1.1.2. Замкнутые системы автоматического регулирования

В замкнутой системе автоматического регулирования выходная величина объекта является регулируемой ве­личиной, она непрерывно измеряется и сравнивается с заданным значением для определения отклонения от за­дания. Это отклонение является входной величиной автоматического регулятора. В зависимости от состоя­ния системы — величины и знака отклонения — регуля­тор вырабатывает по определенному

8

закону необходи­мое регулирующее воздействие. Для объектов регулирования с разными свойствами и требования­ми к качеству

регулирования используют регуляторы с различными, более простыми или более сложными зако­нами регулирования. Практически регулятор вводит регулирующее воздействие, изменяя положение регули­рующего органа на входе объекта, непосредственно или с помощью исполнительного механизма.

На рис. 1.6 приведен пример замкнутой системы регулирования. В рабочее пространство мартеновской печи поступают газ и воздух для горения. Образующиеся продукты сгорания удаляются из рабо­чего пространства за счет тяги дымовой трубы или дымососа. Дав­ление в рабочем пространстве печи — одна из выходных величин объекта регулирования; она

Продукта сгорания

Рис. 1.6. Система автоматического регулирования давления в рабочем пространстве марте- новской печи (пример): 1 – рабочее про- странство печи; 2 – измерение давления; 3 – регулятор; 4 – регулирующий шибер изменения тяги

характеризует гидравлический режим печи. При всяком нарушении равновесия, т. е. равенства между ко­личествами газа и воздуха, поступающих в печь, и количеством уда­ляемых из печи продуктов сгорания, регулируемая величина (давле­ние) изменяется, отклоняется от требуемого значения. Колебания давления газа или воздуха, изменение их

9

подачи, выделение СО из ванны печи, случайные изменения положения регулирующих орга­нов и др., словом, все, что может нарушить равновесие, — это воз­мущающие воздействия. Регулирующим воздействием служит тяга, изменяя которую всегда можно восстановить равновесие, устано­вить нужное давление в рабочем пространстве печи.

Физическая природа регулируемой величины, уст­ройство и назначение объекта регулирования, конструк­ция регулятора могут быть различными. Однако струк­тура замкнутой системы автоматического регулирова­ния, назначение ее элементов всегда однотипны.

Структура и классификация. В общем случае замкну­тая система автоматического регулирования состоит (рис. 1.7) из объекта регулирования и автоматического регулятора. В регулятор входят:

Рис. 1.7. Замкнутая система регулирова­ния объект—регулятор: 1 – измерительное устройство; 2 – задающее устройство; 3 – устройство сравнения; 4 – управля- ющее устройство; 5 – исполнительный механизм

измерительное и задающее устройства; устройство сравнения действительного и заданного значений регулируемой величины, определя­ющее отклонение от задания; управляющее устройство вычисляющее по величине отклонения регулирующее воздействие; исполнительный механизм, изменяющий по­ложение регулирующего органа объекта. В конкретных случаях отдельные элементы регулятора могут быть объединены или могут вовсе отсутствовать. Так, во мно­гих автоматических электронных потенциометрах, ис­пользуемых

10

в схемах регулирования, измерительное, задающее и сравнивающее устройства совмещены, в систе­мах с регуляторами непосредственного действия нет исполнительных механизмов и т. п.

Все элементы системы регулирования образуют после­довательную замкнутую цепь: выходная величина пред­шествующего элемента служит входной величиной по­следующего.

Многие элементы системы обладают лишь однонаправ­ленным действием: они воздействуют лишь на после­дующий элемент системы. Например, регулируемая ве­личина воздействует на измерительное устройство регулятора; воздействие же измерительного устройства на регулируемую величину всегда ничтожно.

Автоматический регулятор быстро (практически мгно­венно) реагирует на отклонение, запоминает, вычисляет и осуществляет необходимые меры управления сколь угодно долго. Однако обычный регулятор во всех слу­чаях действует по одному закону регулирования и в но­вых условиях не может выйти за пределы установленно­го режима, учитывать дополнительную информацию, выбирать новое оптимальное задание.

Рассмотренная система автоматического регулирова­ния предназначена для поддержания постоянного значе­ния регулируемой величины. Это система, собственно, регулирования, или система стабилизации.

Системы автоматического регулирования, изменяющие регулируемую величину по определенному закону, явля­ющемуся функцией времени, называют системами про­граммного регулирования.

Системы автоматического регулирования, изменяю­щие регулируемую величину по произвольному закону в зависимости от какой-либо другой величины, называ­ют зависимыми (или следящими) системами регулиро­вания.

Системы автоматического регулирования, способные обеспечить наилучший в том или ином смысле процесс регулирования, называют оптимальными системами; на практике оптимальными системами обычно называют системы, обеспечивающие минимальное время процесса регулирования, т. е. максимальное быстродействие.

Системы, осуществляющие автоматическое регулиро­вание нескольких величин, делят на системы несвязанно­го и связанного регулирования.

В систем е несвязанного регулирования регуляторы различных

11

величин не связаны друг с другом и взаимо­действуют лишь через общий объект регулирования. Та­кие системы могут быть зависимыми, если изменение одной из регулируемых величин вызывает изменение других, или независимыми,

Системой связанного регулирования называют такую систему, в которой регуляторы различных регулируемых величин имеют взаимные связи, обеспечивающие взаи­модействие регуляторов вне объекта.