По способу воздействия на регулирующий орган автоматические регуляторы бывают прямого и непрямого действия. В регуляторах прямого действия чувствительный элемент непосредственно воз­действует на регулирующий орган, используя при этом энергию, получаемую от регулируемой среды. У них измерительное устрой­ство и исполнительный механизм составляют одно целое с регу­лирующим органом и воздействуют на него посредством механи­ческих связей. Основной недостаток регуляторов прямого дейст­вия-непригодность к дистанционному управлению.

В регуляторах непрямого действия, расположенныхна значительном удалении от регулирующих органов, управление регули­рующим органом производится с помощью энергии, получаемой от постороннего источника.

По виду энергии, приводящей их в действие, регуляторы подразделяют на пневматические, гидравлические, электрические и комбинированные.

В пневматических регуляторах используется энергия сжатого воздуха. Эти регуляторы надежны в работе и безопасны в пожар­ном отношении.

В гидравлических регуляторах используется энергия жидкости (масла или воды). Они надежны в работе и могут развивать боль­шие перестановочные усилия на исполнительном механизме. Одна- ко имеют ряд недостатков: ограниченный радиус действия, опреде­ляемый длиной импульсного трубопровода, зависимость рабочих характеристик от температуры рабочей жидкости и огнеопасность (в случае использования масла).

Наибольшее распространение получили электрические регуля­торы, которые подразделяют на электромеханические и электрон­ные. Основное преимущество электрических регуляторов по срав­нению с пневматическими и гидравлическими-возможность пере­дачи командных импульсов к промежуточным устройствам и исполнительному механизму на практически неограниченные рас­стояния с минимальным запаздыванием.

В комбинированных регуляторах одновременно используются два вида энергии: в электропневматических-электрическая энер­гия и сжатый воздух, в электрогидравлических-электрическая энергия и жидкость, в пневмогидравлических-сжатый воздух и жидкость. Такая комбинация позволяет максимально использовать преимущества каждого вида энергии.

По характеру регулирующего воздействия ав­томатические регуляторы подразделяют на несколько видов.

Позиционные регуляторы. Регулирующий орган может зани­мать два или три определенных положения. Наибольшее примене­ние получили двух- и трехпозиционные регуляторы.

Пропорциональные (статические) регуляторы. Регулирующий орган изменяет свое положение по такой же закономерности, по какой изменяется регулируемая величина; скорость перемещения регулирующего органа пропорциональна скорости изменения регу­лируемой величины.

Астатические регуляторы. Регулирующий орган при отклонении регулируемой величины от заданного значения перемещается бо­лее или менее медленно и все время в одном направлении до

тех пор, пока регулируемая величина не придет к заданному зна­чению.

Изодромные регуляторы. Совмещают свойства статического и астатического регуляторов и обеспечивают поддержание задан­ного значения регулируемой величины без остаточного отклонения. Регулирующий орган может занимать любое положение в пределах своего рабочего хода.

Регуляторы, с предварением. Имеют дополнительное устройст­во, благодаря которому процесс регулирования протекает с уче­том скорости изменения регулируемой величины. В этих регулято­рах к пропорциональному действию добавляется дополнительное воздействие от скорости изменения регулируемой величины, кото­рое заставляет перемещаться регулирующий орган с некоторым опережением, возрастающим с увеличением скорости изменения регулируемой величины. С уменьшением скорости изменения регу­лируемой величины это опережающее перемещение также умень­шается и полностью прекращается, когда регулируемая величина перестает изменяться.

Что такое автоматический регулятор? Регулятор прямого и непрямого действия. Блок- схема автоматического регулятора

Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т.п.

По принципу действия они подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия. Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды). Примером таких регуляторов являются регуляторы давления. В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии.

По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные.

По виду используемой энергии они подразделяются на электрические (электронные), пневматические, гидравлические, механические и комбинированные. Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы.

По закону регулирования они делятся на двух- и трехпозиционные регуляторы, типовые регуляторы (интегральные, пропорциональны, пропорционально-дифференциальные, пропорционально-интегральные, и пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы - сокращенно И, П, ПД, ПИ и ПИД - регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные (самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы. Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение, благодаря своей простоте и малой стоимости.

