Come funziona un regolatore automatico e funziona sull'esempio di una camera incubatrice

La forma più semplice e comune di controllo automatico del funzionamento dei dispositivi tecnici è il controllo automatico, che è chiamato metodo per mantenere costante un determinato parametro (ad esempio, velocità di rotazione dell'albero, temperatura del fluido, pressione del vapore) o metodo per garantire la il suo cambiamento secondo una certa legge. Può essere eseguito attraverso azioni umane appropriate o automaticamente, cioè con l'aiuto di dispositivi tecnici appropriati - regolatori automatici.

I regolatori che mantengono un valore costante del parametro sono chiamati propri e i controller che forniscono una modifica di un parametro secondo una certa legge sono chiamati software.

Nel 1765, il meccanico russo I. I. Polzunov inventò un regolatore automatico per scopi industriali, che manteneva un livello d'acqua approssimativamente costante nelle caldaie a vapore. Nel 1784, il meccanico inglese J. Watt ha inventato un regolatore automatico che manteneva una velocità costante di rotazione dell'albero di un motore a vapore.

Processo di regolazione

Considera come puoi mantenere una temperatura costante in una camera chiamata termostato, un esempio del quale sarebbe una camera incubatrice.

Incubatrice

I termostati sono ampiamente utilizzati in vari settori industriali, in particolare nell'industria alimentare. Infine, lo spazio abitativo può essere considerato un termostato anche in inverno se mantiene una temperatura costante con l'ausilio di apposite valvole poste sui termosifoni. Mostriamo come viene eseguito il controllo della temperatura ambiente non automatico.

Supponiamo che sia desiderabile mantenere una temperatura di 20 ° C. È monitorato da un termometro ambiente. Se sale più in alto, la valvola del radiatore è leggermente chiusa. Questo rallenta il flusso di acqua calda in quest'ultimo. La sua temperatura diminuisce e quindi diminuisce il flusso di energia nella stanza, dove anche la temperatura dell'aria si abbassa.

Quando la temperatura dell'aria nella stanza è inferiore a 20 ° C, la valvola si apre e quindi aumenta il flusso di acqua calda nel radiatore, per cui la temperatura nella stanza aumenta.

Con tale regolazione si osservano piccole fluttuazioni della temperatura dell'aria attorno al valore impostato (nell'esempio considerato, circa 20 °C).

Termostato meccanico

Questo esempio mostra che determinate azioni devono essere eseguite nel processo di regolazione:

• misurare il parametro regolabile;
• confrontare il suo valore con il valore preimpostato (in questo caso viene determinato il cosiddetto errore di controllo - la differenza tra il valore effettivo e il valore preimpostato);
• influenzare il processo in base al valore e al segno dell'errore di controllo.

Nella regolazione non automatica, queste azioni vengono eseguite da un operatore umano.

Regolazione automatica

La regolamentazione può essere effettuata senza intervento umano, cioè con mezzi tecnici. In questo caso si tratta di regolazione automatica, che viene effettuata mediante un regolatore automatico. Scopriamo di quali parti è composto e come queste parti interagiscono tra loro.

La misurazione del valore effettivo del parametro controllato viene effettuata da un dispositivo di misurazione chiamato sensore (nell'esempio dell'incubatore - termometro).

I risultati delle misure sono forniti dal sensore sotto forma di qualche segnale fisico (altezza della colonna di liquido termometrico, deformazione della piastra bimetallica, valore di tensione o corrente all'uscita del sensore, ecc.).

Il confronto del valore effettivo del parametro controllato con quello dato viene effettuato da un apposito comparatore chiamato corpo nullo. In questo caso, viene determinata la differenza tra il valore effettivo del parametro controllato e il suo valore specificato (cioè richiesto). Questa differenza è chiamata errore di controllo. Può essere sia positivo che negativo.

Il valore dell'errore di controllo viene convertito in un determinato segnale fisico che influenza l'esecutivo che controlla lo stato dell'oggetto controllato. A seguito dell'impatto del corpo esecutivo sull'oggetto, il parametro controllato aumenta o diminuisce a seconda del segno dell'errore di regolazione.

Pertanto, le parti principali del regolatore automatico sono: un elemento di misurazione (sensore), un elemento di riferimento (elemento zero) e un elemento esecutivo.

Affinché l'elemento zero confronti il ​​valore misurato della variabile controllata con il valore impostato, è necessario inserire il valore impostato del parametro nel controller automatico. Questo viene fatto con l'aiuto di un dispositivo speciale, il cosiddetto Master, che converte la regolazione automatica del valore impostato del parametro in un segnale fisico ad un certo livello.

In questo caso è importante che i segnali fisici delle uscite del sensore e il valore impostato siano della stessa natura. Solo in questo caso è possibile il confronto con un corpo nullo.

Va inoltre notato che la potenza del segnale di uscita corrispondente all'errore di regolazione è, di regola, insufficiente per controllare il funzionamento dell'organo esecutivo. A questo proposito, il segnale specificato è preamplificato. Il regolatore automatico comprende quindi, oltre alle tre parti principali indicate (sensore, elemento zero e attuatore), anche un settaggio ed un amplificatore.

Un tipico schema a blocchi di un sistema di controllo automatico

Come si può vedere da questo diagramma, il sistema di controllo automatico è chiuso. Dall'oggetto di controllo, le informazioni sul valore del parametro controllato vanno al sensore, quindi al corpo zero, dopodiché il segnale corrispondente all'errore di controllo passa attraverso l'amplificatore al corpo esecutivo, che ha l'effetto necessario sul oggetto di controllo.

Il movimento dei segnali dall'oggetto di controllo al corpo nullo è un ciclo di feedback. Il feedback è un prerequisito per il processo di regolamentazione. Un circuito così chiuso è influenzato anche da influenze esterne.

In primo luogo (e questo è il più importante), l'oggetto della regolamentazione è esposto a influenze esterne.Sono queste influenze che causano cambiamenti nei parametri del suo stato e impongono la regolamentazione.

In secondo luogo, l'influenza esterna sul circuito del sistema di controllo automatico è l'ingresso nel corpo zero attraverso il valore impostato del valore richiesto del parametro controllato, che viene determinato sulla base dell'analisi della modalità operativa dell'intero sistema, che include questo dispositivo automatico. Questa analisi viene eseguita da un essere umano o da un computer di controllo.

Esempi di regolatori automatici:

Il dispositivo e il principio di funzionamento del termostato elettrico per ferro

L'uso di un controller PID nei sistemi di automazione sull'esempio del TRM148 OWEN