Hogyan működik és működik egy automata szabályozó egy inkubátorkamra példáján

A műszaki eszközök működésének automatikus szabályozásának legegyszerűbb és legelterjedtebb formája az automata vezérlés, amelyet egy adott paraméter (például tengelyfordulatszám, közeghőmérséklet, gőznyomás) állandó szinten tartására szolgáló módszernek, illetve a működés biztosításának módszerének nevezünk. változása egy bizonyos törvény szerint. Megfelelő emberi beavatkozással vagy automatikusan, azaz megfelelő műszaki eszközök – automatikus szabályozók – segítségével valósítható meg.

Azokat a szabályozókat, amelyek a paraméter állandó értékét fenntartják, sajátjuknak, azokat a vezérlőket pedig, amelyek egy adott törvény szerint megváltoztatják a paramétert, szoftvereknek nevezzük.

1765-ben I. I. Polzunov orosz szerelő feltalált egy automata szabályozót ipari célokra, amely megközelítőleg állandó vízszintet tartott fenn a gőzkazánokban. 1784-ben az angol szerelő, J. Watt feltalált egy automatikus szabályozót, amely állandó forgási sebességet tartott fenn a gőzgép tengelyében.

Szabályozási folyamat

Fontolja meg, hogyan tarthat fenn állandó hőmérsékletet az úgynevezett kamrában termosztát, amelyre példa lehet egy inkubátorkamra.

Inkubátor

A termosztátokat széles körben használják különféle ipari ágazatokban, különösen az élelmiszeriparban. Végül a lakótér télen is termosztátnak tekinthető, ha a fűtőtesteken kínált speciális szelepek segítségével állandó hőmérsékletet tart fenn. Mutassuk meg, hogyan történik a nem automatikus szobahőmérséklet-szabályozás.

Tételezzük fel, hogy kívánatos 20 ° C hőmérsékletet tartani. Ezt szobahőmérővel figyeljük. Ha magasabbra emelkedik, akkor a radiátorszelep kissé zárva van. Ez utóbbiban lelassítja a forró víz áramlását. Csökken a hőmérséklete, és ezért csökken az energiaáramlás a helyiségbe, ahol a levegő hőmérséklete is alacsonyabb lesz.

Amikor a levegő hőmérséklete a helyiségben 20 ° C alatt van, a szelep kinyílik, és így megnő a meleg víz áramlása a radiátorban, aminek következtében a helyiség hőmérséklete emelkedik.

Ilyen szabályozással a levegő hőmérsékletének kis ingadozása figyelhető meg a beállított érték körül (a vizsgált példában körülbelül 20 ° C).

Mechanikus termosztát

Ez a példa azt mutatja, hogy bizonyos műveleteket végre kell hajtani a szabályozási folyamatban:

• mérje meg az állítható paramétert;
• hasonlítsa össze az értékét az előre beállított értékkel (ebben az esetben az úgynevezett szabályozási hiba kerül meghatározásra - a tényleges érték és az előre beállított érték közötti különbség);
• hogy a vezérlési hiba értéke és előjele szerint befolyásolja a folyamatot.

A nem automatikus szabályozásban ezeket a műveleteket emberi kezelő végzi.

Automatikus beállítás

A szabályozás emberi beavatkozás nélkül, azaz technikai eszközökkel történhet. Ebben az esetben automatikus szabályozásról beszélünk, amelyet egy automatikus szabályozó segítségével hajtanak végre. Nézzük meg, milyen részekből áll, és ezek a részek hogyan hatnak egymásra.

A szabályozott paraméter tényleges értékének mérését egy érzékelőnek nevezett mérőeszköz végzi (az inkubátoros példában - hőmérséklet szenzor).

A mérések eredményeit az érzékelő valamilyen fizikai jel formájában adja meg (hőmérő folyadékoszlop magassága, a bimetál lemez deformációja, feszültség vagy áram értéke az érzékelő kimenetén stb.).

A szabályozott paraméter tényleges értékének összehasonlítását az adott paraméterrel egy speciális összehasonlító, a nulltestnek nevezett komparátor végzi. Ebben az esetben a szabályozott paraméter tényleges értéke és a meghatározott (azaz szükséges) értéke közötti különbség kerül meghatározásra. Ezt a különbséget vezérlési hibának nevezzük. Lehet pozitív és negatív is.

A vezérlési hiba értéke egy bizonyos fizikai jellé alakul, amely hatással van a vezérelt objektum állapotát szabályozó végrehajtóra. A végrehajtó szerv objektumra gyakorolt ​​hatásának eredményeként a szabályozott paraméter a beállítási hiba előjelétől függően nő vagy csökken.

Így az automata szabályozó fő részei: egy mérőelem (érzékelő), egy referenciaelem (nulla elem) és egy végrehajtó elem.

Ahhoz, hogy a nulla elem összehasonlíthassa a szabályozott változó mért értékét a beállított értékkel, szükséges a paraméter beállított értékének megadása az automata vezérlőben. Ez egy speciális eszköz, az ún Master, amely a paraméter beállított értékének automatikus beállítását egy bizonyos szinten fizikai jellé alakítja.

Ebben az esetben fontos, hogy az érzékelőkimenetek fizikai jelei és a beállított érték azonos jellegűek legyenek. Csak ebben az esetben lehet nulltesttel összehasonlítani.

Azt is meg kell jegyezni, hogy a szabályozási hibának megfelelő kimeneti jel teljesítménye általában nem elegendő a végrehajtó szerv működésének vezérléséhez. Ebben a tekintetben a megadott jelet előre felerősítik. Ezért az automata szabályozó a jelzett három fő rész (érzékelő, nulla elem és működtető) mellett egy beállítást és egy erősítőt is tartalmaz.

Az automatikus vezérlőrendszer tipikus blokkvázlata

Amint az ábrán látható, az automatikus vezérlőrendszer zárva van. A vezérlőobjektumtól a vezérelt paraméter értékére vonatkozó információ az érzékelőhöz, majd a nulla testhez kerül, majd a vezérlési hibának megfelelő jel az erősítőn keresztül a végrehajtó szervhez jut, ami a szükséges hatást gyakorolja a vezérlő objektum.

A jelek mozgása a vezérlő objektumtól a nulltest felé visszacsatoló hurok. A visszajelzés a szabályozási folyamat előfeltétele. Az ilyen zárt hurkot külső hatások is befolyásolják.

Először is (és ez a legfontosabb) a szabályozás tárgya külső hatásoknak van kitéve.Ezek a hatások okozzák az állapot paramétereinek változását és szabályozást.

Másodszor, az automatikus vezérlőrendszer áramkörére gyakorolt ​​külső hatás a nulla testbe történő bevitel a szabályozott paraméter kívánt értékének beállított értékén keresztül, amelyet a teljes rendszer működési módjának elemzése alapján határoznak meg. tartalmazza ezt az automatikus eszközt. Ezt az elemzést egy ember vagy egy vezérlő számítógép végzi.

Példák automatikus szabályozókra:

A vasaló elektromos termosztátjának készüléke és működési elve

PID szabályozó alkalmazása automatizálási rendszerekben a TRM148 OWEN példáján