Башарин Евгений Александрович бждр(дот)-307 с/п -21

Башарин Евгений Александрович – БЖДР(дот)-307 с/п -21 
 
Задание 1. 
1. Привести структурную схему системы автоматического регулирования (САР) с 
основными элементами САР. 
2. Привести определения основных элементов САР. 
3. Уметь объяснить назначение основных элементов САР. 
Для управления современным производственным процессом необходимо 
наблюдать, измерять, анализировать данные о ходе производственного процесса. Эта 
информация передается на соответствующие пункты управления. Поступившая в эти 
пункты информация перерабатывается и используется для принятия решений о том, как 
следует воздействовать на технологический процесс. Таким образом, всякая операция 
управления и регулирования требует получения, передачи, преобразования и 
использования информации для того, чтобы провести определенные целенаправленные 
действия. Причем при автоматизированном производстве все это осуществляется 
автоматическими устройствами. При автоматизации производственных 
процессов в зависимости от характера и объема операций, выполняемых 
автоматическими устройствами, различают следующие виды автоматизации. 
1. Автоматический контроль. 
2. Автоматическая защита. 
3. Автоматическое управление. 
4. Автоматическое регулирование. 
Автоматический контроль разнообразных величин (температуры, давления, 
расхода, влажности, уровня и т.д.) тесно связан с измерением этих величин. При 
измерении дается количественная оценка параметру, т.е. определяется численное 
значение той или иной величины в выбранных единицах. Для контроля применяются 
измерительные приборы, рассмотренные в первой части учебника. 
В соответствии с содержанием исполнительного элемента автоматический контроль 
делится на следующие 4 основных вида: 
а) автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров 
(сигнализирующий прибор световой, звуковой); 
б) автоматическое указание значений контролируемых параметров (указывающий 
прибор-шкала и стрелка, цифровой прибор); 
в) 
автоматическая 
регистрация 
значений 
контролируемых 
параметров 
(регистрирующий прибор-запись на бумаге, магнитной ленте); 
г) автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных 
значений контролируемых параметров (сортирующий прибор по весу, размеру и др.). 
Автоматическая защита предназначена для обеспечения надежности и безопасности 
производства. 
Например, 
электрические 
защитные 
устройства 
защищают 
электрооборудование от действия больших токов и напряжений (реле max тока, 
тепловые реле, предохранители и др.). К автоматической защите относятся также 
предохранительные клапаны, открывающие выход в атмосферу, и другие устройства. 
Автоматическое управление. Автоматическим называется такое управление, в 
котором организация целенаправленных действий осуществляется управляющим 
элементом, при помощи которого происходит воздействие на управляемую величину 
объекта таким образом, что автоматически выполняется программа, заданная 

управляющим элементом. Устройства автоматического управления имеют своей целью 
исключить участие человека в управлении операциями технологического процесса. За 
человеком остается задача предварительной выработки программы действия, а иногда 
только подача пускового сигнала. В состав элементов управления входят командные 
устройства, которые задают программу действия, и воспринимающие устройства, 
например, приводы технологического оборудования. В качестве программного 
устройства может быть использован переключатель, приводимый в действие 
электродвигателем, реле времени, различные командоаппараты и др. Эти устройства 
подают последовательно друг за другом импульсы на выполнение очередных операций 
после отработки заданной выдержки времени. В более сложных программных 
устройствах программа задается в виде шаблона, который воспроизводит закон 
изменения управляемой величины в функции времени. Эта закономерность условно 
наносится на перфорированной или магнитной ленте. 
Наиболее совершенным современным устройством автоматического управления 
является управляющая вычислительная машина (УЭВМ). Основным узлом в такой 
машине является вычислительное устройство; оно получает от различных датчиков 
сведения о ходе управляемого процесса; с большой скоростью машина производит 
необходимые вычисления и на основании результатов этих вычислений вырабатывает 
команды для управления технологическим процессом. Необходимые требования по ходу 
технологического процесса закладываются в вычислительное устройство в виде системы 
уравнений, описывающих процесс. 
Автоматическим 
регулированием 
называется 
процесс 
автоматического 
поддержания заданных значений какой-либо физической величины в заранее 
установленных условиях. Автоматическое регулирование является наиболее сложным 
видом автоматизации, оно состоит из автоматического контроля и автоматического 
управления. 
Рис.1 – Структурная схема автоматического регулирования 
Сигнал от регулируемого параметра у (рис.1) поступает на воспринимающий 
элемент-датчик Д. От датчика сигнал поступает на элемент сравнения ЭС; на этот же 
элемент поступает сигнал от задающего элемента-задатчика ЗД. В элементе сравнения 
сопоставляется требуемое значение параметра, поступающее от задающего элемента, с 
действительным его значением, поступающим от воспринимающего элемента-датчика. 
В результате такого сопоставления (сравнения) вырабатывается управляющее 
воздействие. Обычно это воздействие, слабое по величине, поступает в электронный 
усилитель ЭУ (не всегда), где оно усиливается по величине и мощности за счет 
постороннего источника питания ИП, и направляется на исполнительный элемент ИЭ. 
Исполнительный элемент воздействует на регулирующий орган ОР, который оказывает 
влияние на регулируемый параметр. Этим замыкается основная цепь воздействий 
автоматической системы регулирования. 
Большинство систем автоматического регулирования, применяющихся в настоящее 
время в промышленности, являются системами автоматической стабилизации. В такой 
системе автоматическое устройство поддерживает постоянным заранее заданное 