По назначению регуляторы подразделяются на специализированные (например, регуляторы уровня, давления, температуры и т.д.) и универсальные с нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами.

По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, программные, корректирующие, регуляторы соотношения параметров и другие.

На рис.5 показана блок-сема типового автоматического регулятора.

Рис. 5.

В системах управления автоматические регуляторы используют для поддержания заданной величины параметров технологического процесса. Основные элементы регулятора (рис. 5): устройство 1 для измерения регулируемой величины; устройство 2 ввода заданного значения регулируемой величины (задатчик); устройство 3 сравнения измеряемого и заданного значений для определения отклонения; управляющее устройство 4, формирующее [закон регулирования и управляющее воздействием на исполнительный механизм регулирующего органа; приспособления 5 для настройки регулятора,

Промышленные регуляторы реализуют принцип работы по отклонению.

Регуляторы поддерживают постоянное значение выходной величины в заданных пределах путем изменения регулируемой величины.

По принципу действия регуляторы подразделяются на регуляторы непосредственного действия (прямого) и регуляторы непрямого действия, причем как первые, так и вторые могут быть прерывного и непрерывного действия.

В регуляторе непосредственного или прямого действия регулирующий орган находится под действием регулируемого параметра или прямо, или через зависимый параметр, и при изменении регулируемого параметра приводится в действие усилием, возникающим в чувствительном элементе регулятора и достаточным для перестановки регулирующего органа без какого-либо постороннего источника энергии.

В регуляторе непрямого действия (автоматический регулятор) чувствительный элемент воздействует на регулирующий орган посторонним самостоятельным источником энергии, которым могут служить воздух, газ, жидкость и т. п. При изменении величины регулируемого параметра усилие, возникающее в чувствительном элементе регулятора, приводит в действие лишь вспомогательное устройство.

Оба вида регуляторов состоят из регулирующего органа, чувствительного (измерительного) и управляющего элементов.

В регуляторах непосредственного действия чувствительный и управляющий элементы являются составными частями привода регулирующего органа и неотделимы от него. У регулятора прямого действия чувствительный и управляющий элементы -- самостоятельные приборы, отделенные от регулирующего органа.

Регуляторы непосредственного действия по сравнению с регуляторами непрямого действия обладают меньшей чувствительностью. Это объясняется тем, что регулирующий орган при изменении величины регулируемого параметра начинает перемещаться только после возникновения усилия, достаточного для преодоления сил трения во всех подвижных частях.

У регулятора непрямого действия силы трения преодолеваются за счет постороннего источника энергии, и не требуется значительного изменения усилий на исполнительный орган. Поэтому регулирование происходит здесь более плавно.

Однако независимо от принципа действия регуляторы должны всегда обеспечивать достаточно устойчивое регулирование.

Автоматический регулятор частоты вращения включает в себя собственно механический регулятор с центробежными грузами и систему управляющих рычагов, обеспечивающих связь регулятора и элементов настройки с дозирующей муфтой.

Автоматический регулятор частоты вращения служит для поддержания заданного скоростного режима с заданной точностью. Точность регулирования оценивается, в частности, степенью неравномерности, которая определяется как отношение разности частот вращения режима холостого хода и заданного режима по внешней скоростной характеристике к среднему их значению. Практически степень неравномерности определяется наклоном регуляторной характеристики.

Режим холостого хода означает работу двигателя без нагрузки. Таким образом, работа автоматического регулятора заключается в изменении величины топливоподачи при изменении нагрузки и постоянном положении рычага управления, т.е. педали акселератора. При этом формируется регуляторная характеристика данного скоростного режима. Всережимный автоматический регулятор обеспечивает регулирование дизеля во всем диапазоне рабочих режимов, а водитель задает требуемый скоростной режим, нажимая на педаль акселератора.

Двухрежимный регулятор частоты вращения обеспечивает автоматическое регулирование режима пуска и минимального и номинального режимов, а все промежуточные режимы находятся под управлением водителя, который воздействует непосредственно на дозирующий орган, изменяя величину топливоподачи.

