Cómo funciona y funciona un regulador automático en el ejemplo de una cámara de incubadora

La forma más simple y más común de control automático del funcionamiento de los dispositivos técnicos es el control automático, que se denomina método para mantener constante un parámetro dado (por ejemplo, velocidad de rotación del eje, temperatura media, presión de vapor) o método para garantizar la su cambio de acuerdo con cierta ley. Puede llevarse a cabo a través de acciones humanas apropiadas o automáticamente, es decir, con la ayuda de dispositivos técnicos apropiados: reguladores automáticos.

Los reguladores que mantienen un valor constante del parámetro se denominan propios, y los controladores que proporcionan un cambio de un parámetro de acuerdo con una determinada ley se denominan software.

En 1765, el mecánico ruso I. I. Polzunov inventó un regulador automático para fines industriales, que mantenía un nivel de agua aproximadamente constante en las calderas de vapor. En 1784, el mecánico inglés J. Watt inventó un gobernador automático que mantenía constante la velocidad de rotación del eje de una máquina de vapor.

Proceso de regulación

Considere cómo puede mantener una temperatura constante en una cámara llamada termostato, un ejemplo de lo cual sería una cámara de incubación.

Incubadora

Los termostatos son muy utilizados en diversos sectores industriales, especialmente en la industria alimentaria. Finalmente, el espacio habitable también puede considerarse un termostato en invierno si mantiene una temperatura constante con la ayuda de válvulas especiales que se ofrecen en los radiadores de calefacción. Mostremos cómo se realiza el control de temperatura ambiente no automático.

Suponga que es deseable mantener una temperatura de 20 ° C. Se controla con un termómetro de ambiente. Si sube más, entonces la válvula del radiador está ligeramente cerrada. Esto ralentiza el flujo de agua caliente en este último. Su temperatura disminuye y, por lo tanto, disminuye el flujo de energía hacia la habitación, donde la temperatura del aire también disminuye.

Cuando la temperatura del aire en la habitación es inferior a 20 ° C, la válvula se abre y, por lo tanto, aumenta el flujo de agua caliente en el radiador, por lo que aumenta la temperatura en la habitación.

Con tal regulación, se observan pequeñas fluctuaciones en la temperatura del aire alrededor del valor establecido (en el ejemplo considerado, alrededor de 20 ° C).

Termostato mecánico

Este ejemplo muestra que ciertas acciones deben realizarse en el proceso de regulación:

• medir el parámetro ajustable;
• compare su valor con el valor preestablecido (en este caso, se determina el llamado error de control, la diferencia entre el valor real y el valor preestablecido);
• para afectar el proceso de acuerdo al valor y signo del error de control.

En la regulación no automática, estas acciones son realizadas por un operador humano.

Ajuste automático

La regulación se puede hacer sin intervención humana, es decir, por medios técnicos. En este caso, hablamos de regulación automática, que se lleva a cabo mediante un regulador automático. Averigüemos en qué partes consiste y cómo estas partes interactúan entre sí.

La medición del valor real del parámetro controlado se lleva a cabo mediante un dispositivo de medición llamado sensor (en el ejemplo de la incubadora: sensor de temperatura).

Los resultados de las medidas los da el sensor en forma de alguna señal física (altura de la columna de líquido termométrico, deformación de la placa bimetálica, valor de tensión o corriente a la salida del sensor, etc.).

La comparación del valor real del parámetro controlado con el dado se realiza mediante un comparador especial llamado cuerpo nulo. En este caso, se determina la diferencia entre el valor real del parámetro controlado y su valor especificado (es decir, requerido). Esta diferencia se llama error de control. Puede ser tanto positivo como negativo.

El valor del error de control se convierte en una determinada señal física que afecta al ejecutivo que controla el estado del objeto controlado. Como resultado del impacto del órgano ejecutivo sobre el objeto, el parámetro controlado aumenta o disminuye según el signo del error de ajuste.

Así, las partes principales del regulador automático son: un elemento de medida (sensor), un elemento de referencia (elemento cero) y un elemento ejecutivo.

Para que el elemento cero compare el valor medido de la variable controlada con el valor establecido, es necesario ingresar el valor establecido del parámetro en el controlador automático. Esto se hace con la ayuda de un dispositivo especial, el llamado Master, que convierte el ajuste automático del valor establecido del parámetro en una señal física a un nivel determinado.

En este caso, es importante que las señales físicas de las salidas del sensor y el valor establecido sean de la misma naturaleza. Solo en este caso es posible comparar con un cuerpo nulo.

También cabe señalar que la potencia de la señal de salida correspondiente al error de regulación es, por regla general, insuficiente para controlar el funcionamiento del órgano ejecutivo. En este sentido, la señal especificada se preamplifica. Por tanto, el regulador automático, además de las tres partes principales indicadas (sensor, elemento cero y actuador), también incluye un ajuste y un amplificador.

Un diagrama de bloques típico de un sistema de control automático

Como puede verse en este diagrama, el sistema de control automático está cerrado. Desde el objeto de control, la información sobre el valor del parámetro controlado va al sensor y luego al cuerpo cero, después de lo cual la señal correspondiente al error de control pasa a través del amplificador al cuerpo ejecutivo, que tiene el efecto necesario en el objeto de control

El movimiento de señales desde el objeto de control hasta el cuerpo nulo es un circuito de retroalimentación. La retroalimentación es un requisito previo para el proceso de regulación. Este circuito cerrado también se ve afectado por influencias externas.

Primero (y esto es lo más importante), el objeto de regulación está expuesto a influencias externas.Son estas influencias las que provocan cambios en los parámetros de su estado e imponen la regulación.

En segundo lugar, la influencia externa en el circuito del sistema de control automático es la entrada en el cuerpo cero a través del valor establecido del valor requerido del parámetro controlado, que se determina en función del análisis del modo operativo de todo el sistema, que incluye este dispositivo automático. Este análisis es realizado por un humano o una computadora de control.

Ejemplos de reguladores automáticos:

El dispositivo y principio de funcionamiento del termostato eléctrico para hierro.

El uso de un controlador PID en sistemas de automatización en el ejemplo del TRM148 OWEN