Wie ein automatischer Regler funktioniert und funktioniert am Beispiel einer Inkubatorkammer

Die einfachste und gebräuchlichste Form der automatischen Steuerung des Betriebs technischer Geräte ist die automatische Steuerung, die als Methode zur Konstanthaltung eines bestimmten Parameters (z. B. Wellendrehzahl, Mediumtemperatur, Dampfdruck) oder als Methode zur Sicherstellung bezeichnet wird seine Veränderung nach einem bestimmten Gesetz. Sie kann durch entsprechende menschliche Handlungen oder automatisch, also mit Hilfe geeigneter technischer Geräte – automatischer Regler – erfolgen.

Regler, die einen konstanten Wert des Parameters aufrechterhalten, werden als eigene bezeichnet, und Regler, die eine Änderung eines Parameters gemäß einem bestimmten Gesetz bewirken, werden als Software bezeichnet.

Im Jahr 1765 erfand der russische Mechaniker I. I. Polzunov einen automatischen Regler für industrielle Zwecke, der in Dampfkesseln einen annähernd konstanten Wasserstand aufrechterhielt. Im Jahr 1784 gründete der englische Mechaniker J. Watt erfand einen automatischen Regler, der eine konstante Drehzahl der Welle einer Dampfmaschine aufrechterhielt.

Regulierungsprozess

Überlegen Sie, wie Sie in einer sogenannten Kammer eine konstante Temperatur aufrechterhalten können ThermostatEin Beispiel hierfür wäre eine Inkubatorkammer.

Inkubator

Thermostate werden häufig in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt, insbesondere in der Lebensmittelindustrie. Schließlich kann der Wohnraum auch im Winter als Thermostat gelten, wenn er mithilfe spezieller Ventile an den Heizkörpern eine konstante Temperatur aufrechterhält. Lassen Sie uns zeigen, wie eine nichtautomatische Raumtemperaturregelung durchgeführt wird.

Gehen Sie davon aus, dass es wünschenswert ist, eine Temperatur von 20 °C aufrechtzuerhalten. Sie wird mit einem Raumthermometer überwacht. Steigt er höher, ist das Heizkörperventil leicht geschlossen. Dadurch wird der Warmwasserfluss im letzteren verlangsamt. Seine Temperatur sinkt und damit verringert sich der Energiefluss in den Raum, wodurch auch die Lufttemperatur sinkt.

Wenn die Lufttemperatur im Raum weniger als 20 °C beträgt, öffnet sich das Ventil und dadurch erhöht sich der Warmwasserdurchfluss im Heizkörper, wodurch die Temperatur im Raum steigt.

Bei einer solchen Regelung sind geringe Schwankungen der Lufttemperatur um den eingestellten Wert zu beobachten (im betrachteten Beispiel ca. 20 °C).

Mechanischer Thermostat

Dieses Beispiel zeigt, dass im Regulierungsprozess bestimmte Aktionen durchgeführt werden müssen:

• Messen Sie den einstellbaren Parameter.
• seinen Wert mit dem voreingestellten Wert vergleichen (in diesem Fall wird der sogenannte Regelfehler ermittelt – die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem voreingestellten Wert);
• den Prozess entsprechend dem Wert und dem Vorzeichen des Regelfehlers zu beeinflussen.

Bei der nichtautomatischen Regelung werden diese Aktionen von einem menschlichen Bediener ausgeführt.

Automatische Anpassung

Die Regulierung kann ohne menschliches Eingreifen, also mit technischen Mitteln, erfolgen. In diesem Fall handelt es sich um eine automatische Regelung, die über einen automatischen Regler erfolgt. Lassen Sie uns herausfinden, aus welchen Teilen es besteht und wie diese Teile miteinander interagieren.

Die Messung des tatsächlichen Werts des gesteuerten Parameters erfolgt durch ein Messgerät, das als Sensor bezeichnet wird (im Beispiel eines Inkubators – Temperatursensor).