Двухрежимные регуляторы более предпочтительны на автомобильных дизелях, поскольку непосредственное воздействие на дозирующий орган уменьшает расход топлива и выброс частиц при работе на неустановившихся режимах.

Скоростные и регуляторные характеристики топливоподачи насоса VE со всережимным и двухрежимным регуляторами представлены на рисунках а, б. Соответствующие обозначения кривых и характерных точек даны в спецификации к рисунку.

Рис. Скоростные и регуляторные характеристики топливоподачи: а — с двухрежиммым регулятором; б — с всережимным регулятором; 1 — пусковая подача; 2 — подача при полной нагрузке; 3 — участок работы положительного корректора; 4 — регуляторные характеристики; 5 — холостой ход минимального режима

Всережимные регуляторы

Схемы работы всережимного регулятора частоты вращения топливного насоса VE с системой рычагов и рабочими положениями дозирующей муфты на различных нагрузочных и скоростных режимах показаны на рисунках а, б, в, г.

Рис. Работа всережимного регулятора: а — положение при пуске; б — холостой ход минимального режима; в — режим уменьшения нагрузки; г — режим увеличения нагрузки; 1 — грузы регулятора; 2 — муфта регулятора, 3 — силовой рычаг; 4 — нажимной рычаг, 5 — пружина пусковой подачи; 6 — дозирующая муфта; 7 — отсечные отверстия в плунжере; 8 — плунжер; 9 — регулировочный винт холостого хода минимального режима; 10 — рычаг управления; 11 — регулировочный винт максимального режима; 12 — ось рычага управления; 13 — рабочая пружина регулятора; 14 — фиксатор пружины; 15 — пружина минимального режима; 16 — упор силового рычага; М2 — ось вращения рычагов 4 и 5; h, и h2 активный ход плунжера на различных режимах

Грузы регулятора 1 (обычно четыре груза) установлены в держателе, который получает вращение от приводной шестеренки. Радиальное перемещение грузов трансформируется в осевое перемещение муфты регулятора 2, что изменяет положение нажимного 4 и силового 3 рычагов регулятора, которые, поворачиваясь относительно оси М2. перемещают дозирующую муфту 6,определяя тем самым активный ход плунжера 8.

В верхней части силового рычага установлена пружина холостого хода 15, а между силовым и нажимным рычагами — пластинчатая пружина пусковой подачи 5. Рычаг управления 10 воздействует на рабочую пружину регулятора 13. второй конец которой закреплен в силовом рычаге на фиксаторе 14. Таким образом. положение системы рычагов и. следовательно, дозирующей муфты определяется взаимодействием двух сил — силы предварительной затяжки рабочей пружины регулятора, определяемой положением рычага управления, и центробежной силы грузов, приведенной к муфте.

Работа регулятора при пуске дизеля

Перед пуском дизеля, когда коленчатый вал еще не вращается и топливный насос не работает, грузы регулятора находятся в состоянии покоя на минимальном радиусе, а нажимной рычаг 4 (его другое название — рычаг пуска) под действием пружины пусковой подачи 5 смещен влево на рисунке а, имея возможность качания относительно оси М2. Соответственно нижний шарнирный конец рычага обеспечивает крайне правое положение дозатора 6 относительно плунжера 8. что соответствует пусковой подаче за счет увеличенного активного хода плунжера h1. Как только двигатель запустится, грузы регулятора расходятся и муфта 2 перемещается вправо на величину хода «а», преодолевая сопротивление достаточно слабой пусковой пружины 5. Рычаг 4 при этом поворачивается на оси М2 по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту в сторону уменьшения подачи (влево на рис. б).

Работа регулятора на минимальной частоте вращения холостого хода

При отсутствии нагрузки и положении рычага управления на упоре в регулировочный винт 9 дизель должен устойчиво работать на минимальной частоте вращения холостого хода в соответствии со схемой рисунка б. Регулирование этого режима обеспечивается пружиной холостого хода 15. усилие которой находится в равновесии с центробежной силой грузов, и в результате этого равновесия поддерживается подача топлива, соответствующая активному ходу плунжера h2. Работа дизеля на этом режиме соответствует точке 5 на характеристике первого рисунка. Как только скоростной режим двигателя выходит за пределы минимальной частоты вращения холостого хода, реализуется ход «с» силового рычага при сжатии пружины 15 под действием увеличивающейся центробежной силы грузов.

