Автоматические регуляторы


1 - обобщенная схема устройств с обратной связью; 2 - регенеративный радиоприемнин- электрическое устройство с положительной обратной связью; 3-двигатель внутреннего сгорания-механическое устройство с положительной обратной связью; 4, 5, 6 -регуляторы уровня,температуры, числа оборотов - примеры устройств с отрицательной обратной связью

1 - обобщенная схема устройств с обратной связью; 2 - регенеративный радиоприемнин- электрическое устройство с положительной обратной связью; 3-двигатель внутреннего сгорания-механическое устройство с положительной обратной связью; 4, 5, 6 -регуляторы уровня,температуры, числа оборотов - примеры устройств с отрицательной обратной связью

На цветном рисунке изображены устройства, при помощи которых поддерживаются постоянный уровень воды в баке, постоянная скорость вращения машины, постоянная температура в печи. Все это — автоматические регуляторы. Основа каждого из них — чувствительный элемент. В регуляторе уровня — это поплавок, который движется вверх и вниз в зависимости от изменения уровня; в регуляторе числа оборотов — центробежный маятник. С увеличением числа оборотов его шары поднимаются выше, а с уменьшением — опускаются ниже.

Круговая цепь с положительной обратной связью.
Круговая цепь с положительной обратной связью.

Миллионы автоматических регуляторов применяются в современной технике. Они поддерживают постоянные температуры в электрохолодильниках и напряжения в электрических сетях, управляют различными агрегатами на производстве.

Обнаружив, например, отклонение уровня, скорости или температуры от требуемого значения, чувствительный элемент регулятора воздействует на регулирующий орган, который уменьшает или увеличивает приток воды, пара, электроэнергии и т. д. или производит другое необходимое воздействие на регулируемый объект.

Чувствительный элемент регулятора вновь и вновь (непрерывно или через определенные промежутки времени) проверяет значение контролируемой величины, а полученная информация опять заставляет действовать регулирующий орган. Это круговой процесс, он повторяется во все время работы регулятора.

 

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ

Вообразите себе двух собак: черная собака кусает за хвост белую, и белая собака кусает за хвост черную. Это круговой процесс. Одна собака по отношению к другой является цепью обратной связи.

Эта круговая цепь из «четвероногих звеньев» может служить наглядным примером круговой цепи паровой машины или двигателя внутреннего сгорания.

У них движение поршня вызывает такое перемещение клапанов, которое вновь заставляет двигаться поршень — так же, как в комбинации собак укус возвращается в виде укуса. Подобная обратная связь называется положительной.

Положительная обратная связь (самовозбуждение) Отрицательная обратная связь (затухание сигналов)
Положительная обратная связь (самовозбуждение):
— Почему вы наступили мне на ногу?
— Оскорбление, которое вы мне нанесли, смывается только кровью!
— Так пусть нас рассудят шпаги!
Отрицательная обратная связь (затухание сигналов):
— Почему вы наступили мне на ногу?
— Прошу извинить меня!
— Охотно принимаю ваше извинение.

Рассмотрим теперь автоматический регулятор. В нем связь регулирующего органа с чувствительным элементом устроена и действует так, чтобы противодействовать всяким возмущениям, ликвидировать любые отклонения регулируемой величины от заданного значения.

Если в электрической печи, например, температура вдруг повысится и станет большей, чем нужно, автоматический регулятор сразу же уменьшит подачу электроэнергии, и наоборот. Обратная связь, применяемая в автоматических регуляторах, называется отрицательной.

Регуляторы скорости непрямого действия с гидравлическим (золотниковым) усилителем и с гидравлическим серводвигателем
Регуляторы скорости непрямого действия с гидравлическим (золотниковым) усилителем и с гидравлическим серводвигателем. Центробежный маятник перемещает золотник, который пропускает масло под давлением то по одну, то по другую сторону поршня серводвигателя: а — регулятор без внутренних обратных связей; б — регулятор с дополнительной отрицательной жесткой обратной связью; в — регулятор с дополнительной гибкой исчезающей обратной связью.

Цепи обратной связи — важная особенность многих устройств современной техники.

В начале нашего века были изобретены электронные лампы с управляющей сеткой, стали строиться ламповые радиоприемники. В годы первой мировой войны было открыто, что если применить положительную обратную связь выхода радиоприемника с его входом, то чувствительность значительно повысится. Такой приемник может принимать очень слабые радиосигналы.

 

ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

Цепи обратной связи в живом организме.
Цепи обратной связи в живом организме.

Чувствительные клетки живого организма непрерывно получают сигналы из внешнего мира и от внутренних органов. По нервным волокнам эти сигналы идут в мозг, анализируются, сопоставляются. А мозг обратно посылает по нервным волокнам командные сигналы, которые управляют и работой всех внутренних органов, и поведением живого организма.

Если мы из теплой комнаты выйдем на мороз, наш мозг немедленно получит сигналы от теплочувствительных клеток, скрытых в коже. По отходящим нервным волокнам мозг пошлет импульсы к сердцу, которое станет энергичнее накачивать кровь; усилится скорость обмена веществ, окислится дополнительное количество «топлива».

Множество регулирующих механизмов поддерживает в нашем организме требуемое кровяное давление, содержание кислот, щелочей. Если мы видим нечто угрожающее, опасное, мозг немедленно посылает сигналы надпочечным железам; они выделяют адреналин, который поступает в кровь, повышает ее свертываемость, ускоряет ритм дыхания, замедляет работу кишечника — организм подготавливается к ответному действию.

К обратным связям, действующим в живом организме, нельзя применить простые термины «положительная», «отрицательная». Получив сигналы, живой организм производит над ними ряд операций анализа, сопоставляет с ранее накопленными впечатлениями. Обратная реакция живого организма на различные воздействия много сложнее реакции простейших автоматических регуляторов, которые показаны на цветном рисунке.

Анализ сигналов в живом организме производится нервными клетками. Чтобы строить автоматы, способные анализировать, сопоставлять сигналы, т. е. обладающие «мыслительными способностями», необходимо иметь нечто подобное живым нервным клеткам. В современной автоматике роль этих клеток играют различные усилители и реле.