Астатическое регулирование характеризуется постоянством регулируемого параметра при равновесии системы независимо от положения регулирующего органа. Особенность астатического регулирования заключается в отсутствии пропорциональной связи между установившимся значением регулируемого параметра и положением регулирующего органа. Положительное свойство астатического регулирования – способность поддерживать регулируемые параметры точно на заданном уровне, недостаток – большая инерционность в переходном режиме. Такое регулирование называют интегральным или И-регулированием.

Статическое регулирование характеризуется пропорциональной зависимостью между регулируемым параметром и перемещением регулирующего органа. Положительным свойством статического регулирования является быстрота регулирования и устойчивая функциональная зависимость между регулирующим органом и регулируемым параметром, недостатком – наличие статической ошибки. Такое регулирование называется пропорциональным или П-регулированием.

Изодромное или пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-регулирование) совмещает свойства статического и астатического регулирования. При нарушении равновесия системы одновременно начинают работать статическая и астатическая составляющие регулятора. Однако в начальный момент переходного процесса преобладающее влияние на перемещение регулирующего органа оказывает более быстрое статическое регулирование. Окончание процесса статического регулирования характеризуется равновесием системы. При этом регулирующий орган будет занимать положение, отличное от первоначального, дальнейшее регулирование происходит по астатическому закону до тех пор, пока регулирующий орган не займёт первоначальное положение. Воздействие регулирующего органа определяется как сумма статического и астатического воздействий.

Изодромное регулирование характеризуется зависимостью регулирующего параметра от величины отклонения регулируемого параметра и от его интеграла по времени. Изодромное регулирование объединяет преимущества астатического и статического регулирования, процесс протекает быстро, без значительных колебаний, и регулируемый параметр по окончании переходного процесса возвращается к заданному значению.

Если в изодромном регулировании дополнительно воздействовать на перемещение регулирующего органа величиной, связанной со скоростью изменения регулируемого параметра и равной первой производной величины изменения регулируемого параметра по времени, получим ПИД-регулирование (пропорционально-интегрально-дифференциальное).

Пример

На рисунке приведён регулятор прямого действия, предназначенный для поддержания постоянства частоты вращения гидравлического механизма. При отклонении угловой частоты вращения вала машины от заданного значения меняется центробежная сила грузов 2, в связи с чем изменяется положение муфты 5, которая рычагом 3 изменяет положение регулирующего органа – клапана 4. В этом примере центробежный чувствительный элемент непосредственно управляет регулирующим органом машины.

Усилители

Терминология

При получении информации от первичных преобразователей или измерительных схем сигнал настолько слаб, что его невозможно использовать без дополнительного усиления – преобразования сигнала в сигнал того же вида энергии, но более мощный. В усилителе происходит преобразование по функции y=k∙x, где y – сигнал выхода, x – сигнал входа, k – коэффициент усиления.

Классификация

Усилители классифицируются по принципу действия в зависимости от вида действующей в них энергии: электрические (электронные, магнитные, на сопративлениях, на транзисторах, на трансформаторах); механические, электромеханические, электромашинные, пневматические, гидравлические; по назначению – мощности, напряжения, тока, избирательные, дифференциальные, низкой частоты, высокой частоты, фотоэлектрические, релейные.

Для усиления дискретных сигналов применяют специальные релейные устройства. Реле могут быть как контактные, так и бесконстактные. Дискретные усилительные устройства используются в схемах для создания определённых логических зависимостей.

Для усиления дискретных сигналов наиболее широкое распространение получили электромагнитные реле, относящиеся к электромеханическим устройствам преобразования. По назначению различают две группы электромеханических реле: реле напряжения и токовые реле.

Пример

Электронные усилители служат для увеличения постоянного или переменного напряжения и силы тока. При этом обязательно происходит усиление мощности сигнала. Путём изменения сопротивления в цепи можно получить высокое напряжение при низкой силе тока или, наоборот, низкое напряжение при большом токе.

Основным элементом в электронном усилителе является ламповый или полупроводниковый триод. Небольшое изменение напряжения (входной сигнал) преобразуется триодом в значительные изменения проходящего через него тока.

Ламповый триод состоит из трёх металлических электродов: катода К, анода А и сетки С, запаянных в металлическом баллоне. Внутри катода расположена спиральная вольфрамовая проволока Н – нить накала. Нагрев нити приводит к выходу электронов с поверхности катода и образованию электронного облака. Если к аноду приложить положительное напряжение, то электроны с катода устремятся к аноду и с увеличением анодного напряжения будет возрастать анодный ток.

Сетка расположена значительно ближе к катоду, чем к аноду. Поэтому если на сетку подавать небольшое напряжение, то изменение его значительно сильнее будет влиять на анодный ток, чем анодное напряжение. Обычно на сетку подают отрицательное по отношению к катоду напряжение и электроны на сетке уменьшают анодный ток. При некотором значении сеточного напряжения анодный ток становится равным нулю и лампа запирается. Прикладывая и снимая такое критическое напряжение, электронную лампу можно использовать в качестве переключающего устройства.

Исполнительные механизмы

Терминология

Исполнительное устройство системы регулирования – это устройство, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командой информацией. Эти устройства состоят из двух основных блоков (исполнительного механизма и регулирующего органа), могут оснащаться дополнительными блоками.

В системах автоматического регулирования сред исполнительный механизм предназначен для перемещения затвора регулирующего органа, который воздействует на процесс путём изменения пропускной способности.

Классификация

Основные исполнительные механизмы – беспружинные мембранные, пружинные мембранные, поршневые пружинные; поворотные, многооборотные, прямоходные; пневматические, гидравлические, электрические.

В зависимости от вида используемой энергии и конструктивных особенностей исполнительные механизмы классифицируются на: пневматические, электрические, гидравлические, электропневматические, электрогидравлические, пневмогидравлические, мембранные, поршневые, мембранные гидравлические, поршневые гидравлические.

В зависимости от конструктивных особенностей регулирующих органов исполнительные устройства классифицируются на: заслоночное, односедельное, двухседельное, трёхходовое, шланговое.

Пример

В гидравлических, пневматических, а также смешанных системах автоматического регулирования в качестве исполнительных элементов широко используются гидравлические или пневматические сервомоторы – силовые элементы, преобразующие энергию потока жидкости или газа (воздуха) в механическую энергию перемещения поршня, поворота лопасти или вращения выходного вала.

Из гидравлических сервомоторов наиболее распространены поршневые, лопастные и роторные.

Поршневой сервомотор состоит из цилиндра, поршня, крышки и штока. При подаче жидкости под давление в левую часть цилиндра поршень со штоком перемещается вправо, при подаче жидкости в правую часть цилиндра поршень со штоком перемещаются влево.

Список литературы

1. Богданов К.Л., Зеленов И.Б. «Основы автоматизации работы строительных машин.» Учеб. пособие для техникумов. М., Строиздат, 1976. 175 с.

2. Кириллин В.А. и др. Техническая термодинамика: Учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1983.