Работа регулятора на нагрузочных режимах

В эксплуатации дизеля со всережимным регулятором скоростной режим устанавливается водителем путем воздействия через педаль акселератора на рычаг управления 10. На рабочих режимах пружина пусковой подачи 5 и пружина 15 холостого хода не работают, и работа регулятора определяется предварительной деформацией рабочей пружины 13. При повороте рычага управления до упора 11 (рисунки в, г) в сторону увеличения скоростного режима и соответствующем растяжении рабочей пружины ее усилие передается на силовой рычаг 3 и затем через рычаг 4 на муфту регулятора 2, заставляя грузы 1 сходиться. Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М2 против часовой стрелки на рисунке, перемещая дозирующую муфту 6 в сторону увеличения подачи до режимов внешней скоростной характеристики. Частота вращения коленчатого вала дизеля и соответственно, грузов регулятора при этом увеличивается, центробежная сила грузов и сопротивление последней усилию рабочей пружины также увеличиваются, и в какой-то момент наступает равновесие сил и равновесие положения всех элементов регулятора. При отсутствии изменения нагрузки двигатель работает на установившемся режиме при постоянной частоте вращения (не принимая во внимание естественную для ЛВС нестабильность вращения).

Если на этом режиме имеет место изменение нагрузки, то в работу вступает автоматический регулятор в соответствии со схемами, показанными на рисунках в, г. При уменьшении нагрузки частота вращения увеличивается, грузы регулятора расходятся и, преодолевая сопротивление рабочей пружины, перемещают муфту регулятора вправо (рисунок в). Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М2 по часовой стрелке перемещая дозирующую муфту влево, в сторону уменьшения подачи. В результате формируется регуляторная ветвь 4 на первом рисунке. Если рычаг управления устанавливается в некоторое промежуточное положение, то, по сравнению с настройкой регулятора, показанной на рисунках в, г, будет образовываться одна из регуляторных характеристик, показанных пунктиром на первом рисунке б, т.е. регулятор в последнем случае начинает работать раньше — при меньшей частоте вращения.

На рисунке г показана работа регулятора при положении рычага управления на упоре 11 и при увеличении нагрузки. В этом случае частота вращения вала дизеля уменьшается, грузы регулятора сходятся, центробежная сила грузов уменьшается, и под действием усилия рабочей пружины муфта регулятора перемещается влево, а система рычагов 3 и 4 перемещает дозирующую муфту вправо, в сторону увеличения подачи. Если дизель до начала увеличения нагрузки работал на регуляторной ветви, то при увеличении подачи он будет выходить на более мощностной режим и затем на внешнюю скоростную характеристику. Если же дизель работает на внешней характеристике на номинальном или близком к нему режиме, то при увеличении нагрузки реализуется режим перегрузки, для преодоления которой дизель должен иметь достаточно высокий коэффициент приспособляемости. Положительное корректирование топливоподачи осуществляется на участке 3 характеристики с помощью положительного корректора или при соответствующем подборе характеристики топливоподачи ТНВД.

Корректоры топливоподачи

Корректирование топливоподачи в дизелях, положительное или отрицательное, осуществляется с целью формирования внешней скоростной характеристики двигателя при необходимости увеличить максимальный крутящий момент путем увеличения подачи при уменьшении частоты вращения от nном до nm на так называемом режиме перегрузки (положительное корректирование) или уменьшить дымление дизеля при работе на n < nm по внешней скоростной характеристике. Влияние корректирования на протекание внешней скоростной характеристики дизеля показано на рисунке ниже. Положительное корректирование необходимо для обеспечения заданного запаса крутящего момента двигателя.

Рис. Внешняя характеристике дизеля: Мe — крутящий момент, n — частота вращения, nм — частота вращения при максимально Me, nном — частота вращения номинального режима, n мин — минимальная частота вращения по внешней характеристике

Корректирование характеристики может быть осуществимо нагнетательным клапаном ТНВД или механическим корректором в регуляторе. С помощью механического корректора осуществляется также и отрицательное корректирование. Последнее обычно применяется в двигателях с целью уменьшения выбросов сажи при n < nм1, а также в двигателя с турбонаддувом и ТНВД без корректора по давлению наддува, т.е. без ограничения подачи в системе LDA.

