Kaip veikia ir veikia automatinis reguliatorius inkubatoriaus kameros pavyzdyje

Paprasčiausia ir labiausiai paplitusi techninių prietaisų veikimo automatinio valdymo forma yra automatinis valdymas, kuris vadinamas tam tikro parametro (pvz., veleno sukimosi greičio, terpės temperatūros, garų slėgio) išlaikymo pastoviu būdu arba užtikrinimo būdu. jo kaita pagal tam tikrą dėsnį. Tai gali būti atliekama atitinkamais žmogaus veiksmais arba automatiškai, tai yra, naudojant atitinkamus techninius prietaisus – automatinius reguliatorius.

Reguliatoriai, palaikantys pastovią parametro reikšmę, vadinami savais, o valdikliai, teikiantys parametro keitimą pagal tam tikrą dėsnį – programine įranga.

1765 metais rusų mechanikas I. I. Polzunovas išrado pramoniniams tikslams skirtą automatinį reguliatorių, kuris palaikydavo maždaug pastovų vandens lygį garo katiluose. 1784 metais anglų mechanikas Dž. Wattas išrado automatinį reguliatorių, kuris palaikė pastovų garo variklio veleno sukimosi greitį.

Reguliavimo procesas

Apsvarstykite, kaip galite palaikyti pastovią temperatūrą kameroje, vadinamoje termostatas, kurio pavyzdys būtų inkubatoriaus kamera.

Inkubatorius

Termostatai plačiai naudojami įvairiuose pramonės sektoriuose, ypač maisto pramonėje. Galiausiai, gyvenamoji patalpa gali būti laikoma ir žiemą termostatu, jei ji palaiko pastovią temperatūrą specialių ventilių, siūlomų ant šildymo radiatorių, pagalba. Parodykime, kaip atliekamas neautomatinis kambario temperatūros reguliavimas.

Tarkime, kad pageidautina palaikyti 20 ° C temperatūrą. Ji stebima kambario termometru. Jei jis pakyla aukščiau, tada radiatoriaus vožtuvas yra šiek tiek uždarytas. Tai sulėtina karšto vandens tekėjimą pastarajame. Jo temperatūra mažėja, todėl sumažėja energijos srautas į patalpą, kur oro temperatūra taip pat tampa žemesnė.

Oro temperatūrai patalpoje esant žemesnei nei 20 °C, vožtuvas atsidaro ir taip padidėja karšto vandens srautas radiatoriuje, dėl to pakyla temperatūra patalpoje.

Taikant tokį reguliavimą, stebimi nedideli oro temperatūros svyravimai apie nustatytą vertę (nagrinėjamame pavyzdyje apie 20 ° C).

Mechaninis termostatas

Šis pavyzdys rodo, kad reguliavimo procese reikia atlikti tam tikrus veiksmus:

• išmatuoti reguliuojamą parametrą;
• palyginkite jo reikšmę su iš anksto nustatyta reikšme (šiuo atveju nustatoma vadinamoji valdymo klaida – skirtumas tarp tikrosios ir iš anksto nustatytos reikšmės);
• paveikti procesą pagal valdymo klaidos reikšmę ir ženklą.

Neautomatiniame reguliavime šiuos veiksmus atlieka žmogus operatorius.

Automatinis reguliavimas

Reguliavimas gali būti atliktas be žmogaus įsikišimo, tai yra techninėmis priemonėmis. Šiuo atveju kalbame apie automatinį reguliavimą, kuris atliekamas naudojant automatinį reguliatorių. Išsiaiškinkime, iš kokių dalių jis susideda ir kaip šios dalys sąveikauja viena su kita.

Tikrosios valdomo parametro vertės matavimas atliekamas matavimo prietaisu, vadinamu jutikliu (inkubatoriaus pavyzdyje - temperatūros jutiklis).

Matavimų rezultatus jutiklis pateikia tam tikro fizinio signalo pavidalu (termometrinio skysčio stulpelio aukštis, bimetalinės plokštės deformacija, įtampos ar srovės reikšmė jutiklio išėjime ir kt.).

Tikrosios valdomo parametro vertės palyginimas su duotuoju atliekamas specialiu lygintuvu, vadinamu nuliniu korpusu. Šiuo atveju nustatomas skirtumas tarp tikrosios kontroliuojamo parametro vertės ir nurodytos (ty reikalingos) jo reikšmės. Šis skirtumas vadinamas valdymo klaida. Tai gali būti ir teigiama, ir neigiama.

Valdymo klaidos reikšmė paverčiama tam tikru fiziniu signalu, kuris veikia vykdomąją valdžią, kuri kontroliuoja valdomo objekto būseną. Dėl vykdomosios institucijos poveikio objektui valdomas parametras didėja arba mažėja priklausomai nuo reguliavimo klaidos ženklo.

Taigi pagrindinės automatinio reguliatoriaus dalys yra: matavimo elementas (jutiklis), atskaitos elementas (nulinis elementas) ir vykdomasis elementas.

Tam, kad nulinis elementas palygintų išmatuotą valdomo kintamojo vertę su nustatyta reikšme, reikia automatiniame valdiklyje įvesti nustatytą parametro reikšmę. Tai atliekama naudojant specialų įrenginį, vadinamąjį Master, kuris automatinį nustatytos parametro vertės reguliavimą paverčia fiziniu signalu tam tikrame lygyje.

Šiuo atveju svarbu, kad jutiklio išėjimų fiziniai signalai ir nustatyta vertė būtų vienodo pobūdžio. Tik šiuo atveju galima lyginti su nuliniu kūnu.

Taip pat pažymėtina, kad išėjimo signalo galia, atitinkanti reguliavimo paklaidą, paprastai yra nepakankama vykdomosios institucijos darbui kontroliuoti. Šiuo atžvilgiu nurodytas signalas yra iš anksto sustiprintas. Todėl automatinis reguliatorius, be trijų pagrindinių nurodytų dalių (jutiklio, nulinio elemento ir pavaros), taip pat apima nustatymą ir stiprintuvą.

Tipiška automatinės valdymo sistemos blokinė schema

Kaip matyti iš šios diagramos, automatinė valdymo sistema yra uždaryta. Iš valdymo objekto informacija apie valdomo parametro reikšmę patenka į jutiklį, o po to į nulinį korpusą, po kurio valdymo klaidą atitinkantis signalas per stiprintuvą patenka į vykdomąjį organą, o tai turi reikiamą poveikį. valdymo objektas.

Signalų judėjimas iš valdymo objekto į nulinį korpusą yra grįžtamojo ryšio kilpa. Grįžtamasis ryšys yra būtina reguliavimo proceso sąlyga. Tokią uždarą kilpą veikia ir išoriniai poveikiai.

Pirma (ir tai yra svarbiausia), reguliavimo objektas yra veikiamas išorinių poveikių.Būtent šios įtakos sukelia jo būsenos parametrų pokyčius ir įveda reguliavimą.

Antra, išorinis poveikis automatinės valdymo sistemos grandinei yra įėjimas į nulinį korpusą per nustatytą valdomo parametro reikiamos vertės vertę, kuri nustatoma remiantis visos sistemos darbo režimo analize, apima šį automatinį įrenginį. Šią analizę atlieka žmogus arba kontrolinis kompiuteris.

Automatinių reguliatorių pavyzdžiai:

Elektrinio lygintuvo termostato įtaisas ir veikimo principas

PID valdiklio naudojimas automatikos sistemose, pavyzdžiui, TRM148 OWEN