Реферат: Автоматический регулятор Ползунова
Ползунов позаимствовал у И.В. Шлаттера лишь идею пароатмосферного двигателя, до всего остального додумался сам. Необходимые познания о природе теплоты, свойствах воды, воздуха, пара он почерпнул из трудов М.В. Ломоносова. Трезво оценивая трудности осуществления совершенно нового в России дела, Ползунов предлагал построить вначале в порядке эксперимента одну небольшую машину разработанной им конструкции для обслуживания воздуходувной установки (состоявшей из двух клинчатых мехов) при одной плавильной печи.
Указом Кабинета от 19 ноября 1763 г. Императрица пожаловала изобретателя в «механикусы» с чином и званием инженерного капитан-поручика. Это означало, что Ползунову теперь было обеспечено жалование в 240 рублей годовых, с добавлением на двух денщиков и содержание лошадей он получал 314 рублей. Ему было обещана награда в 400 рублей. Всё это — немалая милость. Она ещё раз свидетельствует о том, что Императрица Екатерина II любила поддерживать свою славу покровительницы наук и искусств. Но размеры поощрения подтверждают, что значение изобретения Ползунова не поняли в Петербурге.
Пока Кабинет рассматривал проект двигателя, Ползунов, не теряя времени, работал над проектом второй очереди. Он конструировал мощный тепловой двигатель на 15 плавильных печей. Это была уже настоящая теплосиловая станция. Ползунов не просто увеличивал масштабы двигателя, а вносил в него ряд существенных изменений. Уже после того, как проект мощного двигателя был закончен, Ползунову стало известно, что Кабинет, ознакомившись с его первым проектом, присвоил ему звание механика и постановил выдать 400 рублей в награду, но никакого решения по существу вопроса не принял.
Несмотря на такую позицию Кабинета, начальник Колывано-Воскресенских заводов А.И. Порошин разрешил Ползунову приступить к исполнению первой очереди проекта. В марте 1764 года И.И. Ползунов предложил начать строительство большого теплового двигателя. Порошин согласился с этим предложением. Так на Барнаульском заводе началось строительство первой в мире универсальной теплосиловой установки.
Машина строилась сразу в двух местах. Отливка и обработка цилиндров, поддонов и других крупных частей производилась в одном из цехов Барнаульского завода, где можно было использовать водяное колесо, токарные, плющильные (прокатные) станки, вододействующие молоты для изготовления сферических медных листов для сборки котла; мелкие детали отливались и отковывались в помещении временно закрытого стекольного завода, где специально для этой цели была построена небольшая плавильная печь с кузнечным горном при ней. Завод находился в верховьях пруда, в трёх верстах от посёлка. Такая нагрузка могла вымотать и здорового человека, а у него развивалась чахотка.
К 1765 году части машины были в основном готовы. В оставшееся до зимы время предстояло построить для неё здание, и в нём «крупно соединить», собрать машину. Сделать это Ползунов пообещал к октябрю. Строили первый в мире тепловой двигатель на правом берегу пруда, недалеко от Барнаульского сереброплавильного завода, рядом с небольшим стекольным заводом. Для машины соорудили большой сарай, высотой с трёхэтажный дом.
Огромное перенапряжение сил и работа в неотапливаемом помещении до самой ночи, когда холодные металлические детали машин обжигали морозом руки, подорвали здоровье Ползунова. Известно, что с мая 1764 г. по август 1765 г. он трижды обращался к лекарю Барнаульского госпиталя Якову Кизингу за помощью, так как был «одержим колотиём в груди».
К 7 декабря в основном была закончена сборка машины, и изобретатель решил произвести первый пробный её пуск, испытать в работе. Но при пуске выявился и целый ряд недостатков (что совершенно естественно). К их исправлению и приступил немедленно Ползунов. К этому времени он переселился в квартиру при стекольном заводе. Не надо было тратить время на дорогу из посёлка и обратно. Теперь он пропадал у машины до тех пор, пока силы совсем не оставляли его.
Домой возвращался затемно, насквозь продрогший, еле передвигая ноги, харкая кровью. А на утро, невзирая на уговоры и слёзы жены, снова спешил к машине. Было совершенно ясно, что, чувствуя близкий конец, он торопился завершить начатое дело ценой жизни. Короткого зимнего дня не хватало, прихватывали вечера. Известно, что 30 декабря 1765 года Ползунов получил три пуда свечей. К марту, наконец, были доставлены на 8 лошадях громадные крышки воздуходувных мехов, сделанные по проекту изобретателя. Они были установлены, и машина, наконец, полностью собрана. Дело оставалось за плавильными печами.
Весной 1766 года болезнь Ползунова усилилась. 18 апреля у него в очередной раз пошла горлом кровь, после чего он уже не смог подняться с постели. С беспощадной ясностью изобретатель понял, что до пуска машины ему не дожить. 21 апреля Ползунов продиктовал ученику Ване Черницыну (сам уже писать не мог) челобитную на имя Императрицы о прошении обещанной премии для своей семьи.
16 мая 1766 г. в шесть часов вечера в г. Барнауле, на Иркутской линии (ныне Пушкинской улице) И. И. Ползунов скончался. Ему было 38 лет.