Работа положительного и отрицательного корректоров

Устройство и работа положительного и отрицательного механических корректоров топливоподачи топливного насоса VE иллюстрируется рис. а, б.

Рис. Схема регулятора с положительным (а) и отрицательным (б) корректором топливоподачи: 1 — рычаг пусковой; 2 — пружины корректоров; 3 — рабочая пружина регулятора; 4 — силовой рычаг 5 — упор; 6 — рычаги корректоров; 7 — шток корректора; 8 — дозирующая муфта; 9 — пружина пусковой подачи; 10 — муфта регулятора; 11 — точка упора; Мг — ось вращения рычагов 1 и 4; М4 — ось вращения рычагов 1 и 6; ΔS — ход корректирования подачи

Начало действия прямого (положительного) корректора топливоподачи определяется жесткостью и предварительным сжатием его пружины, которые согласованы с соответствующим скоростным режимом дизеля. Работа положительного корректора происходит следующим образом. На номинальном режиме дозирующая муфта 8 занимает положение, обозначенное пунктиром на рис. а. Пружина корректора 2 при этом сжата из-за воздействия центробежной силы грузов через муфту 10 регулятора на рычаг 6, который нажимает на головку штока 7, поворачиваясь на упоре 5 в силовом рычаге 4. Рычаг 1 при этом повернут по часовой стрелке и дозатор обеспечивает цикловую подачу, которая соответствует требованиям номинального режима дизеля (см. Пунктир на рис. а). Если нагрузка на этом режиме увеличивается (режим перегрузки), частота вращения уменьшается, усилие со стороны муфты регулятора также уменьшается, и пружина корректора 2 через рычаг 6 поворачивает рычаг 1 против часовой стрелки, перемещая дозирующую муфту вправо, в сторону увеличения подачи на величину ΔS (рис. а).

Работа отрицательного корректора

При работе с минимальной частотой на внешней характеристике рычаг 6 корректора упирается в силовой рычаг в точке 5 (рис. б). Головка штока 7 корректора также упирается в силовой рычаг 4. При увеличении частоты вращения центробежная сила грузов, приведенная к муфте, преодолевает усилие пружины 2 корректора, сжимая ее. в результате чего рычаг 6 перемещается вправо на рисунке, в сторону головки штока, при этом общая ось рычагов М4 меняет свое положение. Одновременно рычаг 1 поворачивается относительно оси М2, перемещая дозирующую муфту 8 в сторону увеличения подачи. Ход корректирования ΔS определяется ходом сжатия пружины корректора до упора рычага 6 в головку штока 7. При работе дизеля на левой части внешней скоростной характеристики при увеличении нагрузки и уменьшении частоты вращения пружина 2 поворачивает рычаг 6 по часовой стрелке, а последний заставляет поворачиваться рычаг 1 относительно оси М2 по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту 8 в сторону уменьшения подачи, осуществляя, таким образом, отрицательное корректирование (область nмин < n < nм на рисунке).

Двухрежимные регуляторы

Устройство двухрежимного автоматического регулятора частоты вращения топливного насоса VE и его работа на различных режимах показаны на рисунках далее, имеющих общую спецификацию. Вал регулятора получает вращение от вала ТНВД через шестеренчатую повышающую передачу с передаточным отношением 1:1,6 и передает его держателю с четырьмя грузами.

Аналогичную конструкцию этого узла имеют топливные насосы VE с всережимными регуляторами, рассмотренные выше.

Величина топливоподачи изменяется при изменении положения дозирующей муфты 15, которое определяется равновесием центробежной силы грузов, приведенной к муфте, и силы от действия рабочих пружин регулятора, зависящей, в частности, от положения педали акселератора.

Режим пуска дизеля показан на рисунке. При неработающем двигателе грузы регулятора сведены и муфта 19 находится в крайнем левом положении. Рычаг корректора 16 и пусковой рычаг 18 прижимаются под действием пружины пусковой подачи 12 к муфте регулятора 19, поворачиваясь относительно оси М2. Таким образом, дозирующая муфта 15 перемещается нижним шарниром системы рычагов вправо на рисунке ниже, обеспечивая пусковую подачу. Педаль акселератора при пуске дизеля может оставаться в ненажатом положении. Величина пусковой подачи определяется активным ходом ΔS1.