Die Messergebnisse werden vom Sensor in Form eines physikalischen Signals (Höhe der thermometrischen Flüssigkeitssäule, Verformung der Bimetallplatte, Spannungs- oder Stromwert am Ausgang des Sensors usw.) ausgegeben.

Der Vergleich des tatsächlichen Werts des gesteuerten Parameters mit dem gegebenen Wert erfolgt durch einen speziellen Komparator, den sogenannten Nullkörper. Dabei wird die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert des Regelparameters und seinem vorgegebenen (also geforderten) Wert ermittelt. Dieser Unterschied wird als Kontrollfehler bezeichnet. Es kann sowohl positiv als auch negativ sein.

Der Wert des Kontrollfehlers wird in ein bestimmtes physikalisches Signal umgewandelt, das auf die Führungskraft wirkt, die den Zustand des kontrollierten Objekts kontrolliert. Durch die Einwirkung des ausführenden Organs auf das Objekt erhöht oder verringert sich der Regelparameter je nach Vorzeichen des Einstellfehlers.

Somit sind die Hauptbestandteile des automatischen Reglers: ein Messelement (Sensor), ein Referenzelement (Nullelement) und ein ausführendes Element.

Damit das Nullelement den gemessenen Wert der Regelgröße mit dem eingestellten Wert vergleichen kann, ist es notwendig, den eingestellten Wert des Parameters in den Regler einzugeben. Dies geschieht mit Hilfe eines speziellen Geräts, dem sogenannten Master, der die automatische Anpassung des eingestellten Parameterwerts in ein physikalisches Signal auf einem bestimmten Niveau umwandelt.

Dabei ist es wichtig, dass die physikalischen Signale der Sensorausgänge und der eingestellte Wert von gleicher Natur sind. Nur in diesem Fall ist ein Vergleich mit einem Nullkörper möglich.

Es ist auch zu beachten, dass die Leistung des dem Regulierungsfehler entsprechenden Ausgangssignals in der Regel nicht ausreicht, um die Funktion des Exekutivorgans zu steuern. Dabei wird das spezifizierte Signal vorverstärkt. Daher umfasst der automatische Regler neben den drei angegebenen Hauptteilen (Sensor, Nullelement und Aktuator) auch eine Einstellung und einen Verstärker.

Ein typisches Blockdiagramm eines automatischen Steuerungssystems

Wie aus diesem Diagramm ersichtlich ist, ist das automatische Steuerungssystem geschlossen. Vom Steuerobjekt gelangen Informationen über den Wert des gesteuerten Parameters an den Sensor und dann an den Nullkörper. Anschließend gelangt das dem Steuerfehler entsprechende Signal über den Verstärker zum ausführenden Körper, der die erforderliche Wirkung auf den Körper hat Kontrollobjekt.

Die Bewegung von Signalen vom Kontrollobjekt zum Nullkörper ist eine Rückkopplungsschleife. Feedback ist eine Voraussetzung für den Regulierungsprozess. Ein solcher geschlossener Kreislauf wird auch durch äußere Einflüsse beeinflusst.

Erstens (und das ist das Wichtigste) ist der Regulierungsgegenstand äußeren Einflüssen ausgesetzt.Es sind diese Einflüsse, die Veränderungen in den Parametern seines Zustands bewirken und eine Regulierung erfordern.

Zweitens ist der äußere Einfluss auf die Schaltung des automatischen Steuersystems die Eingabe des erforderlichen Wertes des gesteuerten Parameters in den Nullkörper durch den eingestellten Wert, der auf der Grundlage der Analyse der Betriebsart des gesamten Systems bestimmt wird beinhaltet dieses automatische Gerät. Diese Analyse wird von einem Menschen oder einem Steuercomputer durchgeführt.

Beispiele für automatische Regler:

Das Gerät und das Funktionsprinzip des elektrischen Thermostats für Bügeleisen

Der Einsatz eines PID-Reglers in Automatisierungssystemen am Beispiel des TRM148 OWEN