Como funciona um regulador automático e funciona no exemplo de uma câmara de incubação

A forma mais simples e comum de controle automático da operação de dispositivos técnicos é o controle automático, que é chamado de método para manter um determinado parâmetro constante (por exemplo, velocidade de rotação do eixo, temperatura média, pressão do vapor) ou método para garantir sua mudança de acordo com uma determinada lei. Pode ser realizado por meio de ações humanas apropriadas ou automaticamente, ou seja, com a ajuda de dispositivos técnicos apropriados - reguladores automáticos.

Os reguladores que mantêm um valor constante do parâmetro são chamados de próprios, e os controladores que fornecem uma alteração de um parâmetro de acordo com uma determinada lei são chamados de software.

Em 1765, o mecânico russo I. I. Polzunov inventou um regulador automático para fins industriais, que mantinha um nível de água aproximadamente constante em caldeiras a vapor. Em 1784, o mecânico inglês J. Watt inventou um regulador automático que mantinha uma velocidade constante de rotação do eixo de uma máquina a vapor.

Processo de regulamentação

Considere como você pode manter uma temperatura constante em uma câmara chamada termostato, um exemplo seria uma câmara de incubação.

Incubadora

Os termostatos são amplamente utilizados em diversos setores industriais, principalmente na indústria alimentícia. Finalmente, a sala de estar também pode ser considerada um termostato no inverno se mantiver uma temperatura constante com a ajuda de válvulas especiais oferecidas nos radiadores de aquecimento. Vamos mostrar como o controle não automático da temperatura ambiente é realizado.

Suponha que seja desejável manter uma temperatura de 20 ° C. É monitorado por um termômetro ambiente. Se subir mais alto, a válvula do radiador está ligeiramente fechada. Isso retarda o fluxo de água quente neste último. Sua temperatura diminui e, portanto, o fluxo de energia para a sala diminui, onde a temperatura do ar também diminui.

Quando a temperatura do ar na sala é inferior a 20 ° C, a válvula se abre e, assim, o fluxo de água quente no radiador aumenta, devido ao qual a temperatura na sala aumenta.

Com tal regulagem, observam-se pequenas oscilações na temperatura do ar em torno do valor definido (no exemplo considerado, cerca de 20°C).

termostato mecânico

Este exemplo mostra que certas ações precisam ser executadas no processo de regulação:

• meça o parâmetro ajustável;
• compare seu valor com o valor predefinido (neste caso, é determinado o chamado erro de controle - a diferença entre o valor real e o valor predefinido);
• para afetar o processo de acordo com o valor e o sinal do erro de controle.

Na regulação não automática, essas ações são executadas por um operador humano.

Ajuste automático

A regulação pode ser feita sem intervenção humana, ou seja, por meios técnicos. Neste caso, estamos falando de regulação automática, que é realizada por meio de um regulador automático. Vamos descobrir em quais partes ele consiste e como essas partes interagem entre si.

A medição do valor real do parâmetro controlado é realizada por um dispositivo de medição chamado sensor (no exemplo da incubadora - sensor de temperatura).

Os resultados das medições são dados pelo sensor na forma de algum sinal físico (altura da coluna de líquido termométrica, deformação da placa bimetálica, valor da tensão ou corrente na saída do sensor, etc.).

A comparação do valor real do parâmetro controlado com o dado é feita por um comparador especial chamado corpo nulo. Nesse caso, é determinada a diferença entre o valor real do parâmetro controlado e seu valor especificado (ou seja, necessário). Essa diferença é chamada de erro de controle. Pode ser tanto positivo quanto negativo.

O valor do erro de controle é convertido em um determinado sinal físico que afeta o executivo que controla o estado do objeto controlado. Como resultado do impacto do corpo executivo no objeto, o parâmetro controlado aumenta ou diminui dependendo do sinal do erro de ajuste.

Assim, as partes principais do regulador automático são: um elemento de medição (sensor), um elemento de referência (elemento zero) e um elemento executivo.

Para que o elemento zero compare o valor medido da variável controlada com o valor definido, é necessário inserir o valor definido do parâmetro no controlador automático. Isso é feito com a ajuda de um dispositivo especial, o chamado Master, que converte o ajuste automático do valor definido do parâmetro em um sinal físico em um determinado nível.

Neste caso, é importante que os sinais físicos das saídas dos sensores e o valor ajustado sejam da mesma natureza. Somente neste caso é possível comparar com um corpo nulo.

De referir ainda que a potência do sinal de saída correspondente ao erro de regulação é, em regra, insuficiente para controlar o funcionamento do órgão executivo. A este respeito, o sinal especificado é pré-amplificado. Portanto, o regulador automático, além das três partes principais indicadas (sensor, elemento zero e atuador), também inclui um ajuste e um amplificador.

Um diagrama de blocos típico de um sistema de controle automático

Como pode ser visto neste diagrama, o sistema de controle automático está fechado. Do objeto de controle, as informações sobre o valor do parâmetro controlado vão para o sensor e depois para o corpo zero, após o que o sinal correspondente ao erro de controle passa pelo amplificador para o corpo executivo, que tem o efeito necessário no objeto de controle.

O movimento dos sinais do objeto de controle para o corpo nulo é um loop de realimentação. O feedback é um pré-requisito para o processo de regulamentação. Esse circuito fechado também é afetado por influências externas.

Em primeiro lugar (e este é o mais importante), o objeto da regulação está exposto a influências externas.São essas influências que provocam mudanças nos parâmetros de seu estado e impõem regulação.

Em segundo lugar, a influência externa no circuito do sistema de controle automático é a entrada no corpo zero através do valor definido do valor necessário do parâmetro controlado, que é determinado com base na análise do modo de operação de todo o sistema, que inclui este dispositivo automático. Essa análise é realizada por um ser humano ou por um computador de controle.

Exemplos de reguladores automáticos:

O dispositivo e o princípio de operação do termostato elétrico para ferro

O uso de um controlador PID em sistemas de automação no exemplo do TRM148 OWEN