значение физической величины, например, автоматическое поддержание неизменного 
давления, расхода газа или жидкости, температуры в печи и т.д. Имеются 
технологические процессы, в которых заданное значение регулируемой величины не 
должно быть постоянным, а должно изменяться во времени по некоторому заранее 
известному закону. Система автоматического регулирования такого вида называется 
программным регулированием. 
В следящих системах регулирования регулируются величины, для которых закон 
изменения заранее неизвестен и определяется внешними процессами. В последние годы 
начали применяться также оптимальные (экстремальные) системы. Такие системы не 
только поддерживают заданное значение регулируемой величины, но одновременно 
определяют каким должно быть заданное значение, чтобы регулируемый процесс 
протекал наилучшим (оптимальным) образом. 
1.2.Классификация систем автоматического регулирования 
Технологические процессы - это процессы взаимодействия и преобразования 
материальных и энергетических потоков, в результате чего производится готовая 
продукция или полуфабрикат. Например, при работе смесителя непрерывного действия 
происходит физико-механическое взаимодействие потоков песка, оборотной смеси, 
воды и связующих, результатом которого является непрерывный выпуск формовочной 
смеси. Процессы преобразования вещества и энергии происходят и в плавильных 
агрегатах, например, в вагранках, где результатом физико-химических и других 
взаимодействий является получение жидкого чугуна. Подобные примеры можно 
привести и из других областей литейного производства, причем во всех случаях 
технологические процессы можно будет охарактеризовать двумя совокупностями 
величин: входными х и выходными у. Входные величины - х - это факторы 
интенсивности процесса: количественные характеристики потоков вещества или 
энергии, проходящих через технологический агрегат. Для смесителя это объемные или 
весовые расходы воды, песка и прочих компонентов смеси, проходящих через этот 
агрегат. Входными величинами доменного процесса являются расход дутья, весовая 
скорость подачи шихты, кокса и флюсов, количество тепла, вносимого в единицу 
времени подогретым дутьем и др. Входные величины, характеризующие количество 
продукта или его составляющих, проходящее через объект в единицу времени, 
называется нагрузкой объекта. Выходные величины - у - это показатели качества 
технологического процесса: влажность, прочность и газопроницаемость и другие 
свойства формовочной смеси; температура, химический состав и литейные свойства 
чугуна, его себестоимость и другие характеристики. Между выходными и входными 
величинами существует определенная функциональная связь, в которой входная 
величина является аргументом, а выходная - функцией, т.е. 
y=f(x). 
Поэтому теоретически всегда можно рассчитать или подобрать такое сочетание 
входных величин, при котором одна или несколько выходных величин примут заданное 
значение. Например, для того, чтобы получить формовочную смесь с заданными 
технологическими свойствами, необходимо однозначно задать соотношение и скорость 
подачи ее исходных компонентов. Точно также состав, температура и другие свойства 
чугуна, выпускаемого из вагранки, однозначно связаны с входными величинами этого 
объекта. Тем не менее известно, что, даже точно задавая требуемые значения входных 
величин, практически очень редко удается обеспечить, а тем более сохранить, 
постоянство выходных величин процесса. Причина этого заключается в том, что кроме 
целенаправленных подконтрольных входных воздействий на любой процесс влияет 

