Hvordan en automatisk regulator fungerer og virker på eksemplet med et inkubatorkammer

Den enkleste og mest almindelige form for automatisk styring af driften af ​​tekniske apparater er automatisk styring, som kaldes en metode til at holde en given parameter konstant (f.eks. akselrotationshastighed, mellemtemperatur, damptryk) eller en metode til at sikre dens ændring i henhold til en bestemt lov. Det kan udføres gennem passende menneskelige handlinger eller automatisk, det vil sige ved hjælp af passende tekniske enheder - automatiske regulatorer.

Regulatorer, der opretholder en konstant værdi af parameteren, kaldes deres egne, og regulatorer, der giver en ændring af en parameter i henhold til en bestemt lov, kaldes software.

I 1765 opfandt den russiske mekaniker I. I. Polzunov en automatisk regulator til industrielle formål, som holdt en omtrent konstant vandstand i dampkedler. I 1784, den engelske mekaniker J. Watt opfandt en automatisk guvernør, der opretholdt en konstant rotationshastighed af akslen på en dampmaskine.

Reguleringsproces

Overvej hvordan du kan opretholde en konstant temperatur i et kammer kaldet termostat, et eksempel på hvilket ville være et inkubatorkammer.

Inkubator

Termostater er meget udbredt i forskellige industrisektorer, især i fødevareindustrien. Endelig kan boligen også betragtes som en termostat om vinteren, hvis den holder en konstant temperatur ved hjælp af specielle ventiler, der tilbydes på varmeradiatorerne. Lad os vise, hvordan ikke-automatisk rumtemperaturstyring udføres.

Antag, at det er ønskeligt at opretholde en temperatur på 20 ° C. Det overvåges af et rumtermometer. Hvis den stiger højere, så er radiatorventilen lidt lukket. Dette bremser strømmen af ​​varmt vand i sidstnævnte. Dens temperatur falder, og derfor falder energistrømmen ind i rummet, hvor lufttemperaturen også bliver lavere.

Når lufttemperaturen i rummet er mindre end 20°C, åbner ventilen og dermed øges strømmen af ​​varmt vand i radiatoren, hvorved temperaturen i rummet stiger.

Med en sådan regulering observeres små udsving i lufttemperaturen omkring den indstillede værdi (i det betragtede eksempel ca. 20 ° C).

Mekanisk termostat

Dette eksempel viser, at visse handlinger skal udføres i reguleringsprocessen:

• måle den justerbare parameter;
• sammenligne dens værdi med den forudindstillede værdi (i dette tilfælde bestemmes den såkaldte kontrolfejl - forskellen mellem den faktiske værdi og den forudindstillede værdi);
• at påvirke processen i henhold til værdien og fortegn på kontrolfejlen.

Ved ikke-automatisk regulering udføres disse handlinger af en menneskelig operatør.

Automatisk justering

Regulering kan ske uden menneskelig indgriben, det vil sige med tekniske midler. I dette tilfælde taler vi om automatisk regulering, som udføres ved hjælp af en automatisk regulator. Lad os finde ud af, hvilke dele den består af, og hvordan disse dele interagerer med hinanden.

Målingen af ​​den faktiske værdi af den kontrollerede parameter udføres af en måleenhed kaldet en sensor (i inkubatoreksemplet — temperatur måler).

Resultaterne af målingerne er givet af sensoren i form af et fysisk signal (højden af ​​den termometriske væskesøjle, deformation af den bimetalliske plade, værdi af spænding eller strøm ved udgangen af ​​sensoren osv.).

Sammenligningen af ​​den faktiske værdi af den kontrollerede parameter med den givne foretages af en speciel komparator kaldet nullegemet. I dette tilfælde bestemmes forskellen mellem den faktiske værdi af den kontrollerede parameter og dens specificerede (dvs. påkrævede) værdi. Denne forskel kaldes kontrolfejl. Det kan være både positivt og negativt.

Værdien af ​​kontrolfejlen konverteres til et bestemt fysisk signal, der påvirker den executive, der kontrollerer det kontrollerede objekts tilstand. Som et resultat af det udøvende organs påvirkning på objektet, stiger eller falder den kontrollerede parameter afhængigt af tegnet på justeringsfejlen.

Således er hoveddelene af den automatiske regulator: et måleelement (sensor), et referenceelement (nulelement) og et executive element.

For at nul-elementet kan sammenligne den målte værdi af den kontrollerede variabel med den indstillede værdi, er det nødvendigt at indtaste den indstillede værdi af parameteren i den automatiske controller. Dette gøres ved hjælp af en speciel enhed, den såkaldte Master, som konverterer den automatiske justering af parameterens indstillede værdi til et fysisk signal på et bestemt niveau.

I dette tilfælde er det vigtigt, at de fysiske signaler fra sensorudgangene og den indstillede værdi er af samme karakter. Kun i dette tilfælde er det muligt at sammenligne med et nullegeme.

Det skal også bemærkes, at effekten af ​​udgangssignalet svarende til reguleringsfejlen som regel er utilstrækkelig til at kontrollere driften af ​​det udøvende organ. I denne henseende er det specificerede signal forforstærket. Derfor inkluderer den automatiske regulator, udover de tre angivne hoveddele (sensor, nulelement og aktuator), også en indstilling og en forstærker.

Et typisk blokdiagram over et automatisk styresystem

Som det kan ses af dette diagram, er det automatiske styresystem lukket. Fra kontrolobjektet går information om værdien af ​​den kontrollerede parameter til sensoren og derefter til nullegemet, hvorefter signalet svarende til styrefejlen går gennem forstærkeren til det udøvende organ, hvilket har den nødvendige effekt på kontrolobjekt.

Bevægelsen af ​​signaler fra kontrolobjektet til nullegemet er en feedback-loop. Feedback er en forudsætning for reguleringsprocessen. En sådan lukket sløjfe er også påvirket af ydre påvirkninger.

For det første (og dette er det vigtigste), er reguleringsobjektet udsat for ydre påvirkninger.Det er disse påvirkninger, der forårsager ændringer i parametrene for dens tilstand og pålægger regulering.

For det andet er den eksterne indflydelse på kredsløbet af det automatiske kontrolsystem input til nullegemet gennem den indstillede værdi af den krævede værdi af den kontrollerede parameter, som bestemmes baseret på analysen af ​​driftstilstanden for hele systemet, som inkluderer denne automatiske enhed. Denne analyse udføres af et menneske eller en kontrolcomputer.

Eksempler på automatiske regulatorer:

Enheden og princippet om drift af den elektriske termostat til jern

Brugen af ​​en PID-regulator i automatiseringssystemer på eksemplet med TRM148 OWEN