Пример простейшей непрерывной замкнутой системы регулирования и ее функциональная схема

Общая функциональная схема. Схематически замкнутая система регулирования может быть представлена рядом элементов, выполняющих определенные функции (рис. 1.1.14): 1 — исполнительное устройст­во, 2 — объект регулирования, 3 — измерительное устройство, 4 — устройство сравнения, 5 — устройство задания на управляемую коор­динату, 6 — усилитель. На рисунке не показано устройство коррекции, улучшающее характеристики системы.

Рисунок 1.1.14 – Замкнутая система регулирования

Принципиально объект управления отличает от всех остальных элементов системы то, что он обычно бывает задан и при разработке системы управления не может быть изменен, тогда как все остальные элементы выбираются специально для решения заданной задачи управления.

Совокупность всех элементов системы, кроме объекта, образует управляющее устройство, или регулятор. Измерительные устройства предназначены для получения сигнала, соответствующего регулируемой величине. Этот сигнал в устройстве сравнения вычитается из заданного с помощью специального устройства задания на управляемую величину. Полученная разность е, называемая величиной рассогласования, подается на усилитель. Выход усилителя подключается к исполнительному устройству, воздействующему на управляющую величину объекта.

В зависимости от физической природы управляющей и управляемой величин в системе регулирования отсутствуют измерительное и исполнительное устройства. Если выходом усилителя является управляющая координата, то отсутствует исполнительное устройство. Если же выходная управляемая координата непосредственно подается на устройство сравнения, то отсутствует измерительное устройство.

Задание v на управляемую величину может вводиться в систему различно. Наиболее простой случай — когда задание выражается в тех же единицах, что и выходная величина измерительного устройства к_иу. При этом на исполнительное устройство поступает разность Однако задание может быть также выражено коэффициентом пропорциональности k_a измерительного устройства. В этом случае выходная величина измерительного устройства k_иy сравнивается с некоторой, обычно постоянной, величиной Е_о, и на вход усилителя поступает разность

Регуляторы могут быть непрерывными и дискретными. В первом случае все величины, преобразуемые различными звеньями системы, непрерывно изменяются во времени; во втором они могут представлять собой разрывные функции времени, причем моменты разрыва либо задаются специальным импульсным устройством (импульсные системы), либо определяются нелинейными характеристиками элементов (релейные системы и системы с переменной структурой). Ниже рассматриваются примеры простейших непрерывных систем регулирования. Примеры импульсных систем рассматриваются в гл. XIII, а релейных систем, систем с переменной структурой, а также самонастраивающихся систем — во второй части курса.

Поплавковый регулятор уровня. Одним из первых в мире технических регуляторов является поплавковый регулятор уровня жидкости, построенный И. И. Ползуновым в 1795 г. для поддержания постоянного уровня воды и паровом котле. Сейчас регуляторы такого типа находят широкое применение в технике.

Примером простейшего ив то же время наиболее распространенного современного регулятора уровня является поплавковая камера автомобильного карбюратора (рис. 1.1.15, а). Объектом регулирования является камера 1, в которой уровень бензина Н непосредственно измеряется положением поплавка 2. Системой рычагов с поплавком связана игла 3, регулирующая приток бензина в камеру Q. При уровне Н = Н_о игла полностью запирает канал притока бензина, т. е. Q = 0. Величина Н_о задает требуемое значение регулируемой величины; она устанавливается при наладке регулировкой рычага иглы.

Внешним неконтролируемым воздействием служит расход бензина G, поступающего к жиклерам двигателя. Этот расход приводит к уменьшению уровня в поплавковой камере.

Функциональная схема рассматриваемого регулятора показана на рис. 1.1.15, б. В ней выделено два элемента системы: поплавковая камера, служащая объектом, совмещенным с измерительным устройством, на вход которого подается разность Q — G, а выходной величиной является уровень бензина Н; исполнительное устройство, представляющее собой управляемый изменением положения поплавка и перемещением иглы канал притока бензина, задающий величину Q.

Рисунок 1.1.15 – Поплавковая камера автомобильного карбюратора и функциональная схема регулятора