целый ряд случайных факторов - помех. Эти факторы также относятся к входным 
величинам, но в отличие от управляемых входных величин называются возмущениями. 
Именно наличие возмущений и является причиной тенденции к нарушению 
равновесного состояния технологического процесса. В случае приготовления смеси 
такими возмущениями являются изменение температуры и влажности ее компонентов, 
погрешности дозирования, непостоянство температуры и влажности атмосферы цеха, 
приводящие к колебаниям количества испаряющейся из смесителя воды и др. В случае 
ваграночной плавки это изменения в составе и количестве шихты и кокса, увеличение 
диаметра шахты вследствие разгара футеровки и др. В условиях наличия подобных 
возмущений качественный ход процесса удается обеспечить без участия человека лишь 
с помощью автоматического регулирования. Автоматическое регулирование - это такое 
воздействие на технологический процесс, при котором, несмотря на внешние 
возмущения, обеспечивается стабильность качественных показателей процесса или 
заданный характер их изменения. 
Рис.2 – Схема простейшей САР 
Технологический процесс как объект регулирования (ОР) и автоматический 
регулятор (АР) образуют систему автоматического регулирования (САР). Одна из 
простейших САР показана на рис.2. В этой системе объектом регулирования является 
проточный бак 1, в котором необходимо поддерживать стабильный уровень жидкости, 
несмотря на возможные колебания ее расхода. Если приток жидкости Qп равен ее 
потреблению (стоку) Qс т.е. Qп= Qс -нагрузка на объект постоянна, то уровень жидкости 
(регулируемая величина Н ) в баке неизменен т.е. объект регулирования находится в 
равновесном стоянии. Если в некоторый момент времени произойдет увеличение стока 
ΔQc , то уровень жидкости начнет понижаться. Это приведет к опусканию поплавка 4 
(чувствительный элемент), вследствие чего рычажный регулятор 3 (исполнительный 
элемент), воздействуя на задвижку 2 (регулирующий орган), начнет увеличивать приток 
жидкости. Регулирующее воздействие будет производиться до тех пор, пока изводиться 
до тех пор, пока нагрузка на объект не стабилизируется, т.е. Qп= Qс и не будет 
достигнуто новое равновесное состояние. Таким образом, регулятор реагирует на 
уменьшение уровня жидкости увеличением ее притока, чем и компенсируется 
первоначальное возмущение - увеличение стока. 
В практике автоматического регулирования используются различные структурные 
и функциональные разновидности САР: разомкнутые, замкнутые, комбинированные, 
самонастраивающиеся и др. 

Рис.3 – Структурная схема разомкнутой САР 
Разомкнутые САР - это системы автоматического регулирования по возмущению. В 
них регулирующее воздействие вводится на входе объекта при заранее выбранных 
условиях без контроля выходных величин объекта. Структурная схема разомкнутой САР 
приведена на рис.3. В такой САР в регулятор вводится информация о значении одной из 
входных величин, например, той, которая наиболее подвержена сильным возмущениям. 
При наличии разницы между фактическим и номинальным значением этой величины 
осуществляется регулирующее воздействие либо на нее (рис.3,а), либо на другую 
входную величину (рис.3,б), технологически с ней связанную. Последний случай 
довольно часто встречается в практике автоматического регулирования. Например, 
широко 
известны 
автоматизированные 
смесеприготовительные 
установки 
непрерывного действия, в которых автомат изменяет подачу воды в смеситель на 
основании информации о температуре и влажности оборотной смеси. В другой 
разомкнутой САР аналогичным образом обеспечивается автоматическое регулирование 
процесса сушки песка: колебания влажности песка воспринимаются регулятором, 
автоматически изменяющим подачу топлива в горелки барабанного сушила. В обоих 
случаях регулирующее воздействие направлено на компенсацию возмущений; при этом 
предполагается, что регулятор обеспечивает постоянство выходной величины объекта. 
Следует отметить, что если охватываемое регулирующим воздействием возмущение 
является единственной причиной нарушения заданного режима, то разомкнутая САР 
вполне способна обеспечить должное качество процесса. Более того, в ряде случаев 
разомкнутая система оказывается более предпочтительной, чем другие САР, так как 
вредные последствия возмущений могут быть своевременно предотвращены: 
регулирующее воздействие произойдет до того, как разовьется рассогласование 
выходной величины объекта. Тем не менее подобные САР следует применять с 
известной осторожностью, так как в большинстве случаев выходная величина объекта 
регулирования является многофакторной функцией большого количества нестабильных 
входных величин. 
Рис.4 – Схема замкнутой САР 
Самое широкое распространение в автоматике получили системы автоматического 
регулирования по отклонению, являющиеся замкнутыми САР (рис.4). В таких системах 
регулирующее воздействие вводится по определенному закону, связанному с 
отклонением выходных величин от их заданных значений. В таких системах выходная 

