3. Автоматический регулятор Ползунова

Регулирование автоматическое (от нем. regulieren -- регулировать, от лат. regula -- норма, правило), поддержание постоянства (стабилизация) некоторой регулируемой величины, характеризующей технический процесс, либо её изменение по заданному закону (программное регулирование) или в соответствии с некоторым измеряемым внешним процессом (следящее регулирование), осуществляемое приложением управляющего воздействия к регулирующему органу объекта регулирования; разновидность автоматического управления. При автоматическом регулировании управляющее воздействие u(t) обычно является функцией динамической ошибки -- отклонения e(t) регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t): e(t) = x0(t) -- х(t) (принцип Ползунова -- Уатта регулирования по отклонению, или принцип обратной связи) (рис. а). Иногда к автоматическому регулированию относят также управление, при котором u(t) вырабатывается (устройством компенсации) в функции возмущающего воздействия f (нагрузки) на объект (принцип Понселе регулирования по возмущению) (рис. б), и комбинированное регулирование по отклонению и возмущению (рис. в).

Первый этап автоматизации охватывает период времени с начала XVIII до конца XIX столетия. В 20-е годы XVIII столетия в России А.Нартовым был разработан автоматический суппорт для токарно-копировального станка. В 1765 г. русским механиком И.И.Ползуновым - творцом первой паровой машины универсального назначения - был создан первый в мире промышленный автоматический регулятор для поддержания постоянного уровня воды в котле паровой машины (рис. В.1.).

Измерительный орган - поплавок (1), находящийся на поверхности воды, перемещаясь, изменял подачу жидкости Dпв, идущей по трубе в котёл через отверстие клапана (2). Если уровень воды Нб поднимался выше положенного, то поплавок, перемещаясь вверх, закрывал клапан и подача воды прекращалась. В регуляторе Ползунова была реализована идея, являющаяся и поныне центральной в устройствах автоматического регулирования. В 1784 г. английским механиком Дж. Уаттом также для паровой машины был разработан центробежный регулятор скорости. В течение всего XIX столетия происходило совершенствование регуляторов для паровых машин. На первом этапе развития автоматизации были попытки создания автоматических станков и линий с жёсткой кинематической связью.

В данном случае реализуется способ регулирования по отклонению, получивший название принципа Ползунова-Уатта. Сущность его состоит в следующем: чем больше отклонение регулируемой величины, тем больше перемещение регулирующего органа в направлении, препятствующем этому отклонению. Уравнение движения регуляторов Ползунова-Уатта (закон регулирования), как показано выше, можно записать следующим образом: e(t) = x0(t) -- х(t), где отклонения e(t) регулируемой величины х(t) от её заданного значения x0(t). Алгоритм работы системы заключен в стремлении свести ошибку x(t) к нулю.

Достоинство систем регулирования по отклонению в том, что обратная связь приводит к уменьшению ошибки независимо от факторов её вызвавших (изменений параметров регулируемого объекта или внешних условий). Но есть и недостатки:

· В системах с обратной связью возникает проблема неустойчивости.

· Малое быстродействие.

· Склонность системы к перерегулированию (колебание регулируемого параметра около заданного значения).

Следует отметить, что развитие автоматизации производства в этот период времени основывалось на принципах и методах классической механики.