Рис. Схема двухрежимного регулятора. Режим пуска дизеля: 1 — держатель грузов; 2 — грузы регулятора; 3 — серьга; 4 — ось рычага управления; 5 -пружина номинального режима; 6 — пружина частичного режима; 7 — регулировочный винт максимальной подачи; 8 — демпферная пружина; 9 — пружина холостого хода минимального режима; 10 — силовой рычаг; 11 — регулировочный рычаг; 12 — пружина пусковой подачи; 13 — поддерживающая пружина; 14 — плунжер ТНВД; 15 — дозирующая муфта; 16 — рычаг отрицательного корректора; 17 — пружина отрицательного корректора; 18 — пусковой рычаг; 19 — муфта регулятора; 20 — корпус пружин регулятора; 21 — отверстия отсечки подачи; шарниры рычажной системы регулятора: М1 — система рычагов в этой точке поддерживается двумя подвижными пальцами, установленными в рычаге 2; М4 — общая ось рычагов пускового и корректора; ΔS1 — ход дозирующей муфты.

После пуска двигателя грузы регулятора под действием центробежной силы расходятся и толкают муфту регулятора 19 вправо, преодолевая сопротивление пружины пусковой подачи 12. При этом головка штока рычага корректора 16 упирается в точке А в силовой рычаг 10, а ось М4 движется вправо на шарнире А до тех пор, пока усилие муфты регулятора окажется равным усилию пружины холостого хода 9. Соответственно, дозирующая муфта 15 перемещается шарниром М2 влево до установления подачи холостого хода, что соответствует схеме на рисунке.

Рис. Работа регулятора на холостом ходу минимального режима

На рисунке показано взаимодействие элементов регулятора при работе дизеля на частичных скоростных режимах, когда педаль акселератора слегка нажата. Последовательность, с которой вступают в работу пружины регулятора, определяется их жесткостью и предварительной деформацией. Первой работает демпферная пружина 8. за ней следует пружина частичного режима 6 и, наконец, пружина номинального режима 5.

Рычаг управления соединяется с педалью акселератора. При нажатии на нее сжимается демпферная пружина 8 и силовой рычаг притягивается влево, в результате чего дозирующая муфта перемещается вправо, в сторону увеличения подачи с соответствующим увеличением частоты вращения. Муфта регулятора 19 из-за увеличения центробежной силы грузов нажимает на рычаг корректора, который упирается.в силовой рычаг в точке в результате чего пружина холостого хода 9 максимально сжимается, и далее силовой рычаг уже двумя шарнирными точками А и В перемещается вправо, вместе с осью М2. В этих условиях, когда силовой рычаг движется вправо, а корпус пружин под действием водителя влево, пружина частичной нагрузки сжимается до момента достижения баланса сил. При уменьшении нагрузки и увеличении частоты вращения силовой рычаг будет перемещаться под действием муфты регулятора 19 вправо на ход ΔS2 пружины 6, а дозирующая муфта 15 влево, в сторону уменьшения подачи до достижения установившегося скоростного режима дизеля.

Рис. Работа регулятора на частичном скоростном режиме

Рис. Работа регулятора при полной нагрузке

Работа регулятора дизеля при полной нагрузке иллюстрируется рисунке. В этом случае педаль акселератора нажата до упора рычага управления в регулировочный винт максимального режима. Силовой рычаг 10 при этом оказывается на упоре М3, а пружины стартовая, минимального холостого хода 9, демпферная 8 и частичной нагрузки 6 — в полностью сжатом состоянии. Муфта регулятора 19 находится в равновесии под действием противоположно направленных центробежной силы грузов и силы предварительной затяжки рабочей пружины 5. Подача топлива на режиме полной нагрузки определяется активным ходом плунжера, обозначенным двумя стрелками у дозирующей муфты 15. Рассматриваемый здесь двухрежимный регулятор оснащен отрицательным корректором топливоподачи. При работе дизеля на левой ветви внешней скоростной характеристики, при n < nm пружина 17 отрицательного корректора разжимается и через систему рычагов перемещает дозирующую муфту 15 в сторону уменьшения подачи, отодвигая внешнюю характеристику от предела дымления.