Через неделю после смерти И. И. Ползунова, 23 мая (5 июня) 1766 г., начались официальные испытания первого в мире теплового двигателя. В первый же день испытатели пришли к заключению, что машина может приводить в движение мехи для подачи воздуха к 10-12 печам. Построенный Ползуновым крупный двигатель значительно отличался по конструкции от той машины, которая была описана им в первоначальном проекте 1763 г. Передача движения к машинам, которые должен был обслуживать двигатель, осуществлялась с помощью балансиров. Цепи, соединяющие поршни двигателя с балансирами, для большей прочности изобретатель сделал из отдельных железных стержней и шарнирными, такого типа, какие известны теперь как «цепи Галля». Питание котла подогретой водой было автоматизировано. Ползунов придумал простой механизм, обеспечивавший сохранение воды в котле на одном уровне во время работы двигателя. Это упрощало труд людей, обслуживающих машину. Это был первый в истории техники автоматический регулятор промышленного назначения И.И. Ползунова, реализующий принцип регулирования по отклонению регулируемого параметра - основной принцип теории управления.
3. Автоматический регулятор Ползунова
Регулирование автоматическое (от нем. regulieren — регулировать, от лат. regula — норма, правило), поддержание постоянства (стабилизация) некоторой регулируемой величины, характеризующей технический процесс, либо её изменение по заданному закону (программное регулирование) или в соответствии с некоторым измеряемым внешним процессом (следящее регулирование), осуществляемое приложением управляющего воздействия к регулирующему органу объекта регулирования; разновидность автоматического управления. При автоматическом регулировании управляющее воздействие u(t) обычно является функцией динамической ошибки — отклонения e(t) регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t): e(t) = x0(t) — х(t) (принцип Ползунова — Уатта регулирования по отклонению, или принцип обратной связи) (рис. а). Иногда к автоматическому регулированию относят также управление, при котором u(t) вырабатывается (устройством компенсации) в функции возмущающего воздействия f (нагрузки) на объект (принцип Понселе регулирования по возмущению) (рис. б), и комбинированное регулирование по отклонению и возмущению (рис. в).
Первый этап автоматизации охватывает период времени с начала XVIII до конца XIX столетия. В 20-е годы XVIII столетия в России А.Нартовым был разработан автоматический суппорт для токарно-копировального станка. В 1765 г. русским механиком И.И.Ползуновым – творцом первой паровой машины универсального назначения – был создан первый в мире промышленный автоматический регулятор для поддержания постоянного уровня воды в котле паровой машины (рис. В.1.).
Измерительный орган – поплавок (1), находящийся на поверхности воды, перемещаясь, изменял подачу жидкости Dпв, идущей по трубе в котёл через отверстие клапана (2). Если уровень воды Нб поднимался выше положенного, то поплавок, перемещаясь вверх, закрывал клапан и подача воды прекращалась. В регуляторе Ползунова была реализована идея, являющаяся и поныне центральной в устройствах автоматического регулирования. В 1784 г. английским механиком Дж. Уаттом также для паровой машины был разработан центробежный регулятор скорости. В течение всего XIX столетия происходило совершенствование регуляторов для паровых машин. На первом этапе развития автоматизации были попытки создания автоматических станков и линий с жёсткой кинематической связью.
В данном случае реализуется способ регулирования по отклонению, получивший название принципа Ползунова-Уатта. Сущность его состоит в следующем: чем больше отклонение регулируемой величины, тем больше перемещение регулирующего органа в направлении, препятствующем этому отклонению. Уравнение движения регуляторов Ползунова-Уатта (закон регулирования), как показано выше, можно записать следующим образом: e(t) = x0(t) — х(t), где отклонения e(t) регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t). Алгоритм работы системы заключен в стремлении свести ошибку x(t) к нулю.
Достоинство систем регулирования по отклонению в том, что обратная связь приводит к уменьшению ошибки независимо от факторов её вызвавших (изменений параметров регулируемого объекта или внешних условий). Но есть и недостатки:
· В системах с обратной связью возникает проблема неустойчивости.
· Малое быстродействие.
· Склонность системы к перерегулированию (колебание регулируемого параметра около заданного значения).
Следует отметить, что развитие автоматизации производства в этот период времени основывалось на принципах и методах классической механики.
Заключение
ползунов автоматический регулятор
Говоря о роли и значении первого проекта «огненной машины» с автоматизированнным водяным питанием в мировой истории техники, следует с уверенностью заявить следующее:
Если бы Ползунов вообще ничего не построил и ничего не спроектировал, а только оставил бы набросок своего первого проекта, то и этого было бы достаточно, чтобы преклоняться перед его гениальным замыслом.
Даже тот факт, что способ регулирования по отклонению назван принципом Ползунова-Уатта, заслуживает пристального внимания.
Как уже говорилось выше, в регуляторе Ползунова была реализована идея, являющаяся и поныне центральной в устройствах автоматического регулирования. Ползунов придумал простой механизм, обеспечивавший сохранение воды в котле на одном уровне во время работы двигателя. Это упрощало труд людей, обслуживающих машину.
Хотя причина останова и разбора машины была, видимо, в том, что на Колывано-Воскресенских заводах, как и во всей крепостнической России, не было большой надобности в машинах. Подневольных дешевых рабочих рук хватало. Возможно, если бы Ползунову выделили уральских мастеровых, как он того просил, машина была бы сделана качественнее и долгое время работала бы. Ведь на Колывано-Воскресенских заводах тогда не было ни необходимых материалов, ни должной технологической оснастки, а Ползунов фактически являлся единственным там механиком.
Трагедия Ползунова заключалась в том, что он опередил свой век...
В 1784 году Джемс Уатт получил патент на универсальный тепловой двигатель, завоевавший вскоре всемирное признание. А машина Ползунова, простояв 15 лет 5 месяцев и 10 дней, в марте 1782 года была разобрана.
Память
Имя И.И. Ползунова носит Алтайский государственный технический университет, напротив главного корпуса которого, установлен памятник изобретателю.