Автоматические регуляторы

Автоматический регулятор, воспринимая изменение входного параметра X, определяет рассогласование (X – Х₀) и, преобразуя его в выходной параметр Y, соответственно изменяет регулирующее воздействие. Для этого регулятору необ­ходимы следующие основные элементы (рис. 3.3, а).

Чувствительный элемент ЧЭ воспринимает изменение регулиру­емого параметра Х и преобразует его в параметр X₁, более удобный для воздействия на другие элементы. На рис. 3, б показана схема регулятора температуры. С повышением температуры Х жидкость в термобаллоне ЧЭ выкипает и давление на донышко сильфона X₁ увеличивается, т. е. температура Х преобразуется в давление Х₁.

Задающее устройство ЗУ устанавливает параметр Х₃ соответст­вующий начальному значению Х₀. На рис. 3.3, б роль ЗУ играет сжа­тая пружина. Винт Н (настройка) позволяет изменить силу сжатой пружины Х₃.

Рис. 3.3. Регуляторы прямого действия: а – блочная схема; б – пример конструктивной схемы

Элемент сравнения ЭС (называемый иногда сумматором) выраба­тывает сигнал ΔX₃ = X₁ – Х₃, соответствующий рассогласованию ΔХ = Х – X₀. На рис. 3.3, б рычаг ЭС воспринимает разность силы давления X₁ и силы пружины Х₃.

Регулирующий орган РО преобразует сигнал элемента сравнения ΔX₃ в выходной параметр регулятора Y, непосредственно изменяю­щий регулирующее воздействие M_р. На рис. 3.3, б РО представляет собой клапан, который изменяет проходное сечение Y и увеличивает подачу холодного рассола M_р в объект, где произошло повышение температуры X.

Зависимость между установившимся значением выходного пара­метра Y_уст и входного Х_уст называют статической характеристикой регулятора

Регуляторы, у которых мощность сигнала рассогласования до­статочна для воздействия на регулирующий орган, называют регу­ляторами прямого действия.

Если мощность сигнала рассогласования недостаточна для воз­действия на РО, то применяют регуляторы непрямого действия (рис. 3.4), в которых для перемещения РО имеется исполнительный механизм ИМ, использующий внешний источник энергии Е (электро­энергия, сжатый воздух, давление жидкости и др.).

Усилитель Ус преобразует слабый по мощности сигнал ΔX₃ в мощный сигнал изменения внешней энергии Х₂, который приводит в действие исполнительный механизм (электродвигатель, электро­магнит). На рис. 3.4, б сигнал элемента сравнения ΔX₃ вызы­вает замыкание контактов, и возникающий ток Х₂ в катушке электро­магнита ИМ создает силу, открывающую клапан РО.

Рис. 3.4. Регуляторы непрямого действия: а – блочная схема; б – пример конструктивной схемы

Регуляторы могут также иметь узлы настройки отдельных пара­метров, дополнительные элементы для преобразования отдельных параметров, для удобства наладки и др.

Регулирующий орган рассмотренных регуляторов прямого и непрямого действия может занимать любое положение Y между Y_макс или Y_мин. При этом осуществляется плавное регулирование. Как правило, в ряде ситуаций не требуется с высокой степенью точности поддерживать постоянное значение регулируемого параметра и достаточно следить лишь за тем, чтобы оно не выходило за определенные рамки. В таком случае целесообразно использовать, так называемые, двухпозиционные регуляторы (реле), как более простые, дешевые и надежные устройства. Регулирующий орган такого регулятора в установившемся состоянии может занимать лишь одно из двух крайних положений (Y_макс или Y_мин), поскольку конструктивно в промежуточных точках нет устойчивого равновесия. Одним из типичных примеров является автоматическое поддержание температуры в холодильной камере. В реле плавное изменение входного параметра Х преобразуется в резкое замыкание или раз­мыкание электрических контактов Y.