2. Примеры систем автоматического регулирования
2.1 Система стабилизации уровня в ёмкости (рис. 2.1)
Уровень в цистерне зависит от расходов в единицу времени жидкости на сторонах притока и расхода. При, например, возрастании расхода уровень понижается. Поплавок регулятора (чувствительный элемент) опускается и через рычаг открывает клапан на стороне подвода жидкости (регулирующий орган), увеличивая подвод её. Регулятор прямого действия. Новый установившийся уровень окажется ниже того, который был до увеличения расхода. Это объясняется тем, что так как установившийся режим наступает при равенстве подвода и отвода жидкости, с возрастанием расхода необходимо повысить приток, то есть увеличить открытие клапана, что возможно при условии снижения уровня.
Рис. 2.1. САР уровня жидкости в цистерне.
Регулятор статический, на режимах различных, но постоянных во времени расходов поддерживаемый уровень будет различным.
Функциональная схема автоматизации (Рис. 2.2):
1.1 – исполнительный механизм;
1.2 – клапан на трубопроводе.
Рис. 2.2 Функциональная схема САР уровня жидкости в цистерне
2.2 Регулятор частоты вращения вала главного судового дизеля (рис. 2.3)
При, например, возрастании сопротивления вращению гребного винта частота вращения вала снижается. Грузики регулятора Г (чувствительный элемент) приводятся во вращение от вала двигателя. При снижении частоты вращения центробежная сила грузиков уменьшается, и под действием пружины П (задающее устройство) муфта регулятора М (сравнивающее устройство) перемещается вниз, вызывая через рычаг перемещение рейки топливных насосов Р (регулирующий орган) в сторону увеличения подачи топлива (+).
Регулятор прямого действия. Как и предыдущий, он на различных установившихся режимах поддерживает различные частоты вращения, поскольку различным нагрузкам двигателя должны соответствовать различные положения рейки топливных насосов, что по конструкции регулятора возможно при различных положениях муфты, а значит, при различных частотах вращения. Изменением затяжки пружины можно изменить задаваемую частоту вращения.
Рис.2.3 Центробежный регулятор частоты вращения вала прямого действия
Функциональная схема автоматизации (Рис. 2.4):
2.1 – первичный преобразователь частоты вращения SE;
2.2 – исполнительный механизм (рычаг);
3.3 – рейка ТНВД.
Рис. 2.4 Функциональная схема центробежного регулятора частоты вращения вала прямого действия
2.3 Регулятор частоты вращения вала непрямого действия (рис 2.5)
Здесь перемещение муфты приводит к перемещению золотника гидравлического усилителя, открывающего поступление силового масла (от насоса – дополнительного источника энергии) в одну из полостей поршневого сервомотора (исполнительный механизм) и сообщающего другую его полость со сливом. Сервомотор перемещает рейку топливных насосов в направлении соответствующего изменения топливоподачи.
Рис. 2.5 Регулятор частоты вращения вала непрямого действия
Этот регулятор является астатическим, и объяснить такое его свойство можно путём следующих рассуждений. Установившийся режим наступает, когда прекращается движение рейки топливных насосов. Для этого золотник должен занять единственное положение, соответствующее полному перекрытию масляных каналов его поясками. По конструкции регулятора это возможно при единственном положении муфты, то есть при единственной частоте вращения. Рейка же топливных насосов займёт положение, соответствующее необходимой для конкретного режима топливоподаче.
Из сравнения рассмотренных регуляторов можно сделать заключение: если положение регулирующего органа однозначно связано с положением измерителя, то регулятор и система будут статическими. Если же эта связь не является однозначной, - регулятор и система астатические.
Последнему из рассмотренных регуляторов присущ серьёзный недостаток, заключающийся в возможности колебаний частоты вращения. Дело в том, что в начале переходного процесса происходит быстрое и сильное перемещение золотника и большое открытие им каналов сервомотора. Поршень при этом движется с высокой скоростью и может пройти дальше того положения, которое соответствует новому установившемуся режиму, это вызовет заброс частоты вращения, и регулятору придётся работать в обратном направлении. Достижение нового установившегося режима будет сопровождаться колебаниями регулируемой величины, что часто нежелательно.
С целью уменьшения склонности системы к колебаниям возникает идея: заставить поршень сервомотора замедлять своё движение, организовав воздействие самого поршня на золотник в направлении, противоположном смещению последнего под действием муфты. Это достигается введением в конструкцию регулятора корректирующего устройства - элемента дополнительной обратной связи.
Функциональная схема автоматизации (Рис. 2.6):
3.1 – первичный преобразователь частоты вращения SE;
3.2 – регулятор частоты вращения SC;
3.3 – исполнительный механизм (гидравлический сервомотор);
3.4 – рейка ТНВД.
Рис. 2.6 Функциональная схема центробежного регулятора частоты вращения вала непрямого действия