Как работи и работи автоматичен регулатор по примера на инкубаторна камера

Най -простата и най -разпространена форма на автоматично управление на работата на техническите устройства е автоматичното управление, което се нарича метод за поддържане на даден параметър постоянен (например скорост на въртене на вала, температура на средата, налягане на парата) или метод за осигуряване на неговата промяна според определен закон. Тя може да се извърши чрез подходящи човешки действия или автоматично, тоест с помощта на подходящи технически устройства — автоматични регулатори.

Регулаторите, които поддържат постоянна стойност на параметъра, се наричат ​​свои собствени, а контролерите, които осигуряват промяна на параметър според определен закон, се наричат ​​софтуер.

През 1765 г. руският механик И. И. Ползунов изобретява автоматичен регулатор за промишлени цели, който поддържа приблизително постоянно ниво на водата в парните котли. През 1784 г. английският механик Дж. Уот изобретява автоматичен регулатор, който поддържа постоянна скорост на въртене на вала на парна машина.

Процес на регулиране

Помислете как можете да поддържате постоянна температура в камера, наречена термостат, пример за който би била камера за инкубатор.

Инкубатор

Термостатите се използват широко в различни индустриални сектори, особено в хранително -вкусовата промишленост. И накрая, жизненото пространство може да се счита и за термостат през зимата, ако поддържа постоянна температура с помощта на специални клапани, предлагани на отоплителните радиатори. Нека покажем как се извършва неавтоматичен контрол на стайната температура.

Да приемем, че е желателно да се поддържа температура от 20 ° C. Тя се наблюдава чрез стаен термометър. Ако се издигне по -високо, тогава вентилът на радиатора е леко затворен. Това забавя потока на гореща вода в последната. Температурата му намалява и следователно потокът от енергия в помещението намалява, където температурата на въздуха също става по -ниска.

Когато температурата на въздуха в помещението е по -малка от 20 ° C, вентилът се отваря и по този начин потокът от гореща вода в радиатора се увеличава, поради което температурата в помещението се повишава.

При такова регулиране се наблюдават малки колебания в температурата на въздуха около зададената стойност (в разглеждания пример около 20 ° C).

Механичен термостат

Този пример показва, че в процеса на регулиране е необходимо да се извършат определени действия:

• измерете регулируемия параметър;
• сравнете стойността му с предварително зададената стойност (в този случай се определя т. нар. грешка в контрола — разликата между действителната стойност и предварително зададената стойност);
• да повлияе на процеса в съответствие със стойността и знака на грешката при управление.

При неавтоматично регулиране тези действия се извършват от човешки оператор.

Автоматично регулиране

Регулирането може да се извърши без човешка намеса, тоест чрез технически средства. В този случай говорим за автоматично регулиране, което се извършва с помощта на автоматичен регулатор. Нека да разберем от какви части се състои и как тези части взаимодействат помежду си.

Измерването на действителната стойност на контролирания параметър се извършва от измервателно устройство, наречено сензор (в примера с инкубатор — температурен сензор).

Резултатите от измерванията се дават от сензора под формата на някакъв физически сигнал (височина на термометричния течен стълб, деформация на биметалната плоча, стойност на напрежението или тока на изхода на сензора и т.н.).

Сравнението на действителната стойност на контролирания параметър с дадения се прави от специален сравнител, наречен нулев орган. В този случай се определя разликата между действителната стойност на контролирания параметър и неговата определена (т.е. необходима) стойност. Тази разлика се нарича контролна грешка. Тя може да бъде както положителна, така и отрицателна.

Стойността на грешката при управление се преобразува в определен физически сигнал, който влияе върху изпълнителния орган, който контролира състоянието на управлявания обект. В резултат на въздействието на изпълнителния орган върху обекта контролираният параметър се увеличава или намалява в зависимост от знака на грешката при регулирането.

По този начин основните части на автоматичния регулатор са: измервателен елемент (сензор), референтен елемент (нулев елемент) и изпълнителен елемент.

За да може нулевият елемент да сравнява измерената стойност на контролираната променлива с зададената стойност, е необходимо да се въведе зададената стойност на параметъра в автоматичния регулатор. Това става с помощта на специално устройство, т. Нар. Master, което преобразува автоматичното регулиране на зададената стойност на параметъра във физически сигнал на определено ниво.

В този случай е важно физическите сигнали на изходите на сензора и зададената стойност да са от едно и също естество. Само в този случай е възможно да се сравнят с нулев орган.

Трябва също така да се отбележи, че мощността на изходния сигнал, съответстваща на грешката при регулирането, като правило е недостатъчна за контрол на работата на изпълнителния орган. В тази връзка посоченият сигнал е предварително усилен. Следователно, автоматичният регулатор, в допълнение към посочените три основни части (сензор, нулев елемент и задвижващ механизъм), включва също настройка и усилвател.

Типична блокова схема на автоматична система за управление

Както може да се види от тази диаграма, системата за автоматично управление е затворена. От обекта на управление информацията за стойността на управлявания параметър отива към сензора, а след това към нулевото тяло, след което сигналът, съответстващ на грешката при управление, преминава през усилвателя към изпълнителния орган, което има необходимия ефект върху контролен обект.

Движението на сигналите от контролния обект към нулевия орган е обратна връзка. Обратната връзка е предпоставка за процеса на регулиране. Такава затворена верига също се влияе от външни влияния.

Първо (и това е най -важното), обектът на регулиране е изложен на външни влияния. Именно тези влияния причиняват промени в параметрите на неговото състояние и налагат регулиране.

На второ място, външното влияние върху веригата на автоматичната система за управление е въвеждането в нулевия орган чрез зададената стойност на необходимата стойност на контролирания параметър, която се определя въз основа на анализа на режима на работа на цялата система , който включва това автоматично устройство. Този анализ се извършва от човек или контролен компютър.

Примери за автоматични регулатори:

Устройството и принципът на действие на електрическия термостат за желязо

Използването на PID контролер в системите за автоматизация по примера на TRM148 OWEN