2. Обыкновенные системы регулирования

Обыкновенными системами являются стабилизирующие, программные и следящие системы автоматического регулирования.

Стабилизирующие автоматические системы предназначены для поддержания постоянного значения регулируемой величины в некоторых пределах с заданной точностью. Такие системы широко используются для стабилизации температуры в рабочем пространстве плавильных и термических печей, уровня жидкости в закалочном баке, разрежения в вакуумных печах и т. д.

Примером может служить автоматическая система стабилизации температуры в термостате (рис. 120), в котором тепловая энергия поступает от нагревательного элемента НЭ. Чувствительным элементом в схеме является контактный термометр КТ. При повышении температуры выше заданного значения возбуждается реле К, и его размыкающий контакт, включенный в цепь нагревательного элемента, размыкается. При понижении температуры реле К обесточивается, и нагревательный элемент включается.

Любая система регулирования характеризуется зависимостью между регулируемой величиной и внешним воздействием на объект регулирования. По виду таких зависимостей, называемых регулировочными характеристиками, различают стабилизирующие системы статического и астатического регулирования.

Рассмотрим две схемы регулирования уровня воды в напорном баке (рис. 121).

В первой схеме (рис. 121, а) поплавок 1 механически связан с задвижкой 2 (регулирующим органом). При увеличении расхода воды из бака уровень воды понижается, и опускающийся поплавок изменяет положение задвижки, увеличивая пропускное сечение питающей трубы и, как следствие этого, количество поступающей в бак воды. Это приведет к тому, что уровень жидкости начнет повышаться, и поднимающийся поплавок переместит задвижку. Равновесие наступит, когда приток воды будет равен расходу. Чем больше будет расход воды, тем больше будет открыта задвижка. В этой схеме с возрастанием расхода воды значение регулируемой величины R будет уменьшаться.

Такое регулирование, когда после окончания переходного процесса регулируемая величина принимает различные постоянные значения, называют статическим регулированием.

Рис. 120. Схема стабилизации температуры в термостате

Рис. 121. Схемы стабилизирующих регуляторов:

а – статического; б – астатического

Во второй схеме (рис. 121, б) поплавок 1 механически связан с ползуном реостата 4, управляющего двигателем постоянного тока 3. При смещении ползуна реостата вверх или вниз от среднего значения двигатель перемещает задвижку 2 до тех пор, пока не восстановится заданный уровень воды Н в баке, т. е. пока напряжение, подаваемое на двигатель, не станет равным нулю.

Следовательно, под астатическим регулированием понимается такое регулирование, которое поддерживает постоянное значение регулируемой величины при различных внешних возмущениях.

Программная система автоматического регулирования практически представляет собой стабилизирующую систему, в которой непрерывно изменяется задающее воздействие. Для получения определенной программы в таких системах предусмотрено специальное устройство, изменяющее заданное значение регулируемой величины в определенном направлении. В качестве примера таких систем можно назвать систему программного регулирования температуры в термических печах при ступенчатом отжиге и т. п.

Следящие автоматические системы регулирования предназначены для изменения регулируемой величины по закону заранее неизвестной функции времени. В таких системах применяется следующая терминология: вместо термина «регулирование» используется термин «слежение», входная величина – ведущая величина, выходная величина – ведомая величина.

В литейных и термических цехах следящие системы автоматического регулирования встречаются наиболее часто при регулировании соотношения расхода газа и воздуха в топливных печах. В таких системах при изменении расхода газа (ведущая величина) необходимо пропорционально изменять расход воздуха (ведомая величина), чтобы отношение газ-воздух сохранялось постоянным. Такая система обеспечивает экономичность сжигания топлива и позволяет получить в рабочем пространстве печи атмосферу заданного состава.