Рис. Работа отрицательного корректора

Режим максимальной частоты вращения холостого хода и формирование соответствующей регуляторной характеристики имеют место при уменьшении нагрузки двигателя, работающего на режиме полной (номинальной) мощности. В этом случае частота вращения вала двигателя и грузов регулятора увеличивается, и последние перемещают муфту 19 вправо, которая заставляет пружину регулятора 5 сжиматься и за счет этого вращает систему рычагов по часовой стрелке относительно оси М2, уменьшая топливоподачу до величины подачи холостого хода. Этот процесс показан на рисунке.

Если при полном сбросе нагрузки имеет место неконтролируемое увеличение частоты вращения, опасное для двигателя, регулятор полностью прекращает подачу топлива в цилиндры дизеля. В этом случае работа регулятора происходит в соответствии с рисунке, только при частоте вращения большей, чем на режиме максимальной частоты вращения холостого хода. Дозирующая муфта при этом еще больше перемещается влево, полностью открывая отсечные отверстия 21, в результате чего все топливо из камеры высокого давления ТНВД возвращается во внутреннюю полость корпуса насоса и впрыскивание топлива прекращается.

Рис. Работа регулятора на холостом ходу максимального режима

График скоростных характеристик топливоподачи рассмотренного выше двухрежимного регулятора показан на рисунке, назначение различных кривых на характеристике обозначено подрисуночными подписями. Наличие пружины частичных режимов в регуляторе позволяет получить большую плавность и устойчивость регулирования на режимах малых нагрузок и частот вращения. В остальном характеристики рассмотренного выше двухрежимного регулятора аналогичны общей характеристике.

Рис. Скоростные характеристики топливоподачи ТНВД с двухрежимным регулятором: а — пусковая подача, б — участок уменьшения подачи после пуска дизеля, в — ход при сжатии пружины частичного режима, г — область управления подачей водителем, д — регуляторные характеристики максимального режима

Автоматическим регулятором называется устройство, обеспечивающее в системах автоматического регулирования (АСР) поддержание технологической величины объекта, характеризующей протекание в нем процесса около заданного значения путем воздействия на объект.

Заданное значение может иметь постоянную величину (в системах стабилизации) или изменяться по определенной программе (в системах программного регулирования).

Структурная схема регулятора может быть представлена как совокупность двух элементов (рис.1): элемента сравнения 1 и элемента 2, формирующего алгоритм (закон) регулирования.

На элемент сравнения 1 поступают два сигнала у и у зд, пропорциональные, соответственно, текущему и заданному значениям регулируемой величины. Сигнал у формируется измерительным преобразователем, а сигнал у зд – задатчиком или программным устройством.

Сигнал рассогласования

(1)

поступает в элемент 2, который вырабатывает выходной сигнал регулятора, направляемый на исполнительное устройство.

Регуляторы могут быть с прямой и обратной характеристикой. Если с увеличением у относительно у зд выходная величина u увеличивается, то регулятор имеет прямую характеристику, а если уменьшается, то – обратную характеристику. Переход с прямой характеристики на обратную и наоборот в регуляторах осуществляют при помощи специального переключателя.

Отрицательную обратную связь в замкнутом контуре АСР формируют посредством применения регуляторов с прямой или обратной характеристикой.

Законом регулирования называется зависимость между изменением выходной величины регулятора u и рассогласованием текущего у и у зд значений регулируемой величины.

По законам регулирования аналоговые регуляторы делят на пропорциональные, пропорционально-интегральные, пропорционально-дифференциальные и пропорционально-интегрально-дифференциальные.

Закон регулирования пропорционального регулятора имеет вид

(2)

где - коэффициент передачи (усиления) регулятора; u 0 -выходная величина регулятора в начальный момент времени.

Коэффициент передачи регулятора является параметром настройки регулятора. Изменяя ,можно изменить степень воздействия регулятора на объект.

