Jak funguje a funguje automatický regulátor na příkladu inkubátorové komory

Nejjednodušší a nejběžnější formou automatického řízení provozu technických zařízení je automatické řízení, které se nazývá způsob udržování konstantního daného parametru (například rychlost otáčení hřídele, teplota média, tlak páry) nebo způsob zajištění její změna podle určitého zákona. Může být prováděna vhodnými lidskými činy nebo automaticky, tedy pomocí vhodných technických zařízení — automatických regulátorů.

Regulátory, které udržují konstantní hodnotu parametru, se nazývají vlastní a regulátory, které zajišťují změnu parametru podle určitého zákona, se nazývají software.

V roce 1765 vynalezl ruský mechanik I. I. Polzunov automatický regulátor pro průmyslové účely, který udržoval přibližně konstantní hladinu vody v parních kotlích. V roce 1784 anglický mechanik J. Watt vynalezl automatický regulátor, který udržoval konstantní rychlost otáčení hřídele parního stroje.

Regulační proces

Zvažte, jak můžete udržet konstantní teplotu v komoře tzv termostat, jehož příkladem by byla komora inkubátoru.

Inkubátor

Termostaty jsou široce používány v různých průmyslových odvětvích, zejména v potravinářském průmyslu. Konečně, obytný prostor lze považovat za termostat i v zimě, pokud udržuje stálou teplotu pomocí speciálních ventilů nabízených na radiátorech topení. Pojďme si ukázat, jak se provádí neautomatická regulace pokojové teploty.

Předpokládejme, že je žádoucí udržovat teplotu 20 ° C. Hlídá se pokojovým teploměrem. Pokud stoupne výše, pak je ventil radiátoru mírně uzavřen. To zpomaluje tok horké vody v posledně jmenovaném. Klesá jeho teplota a tím se snižuje tok energie do místnosti, kde se snižuje i teplota vzduchu.

Když je teplota vzduchu v místnosti nižší než 20°C, ventil se otevře a tím se zvýší průtok teplé vody v radiátoru, díky čemuž teplota v místnosti stoupne.

Při takové regulaci jsou pozorovány malé výkyvy teploty vzduchu kolem nastavené hodnoty (v uvažovaném příkladu asi 20 °C).

Mechanický termostat

Tento příklad ukazuje, že v procesu regulace je třeba provést určité akce:

• změřte nastavitelný parametr;
• porovnejte jeho hodnotu s přednastavenou hodnotou (v tomto případě se zjišťuje tzv. chyba regulace - rozdíl mezi skutečnou hodnotou a přednastavenou hodnotou);
• ovlivnit proces podle hodnoty a znaménka chyby řízení.

Při neautomatické regulaci tyto úkony provádí lidská obsluha.

Automatické nastavení

Regulaci lze provést bez lidského zásahu, tedy technickými prostředky. V tomto případě hovoříme o automatické regulaci, která se provádí pomocí automatického regulátoru. Pojďme zjistit, z jakých částí se skládá a jak se tyto části vzájemně ovlivňují.

Měření skutečné hodnoty řízeného parametru se provádí měřicím zařízením nazývaným senzor (v příkladu inkubátoru — senzor teploty).

Výsledky měření dává snímač ve formě nějakého fyzikálního signálu (výška sloupce termometrické kapaliny, deformace bimetalové desky, hodnota napětí nebo proudu na výstupu snímače atd.).

Porovnání skutečné hodnoty řízeného parametru s danou provádí speciální komparátor nazývaný nulové tělo. V tomto případě se zjišťuje rozdíl mezi skutečnou hodnotou řízeného parametru a jeho stanovenou (tj. požadovanou) hodnotou. Tento rozdíl se nazývá chyba řízení. Může být pozitivní i negativní.

Hodnota chyby řízení je převedena na určitý fyzický signál, který ovlivňuje exekutivu, která řídí stav řízeného objektu. V důsledku dopadu výkonného orgánu na objekt se řízený parametr zvyšuje nebo snižuje v závislosti na znaménku chyby seřízení.

Hlavními částmi automatického regulátoru jsou tedy: měřicí prvek (snímač), referenční prvek (nulový prvek) a výkonný prvek.

Aby nulový prvek porovnal naměřenou hodnotu regulované veličiny s nastavenou hodnotou, je nutné zadat nastavenou hodnotu parametru do automatického regulátoru. To se provádí pomocí speciálního zařízení, tzv Master, který převádí automatickou úpravu nastavené hodnoty parametru na fyzický signál na určité úrovni.

V tomto případě je důležité, aby fyzické signály výstupů čidel a nastavená hodnota byly stejného charakteru. Pouze v tomto případě je možné porovnávat s nulovým tělem.

Je třeba si také uvědomit, že výkon výstupního signálu odpovídající chybě regulace je zpravidla nedostatečný pro řízení chodu výkonného orgánu. V tomto ohledu je specifikovaný signál předzesilován. Automatický regulátor proto kromě tří uvedených hlavních částí (senzor, nulový prvek a akční člen) obsahuje také nastavení a zesilovač.

Typické blokové schéma automatického řídicího systému

Jak je patrné z tohoto schématu, automatický řídicí systém je uzavřen. Z řídicího objektu jde informace o hodnotě řízeného parametru do snímače a poté do nulového tělesa, načež signál odpovídající chybě řízení prochází zesilovačem do výkonného orgánu, což má potřebný vliv na kontrolní objekt.

Pohyb signálů z řídicího objektu do nulového těla je zpětnovazební smyčka. Zpětná vazba je předpokladem pro proces regulace. Na takto uzavřenou smyčku působí i vnější vlivy.

Nejprve (a to je nejdůležitější) je objekt regulace vystaven vnějším vlivům.Právě tyto vlivy způsobují změny parametrů jeho stavu a ukládají regulaci.

Za druhé, vnějším vlivem na obvod automatického řídicího systému je vstup do nulového tělesa prostřednictvím nastavené hodnoty požadované hodnoty regulovaného parametru, která je určena na základě analýzy provozního režimu celého systému, který zahrnuje toto automatické zařízení. Tuto analýzu provádí člověk nebo řídicí počítač.

Příklady automatických regulátorů:

Zařízení a princip činnosti elektrického termostatu pro žehličku

Použití PID regulátoru v automatizačních systémech na příkladu TRM148 OWEN