Hoe een automatische regelaar werkt en werkt op het voorbeeld van een incubatorkamer

De eenvoudigste en meest gebruikelijke vorm van automatische besturing van de werking van technische apparaten is automatische besturing, wat een methode wordt genoemd om een ​​bepaalde parameter constant te houden (bijvoorbeeld asrotatiesnelheid, mediumtemperatuur, stoomdruk) of een methode om ervoor te zorgen dat zijn verandering volgens een bepaalde wet. Het kan worden uitgevoerd door geschikte menselijke acties of automatisch, dat wil zeggen met behulp van geschikte technische apparaten - automatische regelaars.

Regelaars die een constante waarde van de parameter behouden, worden hun eigen genoemd, en controllers die een wijziging van een parameter volgens een bepaalde wet mogelijk maken, worden software genoemd.

In 1765 vond de Russische monteur I. I. Polzunov een automatische regelaar uit voor industriële doeleinden, die een ongeveer constant waterpeil in stoomketels handhaafde. In 1784 schreef de Engelse monteur J. Watt vond een automatische regelaar uit die een constante rotatiesnelheid van de as van een stoommachine handhaafde.

Regelgeving proces

Overweeg hoe u een constante temperatuur kunt handhaven in een kamer genaamd thermostaat, een voorbeeld hiervan zou een incubatorkamer zijn.

Incubator

Thermostaten worden veel gebruikt in verschillende industriële sectoren, met name in de voedingsmiddelenindustrie. Ten slotte kan de leefruimte in de winter ook als thermostaat worden beschouwd als deze met behulp van speciale kleppen op de verwarmingsradiatoren een constante temperatuur handhaaft. Laten we laten zien hoe niet-automatische regeling van de kamertemperatuur wordt uitgevoerd.

Ga ervan uit dat het wenselijk is om een ​​temperatuur van 20 ° C te handhaven. Het wordt gecontroleerd door een kamerthermometer. Stijgt deze hoger, dan is de radiatorkraan iets gesloten. Dit vertraagt ​​de stroom van warm water in de laatste. De temperatuur daalt en daardoor neemt de stroom van energie in de kamer af, waar ook de luchttemperatuur lager wordt.

Wanneer de luchttemperatuur in de kamer lager is dan 20 ° C, gaat de klep open en neemt de stroom warm water in de radiator toe, waardoor de temperatuur in de kamer stijgt.

Bij een dergelijke regeling worden kleine schommelingen in de luchttemperatuur rond de ingestelde waarde waargenomen (in het beschouwde voorbeeld ongeveer 20°C).

Mechanische thermostaat

Dit voorbeeld laat zien dat bepaalde acties moeten worden uitgevoerd in het reguleringsproces:

• meet de instelbare parameter;
• vergelijk de waarde met de vooraf ingestelde waarde (in dit geval wordt de zogenaamde regelfout bepaald - het verschil tussen de werkelijke waarde en de vooraf ingestelde waarde);
• om het proces te beïnvloeden volgens de waarde en het teken van de besturingsfout.

Bij niet-automatische regeling worden deze acties uitgevoerd door een menselijke operator.

Automatische aanpassing

Regulering kan plaatsvinden zonder menselijke tussenkomst, dat wil zeggen met technische middelen. In dit geval hebben we het over automatische regeling, die wordt uitgevoerd met behulp van een automatische regelaar. Laten we eens kijken uit welke onderdelen het bestaat en hoe deze onderdelen met elkaar omgaan.

De meting van de werkelijke waarde van de gecontroleerde parameter wordt uitgevoerd door een meetapparaat dat een sensor wordt genoemd (in het voorbeeld van de incubator — temperatuursensor).

De resultaten van de metingen worden door de sensor gegeven in de vorm van een fysiek signaal (hoogte van de thermometrische vloeistofkolom, vervorming van de bimetalen plaat, waarde van spanning of stroom aan de uitgang van de sensor, enz.).

De vergelijking van de werkelijke waarde van de gecontroleerde parameter met de gegeven parameter wordt gemaakt door een speciale comparator die de null body wordt genoemd. In dit geval wordt het verschil bepaald tussen de werkelijke waarde van de gecontroleerde parameter en de gespecificeerde (dwz vereiste) waarde. Dit verschil wordt controlefout genoemd. Het kan zowel positief als negatief zijn.

De waarde van de besturingsfout wordt omgezet in een bepaald fysiek signaal dat de uitvoerende macht beïnvloedt die de toestand van het bestuurde object controleert. Als gevolg van de impact van het uitvoerend orgaan op het object, neemt de gecontroleerde parameter toe of af, afhankelijk van het teken van de aanpassingsfout.

De belangrijkste onderdelen van de automatische regelaar zijn dus: een meetelement (sensor), een referentie-element (nul-element) en een uitvoerend element.

Om ervoor te zorgen dat het nulelement de gemeten waarde van de geregelde variabele vergelijkt met de ingestelde waarde, is het noodzakelijk om de ingestelde waarde van de parameter in de automatische regelaar in te voeren. Dit gebeurt met behulp van een speciaal apparaat, de zgn Master, die de automatische aanpassing van de ingestelde waarde van de parameter omzet in een fysiek signaal op een bepaald niveau.

Hierbij is het belangrijk dat de fysieke signalen van de sensoruitgangen en de ingestelde waarde van dezelfde aard zijn. Alleen in dit geval is het mogelijk om te vergelijken met een nullichaam.

Er moet ook worden opgemerkt dat het vermogen van het uitgangssignaal dat overeenkomt met de regelfout in de regel onvoldoende is om de werking van het uitvoerend orgaan te regelen. In dit opzicht wordt het gespecificeerde signaal voorversterkt. Daarom bevat de automatische regelaar naast de drie aangegeven hoofdonderdelen (sensor, nulelement en actuator) ook een instelling en een versterker.

Een typisch blokschema van een automatisch regelsysteem

Zoals te zien is in dit diagram, is het automatische besturingssysteem gesloten. Van het besturingsobject gaat informatie over de waarde van de gecontroleerde parameter naar de sensor en vervolgens naar het nullichaam, waarna het signaal dat overeenkomt met de besturingsfout door de versterker gaat naar het uitvoerende orgaan, wat het nodige effect heeft op de controle object.

De beweging van signalen van het besturingsobject naar het nullichaam is een feedbacklus. Feedback is een voorwaarde voor het reguleringsproces. Zo'n gesloten lus wordt ook beïnvloed door invloeden van buitenaf.

Ten eerste (en dit is het belangrijkste) wordt het object van regulering blootgesteld aan invloeden van buitenaf.Het zijn deze invloeden die veranderingen in de parameters van zijn staat veroorzaken en regulering opleggen.

Ten tweede is de externe invloed op het circuit van het automatische besturingssysteem de invoer in het nullichaam via de ingestelde waarde van de vereiste waarde van de gecontroleerde parameter, die wordt bepaald op basis van de analyse van de bedrijfsmodus van het gehele systeem, die omvat dit automatische apparaat. Deze analyse wordt uitgevoerd door een mens of een besturingscomputer.

Voorbeelden van automatische regelaars:

Het apparaat en het werkingsprincipe van de elektrische thermostaat voor ijzer

Het gebruik van een PID-controller in automatiseringssystemen op het voorbeeld van de TRM148 OWEN