величина объекта регулирования у непрерывно сравнивается с заданным ее значением 
у0 ; регулятор вычисляет величину рассогласования Δу=у-у0 и воздействует на вход 
объекта до тех пор, пока не исчезнет рассогласование. Связь объекта с регулятором по 
каналу передачи информации с выхода объекта на вход регулятора, а затем выхода 
регулятора на вход объекта обеспечивается наличием отрицательной обратной связи в 
системе. По своему влиянию на выходную величину объекта регулирующее воздействие 
противоположно воздействию возмущающему, что типично для устройств с 
отрицательной обратной связью, в которых выходной сигнал устройства подается 
обратно на его вход в противофазе с причиной, обусловившей появление выходного 
сигнала. Как и в любых системах с обратной связью, в рассматриваемой системе 
возникает характерная цепь причинно-следственных отношений: с одной стороны, 
появление рассогласования Δу является следствием изменений на входе объекта 
регулирования, с другой -изменения на входе обусловлены регулирующим 
воздействием, причиной которого является наличие рассогласования. В отличие от 
разомкнутых систем замкнутые САР одинаково функционируют вне зависимости от 
того, какая их входных величин подверглась возмущению. Эта инвариантность к 
источнику возмущения вызвана тем, что регулятор реагирует на рассогласование в 
объекте, а не его причину, что является наиболее ценным свойством замкнутых САР. 
Тем не менее данным системам присущи и серьезные недостатки. Основной из них 
заключается в том, что в отличие от разомкнутых САР замкнутые системы не способны 
обеспечить абсолютно точного поддержания постоянного значения выходной величины 
объекта, так как само появление регулирующего воздействия возможно лишь при 
наличии рассогласования. Таким образом, в самом принципе регулирования заложена 
возможность отклонения у от уо. Это приводит к тому, что при регулировании процессов 
в сложных инерционных объектах, когда регулирующее воздействие не может 
мгновенно вызвать соответствующего изменения выходной величины, возникающее 
рассогласование может стать недопустимо большим. Кроме того, как и во многих 
инерционных системах, охваченных обратной связью, здесь могут возникать 
продолжительные, а иногда незатухающие колебания выходной величины объекта. В 
связи с этими особенностями замкнутых САР их расчет, подбор и настройка регулятора 
сопряжены с известными трудностями, так как требуют тщательного учета особенностей 
элементов системы. Если основной задачей САР является поддержание неизменного 
значения выходной величины объекта, то она называется САР стабилизации. 
Существуют и другие разновидности САР, в которых обеспечивается не стабилизация, а 
изменение выходной величины либо в зависимости от некоторой другой величины - 
следящие САР, либо в функции времени - программные САР. В этих системах в 
регулятор вводится информация о действительном и заданном характере изменения 
выходной величины объекта. При этом регулятор поддерживает постоянство, например, 
скорости изменения выходной величины. Необходимость в этом возникает, в частности, 
при автоматизации сушки стержней или термообработке отливок, когда нагрев или 
охлаждение необходимо вести с определенной скоростью в течение заданного времени. 
Следует отметить, что в качестве программных регуляторов могут использоваться и 
обычные регуляторы стабилизации в случае, если между входом регулятора и выходом 
объекта включается дополнительное дифференцирующее устройство, формирующее 
сигнал, пропорциональный производной выходной величины по времени. 

Рис.5 – Комбинированная САР 
Рис.6 – Замкнутая самонастраивающая САР 
Достоинства замкнутых и разомкнутых САР сочетаются в комбинированных 
системах, структурная схема которых представлена на рис.5. В таких САР влияние 
наиболее существенного и вероятного возмущения компенсируется по принципу 
разомкнутого регулирования, а воздействие других факторов устраняется за счет 
влияния в системе замыкающей ветви. Во всех рассмотренных САР рассматривались 
регуляторы, каждый из которых функционирует по некоторому заданному закону 
регулирования, сохраняющемуся в любых условиях до тех пор, пока регулятор не 
перенастроят вручную. Однако, в ходе многих технологических процессов требуется 
быстро изменить характер регулирующего воздействия при изменении, например, 
параметров объекта регулирования. В этих условиях автоматический учет новой 
дополнительной информации о свойствах объекта, выбор нового оптимального задания 
его выходной величины могут реализовать так называемые замкнутые 
самонастраивающиеся САР. Структурная схема подобной системы приведена на рис.6. 
В этой САР наряду с отрицательной обратной связью по выходной величине 
предусмотрено изменение параметров настройки и работы регулятора путем 
автоматического поиска этих параметров в зависимости от свойств объекта и хода 
процесса регулирования. Самовыравнивающиеся САР предназначены для работы в 
непрерывно изменяющихся условиях производства: при изменении качества 
материалов, величины потерь, переменных динамических свойствах объектов и др. 
Такие САР приспосабливаются к этим изменениям, автоматически меняя свои 
параметры (входные величины, задания, настройки и даже структуру), чтобы во всех 
случаях удовлетворять определенным требованиям, например, обеспечивать не 
постоянное, а оптимальное в данной ситуации значение выходной величины объекта 
регулирования. Рассмотренные схемы показывают, что САР весьма разнообразны по 
структуре и свойствам. Выбор и синтез САР сводится к некоторому оптимальному 
сочетанию ее элементов на основе тщательного учета особенностей регулятора и объекта 
автоматического регулирования.