1.3. Функциональная схема системы автоматического регулирования
Среди различных автоматических систем наибольшее распространение получили САР, в которых реализован принцип регулирования по отклонению. Поэтому рассмотрим типовые элементы этих систем. Для пояснения принципа действия автоматических систем применяют функциональные схемы или блок-схемы. Функциональные блоки представляют собой конструктивно обособленные части (элементы или устройства) автоматических систем, выполняющих определенные функции. Связи между функциональными блоками обозначаются линиями со стрелками, которые указывают направление воздействия.
Система автоматического регулирования (САР) состоит из объекта регулирования (ОР), регулятора (Р), исполнительного механизма (ИМ), регулирующего органа (РО), задающего устройства (задатчика), сумматора (С), измерительного устройства (датчика), состоящего из чувствительного элемента (ЧЭ), усилителя-преобразователя сигналов измерительной информации (Ус), а также линий связи, соединяющих эти устройства.
Рис. 9. Блок-схема системы автоматического регулирования
Регулятор – автоматическое устройство, реагирующее на отклонения регулируемого параметра от заданного значения и изменяющее приток вещества или энергии (например, пара, горячей воды и т.п.) в объект для поддержания равновесного состояния. Управляющее устройство регулятора воспринимает воздействия от измерительного устройства, сравнивает его с воздействием от задающего элемента (задатчика) в сумматоре (С) и вырабатывает сигнал (рассогласование), пропорциональный заданному значению регулируемого параметра. Управляющее устройство (регулятор) усиливает полученную разность (рассогласование) через усилитель и с помощью исполнительного механизма управляет подачей вещества или энергии.
Исполнительный механизм (ИМ) предназначен для перемещения регулирующего органа (РО) под воздействием сигнала рассогласования, полученного от управляющего устройства.
Регулирующий орган служит для воздействия на объект регулирования (ОР) посредством увеличения или уменьшения подачи вещества или энергии в реализуемый объект.
Измерительное устройство воспринимает измерение регулирующего параметра с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), преобразует и усиливает полученное сформированное воздействие при помощи усилителя-преобразователя (Ус) для управления элементами регулятора.
Всякая САР согласно самому принципу ее действия всегда имеет, по крайней мере, одну обратную связь, подающую сигнал с выхода на вход для сравнения действительного и требуемого значения регулируемой величины. Такая обратная связь называется главной. САР помимо главных обратных связей, число которых равно числу регулируемых величин, могут иметь еще вспомогательные или местные обратные связи. Системы, имеющие только одну главную обратную связь, называются одноконтурными. В одноконтурных системах воздействие, приложенное в каком-либо месте, обязательно проходит через все элементы основного контура регулирования. Системы, имеющие помимо главной обратной связи одну или несколько местных обратных связей, называются многоконтурными.
В зависимости от вида уравнений, которыми описывается статика и динамика системы регулирования, системы бывают линейными и нелинейными. Наиболее полно разработана теория линейных систем. Поэтому там, где это возможно, расчет нелинейных систем стараются привести к расчеты линейных систем, линеаризуя для этой цели нелинейные участки цепи регулирования.
На САР действуют внешние факторы- возмущения f(t) которые стремятся вывести ее из равновесного состояния. Возмущения могут быть близкие к ступенчатым, импульсным, гармоническим, а также стохастические, «белый шум».
Целью САР является поддержание постоянной величины (параметра), характеризующей процесс или изменение ее по заданному закону (алгоритму), при котором регулируемая величина мало отличается от заданного значения.
В пищевой промышленности широко распространены одноконтурные замкнутые САР по отклонению (с обратной связью) – рисунок 10.
Рис.10. Блок-схема замкнутой автоматической системы регулирования по отклонению: X(t) - входное воздействие; Y(t) - регулируемая величина; Yзад- заданная величина; ∆Y(t) - отклонение регулируемой величины от заданного значения; U(t) - регулирующее воздействие.