Основные понятия об автоматическом регулировании

Система автоматического управления — это совокупность объекта управления и управляющего устройства, осуществляющих какой-нибудь процесс полностью или частично без вмешательства обслуживающего персонала. Объект управления — комплекс технических элементов, выполняющих основную технологическую задачу — характеризуется значениями некоторых величин на его входе и выходе. Если в качестве объекта управления рассматривать рефрижераторный вагон, то величиной на выходе будет температура в грузовом помещении tваг, а величиной на входе — холодопроизводительность холодильной машины Q0.

Величину на выходе, которую требуется поддерживать в определенном интервале, называют регулируемым параметром и обозначают X0. Величина на входе объекта — это параметр, с помощью которого управляют значением величины на выходе.

Внешнее воздействие на объект управления, вызывающее отклонение регулируемого параметра от исходного значения Х0, называется нагрузкой. В данном случае это будут теплопритоки в вагон Qн. Действительное значение регулируемого параметра X под воздействием нагрузки Qн отклоняется от заданного значения X0. Такое отклонение называется рассогласованием: Х=Х – X0. Воздействие на объект, которое уменьшает рассогласование Х, является регулирующим воздействием. В нашем примере это будет холодопроизводительность машины Q0. Если Q0 = Qн, то Х = 0, а регулируемый параметр не изменяется: Х0 — const.

 

Устройство, воспринимающее рассогласование АХ и воздействующее на объект для уменьшения рассогласования, называется автоматическим регулятором, или просто регулятором.

Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования (рис. 1).

Рис. 1. Система автоматического регулирования

Регулирование может выполняться по нагрузке и рассогласованию. В первом случае регулятор воспринимает изменение нагрузки и на столько же изменяет регулирующее воздействие, поддерживая равенство Q0 = Qн. Однако проще следить за отклонением регулируемого параметра Х0, т.е. изменять регулирующее воздействие Q0 в зависимости от значения Х.

Системы автоматизации различаются по своему назначению:

управления, сигнализации, защиты, регулирования и комбинированные. Между собой они отличаются составом элементов и связями между, ними.

Структурная схема автоматической системы определяет, из каких звеньев она состоит. Например, в систему автоматического регулирования входят объект регулирования и автоматический регулятор, состоящий из нескольких элементов — чувствительного элемента, задающего устройства, элемента сравнения, регулирующего органа и т.д.

На рис. 2 показана простая одноконтурная система автоматического регулирования, широко применяющаяся при автоматизации холодильных установок. Работа объекта характеризуется параметром X на выходе, по которому ведется регулирование. На объект воздействует внешняя нагрузка Qн. Управление осуществляется регулирующим воздействием Q0. Автоматический регулятор должен так изменять величину Q0, чтобы значение X. соответствовало заданному Х0. В системе имеются цепи прямой и обратной связи.

Цепь прямой связи служит для формирования и передачи к объекту регулирующего воздействия Q0; по цепи обратной связи поступает информация о ходе процесса. В цепь прямой связи входят усилитель (У), исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО). В цепь обратной связи включен чувствительный элемент (ЧЭ).

 

Рис. 2. Структурная схема автоматического регулирования

 

Обе цепи замыкаются элементом сравнения (ЭС). В регуляторе могут не применяться отдельные элементы (усилитель, исполнительный механизм). Некоторые детали могут выполнять функции нескольких элементов.