet av varmvatten i radiatorn, vilket gör att temperaturen i rummet stiger.

Med sådan reglering observeras små fluktuationer i lufttemperaturen runt det inställda värdet (i det övervägda exemplet cirka 20 ° C).

Mekanisk termostat

Det här exemplet visar att vissa åtgärder måste utföras i regleringsprocessen:

• mäta den justerbara parametern;
• jämför dess värde med det förinställda värdet (i detta fall bestäms det så kallade kontrollfelet - skillnaden mellan det faktiska värdet och det förinställda värdet);
• att påverka processen enligt värdet och tecken på kontrollfelet.

Vid icke-automatisk reglering utförs dessa åtgärder av en mänsklig operatör.

Automatisk justering

Reglering kan ske utan mänsklig inblandning, det vill säga med tekniska medel. I det här fallet talar vi om automatisk reglering, som utförs med hjälp av en automatisk regulator. Låt oss ta reda på vilka delar den består av och hur dessa delar interagerar med varandra.

Mätningen av det faktiska värdet av den kontrollerade parametern utförs av en mätanordning som kallas en sensor (i inkubatorexemplet — temperatursensor).

Resultaten av mätningarna ges av sensorn i form av någon fysisk signal (höjd på den termometriska vätskekolonnen, deformation av den bimetalliska plattan, värde på spänning eller ström vid sensorns utgång, etc.).

Jämförelsen av det faktiska värdet för den kontrollerade parametern med den givna görs av en speciell komparator som kallas nollkroppen. I detta fall bestäms skillnaden mellan det faktiska värdet för den kontrollerade parametern och dess specificerade (dvs. erforderliga) värde. Denna skillnad kallas kontrollfel. Det kan vara både positivt och negativt.

Värdet på styrfelet omvandlas till en viss fysisk signal som påverkar den exekutiv som styr det kontrollerade objektets tillstånd. Som ett resultat av det verkställande organets påverkan på objektet ökar eller minskar den kontrollerade parametern beroende på tecknet på justeringsfelet.

Således är huvuddelarna av den automatiska regulatorn: ett mätelement (sensor), ett referenselement (nollelement) och ett verkställande element.

För att nollelementet ska jämföra det uppmätta värdet för den styrda variabeln med det inställda värdet, är det nödvändigt att ange parameterns inställningsvärde i den automatiska styrenheten. Detta görs med hjälp av en speciell anordning, den sk Master, som omvandlar den automatiska justeringen av parameterns inställda värde till en fysisk signal på en viss nivå.

I detta fall är det viktigt att de fysiska signalerna från givarutgångarna och det inställda värdet är av samma karaktär. Endast i detta fall är det möjligt att jämföra med en nollkropp.

Det bör också noteras att effekten hos utsignalen som motsvarar regleringsfelet som regel är otillräcklig för att styra det verkställande organets funktion. I detta avseende är den specificerade signalen förförstärkt. Därför inkluderar den automatiska regulatorn, förutom de tre huvuddelarna som anges (sensor, nollelement och ställdon), även en inställning och en förstärkare.

Ett typiskt blockschema över ett automatiskt styrsystem

Som framgår av detta diagram är det automatiska styrsystemet stängt. Från styrobjektet går information om värdet på den kontrollerade parametern till sensorn och sedan till nollkroppen, varefter signalen som motsvarar styrfelet passerar genom förstärkaren till den verkställande kroppen, vilket har den nödvändiga effekten på kontrollobjekt.

Förflyttningen av signaler från styrobjektet till nollkroppen är en återkopplingsslinga. Återkoppling är en förutsättning för regleringsprocessen. En sådan sluten slinga påverkas också av yttre påverkan.

Först (och detta är det viktigaste), är föremålet för reglering utsatt för yttre påverkan.Det är dessa influenser som orsakar förändringar i parametrarna för dess tillstånd och inför reglering.

För det andra är den externa påverkan på det automatiska styrsystemets krets ingången till nollkroppen genom inställningsvärdet för det erforderliga värdet för den kontrollerade parametern, vilket bestäms baserat på analysen av hela systemets driftsläge, vilket inkluderar denna automatiska enhet. Denna analys utförs av en människa eller en kontrolldator.

Exempel på automatiska regulatorer:

Enheten och principen för drift av den elektriska termostaten för järn

Användningen av en PID-regulator i automationssystem på exemplet med TRM148 OWEN