Com funciona i funciona un regulador automàtic a l'exemple d'una cambra d'incubadora

La forma més senzilla i comuna de control automàtic del funcionament dels dispositius tècnics és el control automàtic, que s'anomena mètode per mantenir constant un determinat paràmetre (per exemple, velocitat de rotació de l'eix, temperatura mitjana, pressió de vapor) o un mètode per garantir la el seu canvi segons una llei determinada. Es pot dur a terme mitjançant accions humanes adequades o automàticament, és a dir, amb l'ajuda de dispositius tècnics adequats: reguladors automàtics.

Els reguladors que mantenen un valor constant del paràmetre s'anomenen propis, i els controladors que proporcionen un canvi d'un paràmetre segons una llei determinada s'anomenen programari.

El 1765, el mecànic rus I. I. Polzunov va inventar un regulador automàtic per a finalitats industrials, que mantenia un nivell d'aigua aproximadament constant a les calderes de vapor. El 1784, el mecànic anglès J. Watt va inventar un governador automàtic que mantenia una velocitat de rotació constant de l'eix d'una màquina de vapor.

Procés de regulació

Penseu en com podeu mantenir una temperatura constant en una cambra anomenada termòstat, un exemple de la qual seria una cambra d'incubadora.

Incubadora

Els termòstats s'utilitzen àmpliament en diversos sectors industrials, especialment en la indústria alimentària. Finalment, l'espai habitable també es pot considerar un termòstat a l'hivern si manté una temperatura constant amb l'ajuda de vàlvules especials que s'ofereixen als radiadors de calefacció. Mostrem com es realitza el control no automàtic de la temperatura ambient.

Suposem que és desitjable mantenir una temperatura de 20 ° C. Es controla amb un termòmetre ambient. Si puja més, la vàlvula del radiador està lleugerament tancada. Això frena el flux d'aigua calenta en aquest últim. La seva temperatura disminueix i per tant disminueix el flux d'energia a l'habitació, on també baixa la temperatura de l'aire.

Quan la temperatura de l'aire a l'habitació és inferior a 20 ° C, la vàlvula s'obre i, per tant, augmenta el flux d'aigua calenta al radiador, de manera que augmenta la temperatura a l'habitació.

Amb aquesta regulació, s'observen petites fluctuacions de la temperatura de l'aire al voltant del valor establert (en l'exemple considerat, uns 20 ° C).

Termòstat mecànic

Aquest exemple mostra que s'han de realitzar determinades accions en el procés de regulació:

• mesura el paràmetre ajustable;
• compareu el seu valor amb el valor preestablert (en aquest cas, es determina l'anomenat error de control: la diferència entre el valor real i el valor preestablert);
• afectar el procés segons el valor i el signe de l'error de control.

En la regulació no automàtica, aquestes accions les realitza un operador humà.

Ajust automàtic

La regulació es pot fer sense intervenció humana, és a dir, per mitjans tècnics. En aquest cas, estem parlant de la regulació automàtica, que es realitza mitjançant un regulador automàtic. Descobrim de quines parts es compon i com aquestes parts interactuen entre elles.

La mesura del valor real del paràmetre controlat es realitza mitjançant un dispositiu de mesura anomenat sensor (a l'exemple de la incubadora: sensor de temperatura).

Els resultats de les mesures els dóna el sensor en forma d'algun senyal físic (altura de la columna de líquid termomètrica, deformació de la placa bimetàl·lica, valor de tensió o corrent a la sortida del sensor, etc.).

La comparació del valor real del paràmetre controlat amb el donat es fa mitjançant un comparador especial anomenat cos nul. En aquest cas, es determina la diferència entre el valor real del paràmetre controlat i el seu valor especificat (és a dir, requerit). Aquesta diferència s'anomena error de control. Pot ser tant positiu com negatiu.

El valor de l'error de control es converteix en un determinat senyal físic que afecta l'executiu que controla l'estat de l'objecte controlat. Com a conseqüència de l'impacte de l'òrgan executiu sobre l'objecte, el paràmetre controlat augmenta o disminueix en funció del signe de l'error d'ajust.

Així, les parts principals del regulador automàtic són: un element de mesura (sensor), un element de referència (element zero) i un element executiu.

Perquè l'element zero compare el valor mesurat de la variable controlada amb el valor establert, cal introduir el valor establert del paràmetre al controlador automàtic. Això es fa amb l'ajuda d'un dispositiu especial, l'anomenat Master, que converteix l'ajust automàtic del valor establert del paràmetre en un senyal físic a un determinat nivell.

En aquest cas, és important que els senyals físics de les sortides del sensor i el valor establert siguin de la mateixa naturalesa. Només en aquest cas és possible comparar amb un cos nul.

També cal tenir en compte que la potència del senyal de sortida corresponent a l'error de regulació és, per regla general, insuficient per controlar el funcionament de l'òrgan executiu. En aquest sentit, el senyal especificat està preamplificat. Per tant, el regulador automàtic, a més de les tres parts principals indicades (sensor, element zero i actuador), també inclou un ajust i un amplificador.

Un diagrama de blocs típic d'un sistema de control automàtic

Com es pot veure en aquest diagrama, el sistema de control automàtic està tancat. Des de l'objecte de control, la informació sobre el valor del paràmetre controlat passa al sensor i després al cos zero, després del qual el senyal corresponent a l'error de control passa per l'amplificador al cos executiu, que té l'efecte necessari sobre el objecte de control.

El moviment de senyals des de l'objecte de control al cos nul és un bucle de retroalimentació. La retroalimentació és un requisit previ per al procés de regulació. Aquest bucle tancat també es veu afectat per influències externes.

En primer lloc (i aquest és el més important), l'objecte de regulació està exposat a influències externes.Són aquestes influències les que provoquen canvis en els paràmetres del seu estat i imposen la regulació.

En segon lloc, la influència externa sobre el circuit del sistema de control automàtic és l'entrada al cos zero mitjançant el valor establert del valor requerit del paràmetre controlat, que es determina en funció de l'anàlisi del mode de funcionament de tot el sistema, que inclou aquest dispositiu automàtic. Aquesta anàlisi la realitza un humà o un ordinador de control.

Exemples de reguladors automàtics:

El dispositiu i el principi de funcionament del termòstat elèctric per a la planxa

L'ús d'un controlador PID en sistemes d'automatització en l'exemple del TRM148 OWEN