Comment fonctionne un régulateur automatique et fonctionne sur l'exemple d'une chambre d'incubateur

La forme la plus simple et la plus courante de contrôle automatique du fonctionnement des appareils techniques est le contrôle automatique, appelé méthode de maintien constant d'un paramètre donné (par exemple, vitesse de rotation de l'arbre, température moyenne, pression de vapeur) ou méthode d'assurance de son changement selon une certaine loi. Il peut être réalisé par des actions humaines appropriées ou automatiquement, c'est-à-dire à l'aide de dispositifs techniques appropriés - des régulateurs automatiques.

Les régulateurs qui maintiennent une valeur constante du paramètre sont appelés les leurs, et les contrôleurs qui fournissent un changement d'un paramètre selon une certaine loi sont appelés logiciels.

En 1765, le mécanicien russe I. I. Polzunov a inventé un régulateur automatique à des fins industrielles, qui maintenait un niveau d'eau à peu près constant dans les chaudières à vapeur. En 1784, le mécanicien anglais J. Watt a inventé un régulateur automatique qui maintenait une vitesse de rotation constante de l'arbre d'une machine à vapeur.

Processus de réglementation

Considérez comment vous pouvez maintenir une température constante dans une chambre appelée thermostat, dont un exemple serait une chambre d'incubateur.

Incubateur

Les thermostats sont largement utilisés dans divers secteurs industriels, en particulier dans l'industrie alimentaire. Enfin, l'espace de vie peut également être considéré comme un thermostat en hiver s'il maintient une température constante à l'aide de vannes spéciales proposées sur les radiateurs de chauffage. Montrons comment le contrôle non automatique de la température ambiante est effectué.

Supposons qu'il soit souhaitable de maintenir une température de 20 ° C. Elle est contrôlée par un thermomètre d'ambiance. S'il monte plus haut, la vanne du radiateur est légèrement fermée. Cela ralentit l'écoulement de l'eau chaude dans ce dernier. Sa température diminue et donc le flux d'énergie dans la pièce diminue, où la température de l'air devient également plus basse.

Lorsque la température de l'air dans la pièce est inférieure à 20 ° C, la vanne s'ouvre et ainsi le débit d'eau chaude dans le radiateur augmente, ce qui entraîne une augmentation de la température dans la pièce.

Avec une telle régulation, on observe de petites fluctuations de la température de l'air autour de la valeur de consigne (dans l'exemple considéré, environ 20°C).

Thermostat mécanique

Cet exemple montre que certaines actions doivent être réalisées dans le processus de régulation :

• mesurer le paramètre réglable ;
• comparer sa valeur avec la valeur prédéfinie (dans ce cas, l'erreur dite de contrôle est déterminée - la différence entre la valeur réelle et la valeur prédéfinie);
• pour affecter le processus en fonction de la valeur et du signe de l'erreur de contrôle.

En régulation non automatique, ces actions sont réalisées par un opérateur humain.

Ajustement automatique

La régulation peut se faire sans intervention humaine, c'est-à-dire par des moyens techniques. Dans ce cas, on parle de régulation automatique, qui s'effectue à l'aide d'un régulateur automatique. Découvrons de quelles parties il se compose et comment ces parties interagissent les unes avec les autres.

La mesure de la valeur réelle du paramètre contrôlé est effectuée par un appareil de mesure appelé capteur (dans l'exemple de l'incubateur — capteur de température).

Les résultats des mesures sont donnés par le capteur sous la forme d'un signal physique (hauteur de la colonne de liquide thermométrique, déformation du bilame, valeur de la tension ou du courant en sortie du capteur, etc.).

La comparaison de la valeur réelle du paramètre contrôlé avec celle donnée est effectuée par un comparateur spécial appelé le corps nul. Dans ce cas, la différence entre la valeur réelle du paramètre contrôlé et sa valeur spécifiée (c'est-à-dire requise) est déterminée. Cette différence est appelée erreur de contrôle. Cela peut être à la fois positif et négatif.

La valeur de l'erreur de contrôle est convertie en un certain signal physique qui affecte l'exécutif qui contrôle l'état de l'objet contrôlé. En raison de l'impact de l'organe exécutif sur l'objet, le paramètre contrôlé augmente ou diminue en fonction du signe de l'erreur de réglage.

Ainsi, les pièces principales du régulateur automatique sont : un élément de mesure (capteur), un élément de référence (élément zéro) et un élément exécutif.

Pour que l'élément zéro compare la valeur mesurée de la variable contrôlée avec la valeur de consigne, il est nécessaire d'entrer la valeur de consigne du paramètre dans le contrôleur automatique. Cela se fait à l'aide d'un appareil spécial, le soi-disant Master, qui convertit le réglage automatique de la valeur de consigne du paramètre en un signal physique à un certain niveau.

Dans ce cas, il est important que les signaux physiques des sorties du capteur et la valeur de consigne soient de même nature. Ce n'est que dans ce cas qu'il est possible de comparer avec un corps nul.

Il convient également de noter que la puissance du signal de sortie correspondant à l'erreur de régulation est, en règle générale, insuffisante pour contrôler le fonctionnement de l'organe exécutif. À cet égard, le signal spécifié est préamplifié. Par conséquent, le régulateur automatique, en plus des trois parties principales indiquées (capteur, élément zéro et actionneur), comprend également un réglage et un amplificateur.

Un schéma fonctionnel typique d'un système de contrôle automatique

Comme on peut le voir sur ce schéma, le système de contrôle automatique est fermé. De l'objet de contrôle, les informations sur la valeur du paramètre contrôlé vont au capteur, puis au corps zéro, après quoi le signal correspondant à l'erreur de contrôle passe par l'amplificateur jusqu'à l'organe exécutif, ce qui a l'effet nécessaire sur le objet de contrôle.

Le mouvement des signaux de l'objet de contrôle vers le corps nul est une boucle de rétroaction. La rétroaction est une condition préalable au processus de réglementation. Une telle boucle fermée est également affectée par des influences externes.

Premièrement (et c'est le plus important), l'objet de la régulation est exposé à des influences extérieures.Ce sont ces influences qui provoquent des changements dans les paramètres de son état et imposent une régulation.

Deuxièmement, l'influence externe sur le circuit du système de contrôle automatique est l'entrée dans le corps zéro via la valeur définie de la valeur requise du paramètre contrôlé, qui est déterminée sur la base de l'analyse du mode de fonctionnement de l'ensemble du système, qui comprend ce dispositif automatique. Cette analyse est effectuée par un humain ou un ordinateur de contrôle.

Exemples de régulateurs automatiques :

Le dispositif et le principe de fonctionnement du thermostat électrique pour le fer

L'utilisation d'un contrôleur PID dans les systèmes d'automatisation sur l'exemple du TRM148 OWEN