Частным, но широко распространенным видом систем автоматического управления являются автоматические системы регулирования (АСР). Автоматической системой регулирования является такая система, задача которой заключается в поддержании выходной или регулируемой величины объекта у на заданном значении. Управляющее устройство в автоматических системах регулирования называется регулятором или автоматическим регулятором.
Для обеспечения нормальной работы объектов промышленности строительных материалов необходимо регулировать технологические величины: температуру, расход, давление, уровень и др. Автоматические системы регулирования, используемые для этой цели, по принципу регулирования делят на действующие по отклонению, по возмущению и по комбинированному принципу.
Вид регулирования, схема которого приведена на рис. 1.1, принято называть регулированием по отклонению регулируемой величины или принципом Ползунова — Уатта. Принцип регулирования по отклонению был применен И. И. Ползуновым при регулировании уровня воды в котле паровой машины, а также Дж. Уаттом при регулировании скорости вращения вала паровой машины.
Сущность указанного принципа состоит в том, что фактическое значение регулируемой величины сравнивается с ее заданным значением, и при наличии рассогласования в системе вырабатывается регулирующее воздействие, направленное на устранение возникшего отклонения или уменьшение его до некоторого допустимого значения. При этом неважно, какие причины вызвали отклонение регулируемой величины от заданного значения; это обстоятельство делает системы, построенные на данном принципе, наиболее распространенными.
Менее распространенными являются системы регулирования по возмущению (принцип Понселе—Чиколева) и по скорости отклонения регулируемой величины (принцип братьев Сименс).
Принцип действия системы регулирования по возмущению состоит в том, что из нескольких возмущений, действующих на объект, выбирается одно (которое, например, можно контролировать) и определяется, как оно влияет на регулируемую величину. Возмущение z воздействует с помощью управляющего устройства на регулирующий орган объекта управления РО (рис. 1.2, а). Сигнал будет подключен не от у, а от z.
В системе регулирования по возмущению вместо измерения рассогласования в измерительной схеме регулирующего прибора (у — 3d) измеряется величина самого возмущения г, которое воздействует на регулятор, служащий для преобразования этого сигнала и компенсации его, т. е. для создания на объекте воздействия, обратного действию возмущения. Недостатком подобной системы является то, что она компенсирует влияние одного основного возмущения и не может предотвратить влияния на регулируемую величину других возмущающих воздействий, чаще всего неконтролируемых. Поскольку в контур

регулирования системы по возмущению сигналы о текущем значении регулируемой величины у не поступают, с течением времени отклонение регулируемой величины от номинального значения может превысить допустимые пределы. По сравнению с системой регулирования по отклонению система регулирования по возмущению является разомкнутой системой.
В системе регулирования по скорости отклонения регулируемой величины воздействие на объект со стороны регулятора осуществляется в зависимости не от отклонения, а от скорости изменения регулируемой величины, т. е. от ее первой производной по времени. Регулятор в такой системе действует быстрее, чем при регулировании по отклонению, ибо производная по отклонению регулируемой величины выявляется раньше, чем происходит отклонение от заданного значения.
Однако принцип братьев Сименс, как и принцип Понселе — Чиколева, трудно использовать в чистом виде. Поэтому системы регулирования по возмущению и скорости отклонения регулируемой величины используются, как правило, в сочетании с системой регулирования по отклонению, что позволяет с большей точностью поддерживать значение регулируемой величины. Такие АСР являются комбинированными (рис. 1.2, б).
На рис. 1.3 в качестве примера представлена автоматическая система регулирования температуры жидкости, протекающей через емкость 1 к потребителю. Вода нагревается с помощью пара, пропускаемого по паропроводу с теплообменником 2. Температуру воды в емкости требуется поддерживать постоянной. Для этого применяется регулятор, состоящий из измерительного устройства 4, к которому подключен чувствительный элемент 3 (термометр сопротивления), вычислительного устройства 5 и исполнительного устройства 6, управляющего положением вентиля 7 на паропроводе. Регулируемой величиной здесь является температура воды, регулирующим воздействием — положение вентиля, управляющего расходом проходящего через змеевик пара. Возмущением в данной системе может быть изменение температуры поступающей в резервуар жидкости, давления пара или температуры окружающей среды.
Все эти возмущения влияют на температуру жидкости в резервуаре. Отклонение температуры жидкости от заданного значения, измеренное чувствительным элементом, вызовет рассогласование в измерительной схеме регулятора. Регулятор выработает сигнал воздействия на регулирующий орган, который будет изменять расход пара с помощью вентиля до тех пор, пока регулирующая величина не достигнет заданного значения. В этом примере элементами системы являются объект регулирования (от вентиля на паропроводе до термометра сопротивления) и автоматический регулятор. Система регулирования будет замкнутой.
Процесс изменения регулируемой величины после нанесения возмущения называется переходным процессом. Форма переходного процесса является одним из основных показателей качества регулирования и зависит от динамических свойств системы и от вида возмущающих воздействий. Практически возможны возмущающие воздействия любого вида. Но для сравнения переходных процессов при исследовании автоматических систем используют какое-либо определенное возмущающее воздействие — в виде единичного скачка, гармонических колебаний или периодических прямоугольных импульсов.
На рис. 1.4 показаны типовые формы переходных процессов в автоматической системе, полученные в результате возмущающего воздействия в виде единичного скачка. На рис. 1.4, а регулируемая величина соответствует устойчивому затухающему колебательному процессу. Амплитуда колебаний постепенно уменьшается до нуля. Кривая на рис. 1.4, б соответствует апериодическому (неколебательному) переходному процессу в системе. Оба случая относятся к устойчивой автоматической системе регулирования. Форма кривой переходного процесса на рис. 1.4, а наиболее желательна, так как значение регулируемой величины быстро и без больших динамических отклонений приводится к заданному значению, в то время как апериодический переходный процесс обладает значительной продолжительностью и большой амплитудой отклонения регулируемой величины от заданного значения. При неправильном выборе как элементов системы, так и параметров настройки могут возникнуть незатухающие колебания с постоянной амплитудой (рис. 1.4, в) и расходящиеся колебания. Незатухающие колебания в системе нежелательны и в производственных условиях недопустимы.
Поэтому основная задача при построении автоматической системы регулирования состоит в учете величин, определяющих характер протекания технологического процесса в объекте регулирования, анализе их и создании на основе этого анализа наиболее рациональной автоматической системы регулирования.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100