Структурная схема П-регулятора представляет звено с большим коэффициентом усиления (k =10000¸40000), охваченное по отрицательной обратной связи усилительным звеном с коэффициентом k oc .

Передаточная функция П-регулятора, приведённого на рис. 2, равна

(3)

Из выражения (3) видно, что чем меньше коэффициент k ос (степень воздействия отрицательной обратной связи), тем больше изменяется выходная величина регулятора при определенном рассогласовании.

Динамические характеристики П-регулятора при ступенчатом изменении входного сигнала и различных значениях k p приведены на рис. 3.

Согласно уравнению (2) выходной сигнал регулятора для зависимостей 1 и 2 будет равен:

(3)
К достоинствам пропорционального регулятора следует отнести его безынерционность (или быстродействие). Это выражается в том, что его выходная величина изменяется одновременно с изменением входной величины. Оптимальное значение параметра настройки регулятора, как и для других регуляторов определяется выбранным переходным процессом АСР, заданными параметрами качества регулирования и устанавливается в зависимости от свойств объекта регулирования.

Недостатком П-регулятора является то, что при работе в замкнутом контуре АСР регулятор не возвращает регулируемую величину к заданному значению, а приводит к новому положению равновесия со статической ошибкой регулирования пропорциональной коэффициенту передачи по каналу «возмущающее воздействие – регулируемая величина» и обратно пропорциональной k p . Увеличение k p при работе на объектах с запаздыванием приводит к неустойчивому режиму работы АСР.

Выходная величина пропорционально-интеграль­ных регуляторов (ПИ-регуляторов) изменяется под действием суммы двух составляющих: пропорциональной и интегральной.

Закон регулирования ПИ-регуляторов с независимыми параметрами настройки описываются равенством:

, (4)

где k p – коэффициент передачи регулятора;

Т и – время интегрирования.

По физическому смыслу Т и – это время, в течение которого изменение выходного сигнала регулятора под действием интегральной составляющей достигает ступенчатого изменения его входной величины.

ПИ-регулятор имеет два параметра настройки – k p и Т и.

Динамическая характеристика ПИ-регулятора (рис.4) представляет сумму пропорциональной и интегральной составляющих.

Из рисунка видно, что с увеличением Т u степень воздействия интегральной составляющей уменьшается.

Структурная схема ПИ-регулятора с независимыми параметрами настройки приведена на рис. 5.

Передаточная функция этого регулятора описывается уравнением (5)

В промышленности широко используются также регуляторы с зависимыми параметрами настройки (изодромные регуляторы), уравнение динамики которых имеет вид:

, (6)

где k p –коэффициент передачи регулятора;

Т из –время изодрома регулятора.

По физическому смыслу Т из – это время, в течение которого при ступенчатом изменении входной величины выходная величина регулятора под действием интегральной составляющей изменяется на такую же величину, как и под действием пропорциональной составляющей.

Динамические характеристики изодромного регулятора приведены на рис.6.

Ответ(22()

Применяемые в настоящее время в промышленности автоматические регуляторы можно классифицировать по ряду наиболее характерных признаков:

1. По назначению (виду регулируемой величины):

Регуляторы одной регулируемой величины (температуры, давления, состава);

Универсальные регуляторы,)Конец.

2. По способу действия (т.е. характеру воздействия на регулирующий орган):

Регуляторы прямого действия, которые не требуют постороннего источника энергии;

Регуляторы непрямого действия, у которых перемещение регулирующего органа производится за счёт энергии, подводимой извне.

3. По виду регулирования:

Стабилизирующие регуляторы, поддерживающие постоянное во времени значение физических величин;

Программные регуляторы, изменяющие значение регулируемых величин по заданной программе;

Следящие регуляторы, поддерживающие значение регулируемых величин в зависимости от изменения каких-либо других величин;

Самонастраивающиеся регуляторы, поддерживающие оптимальное значение регулируемых величин.

4. По времени действия:

Регуляторы непрерывного действия, у которых при непрерывном изменении регулируемой величины регулирующий орган перемещается непрерывно;

Регуляторы прерывистого (дискретного) действия, у которых при непрерывном изменении регулируемой величины регулирующий орган перемещается периодически только в случае достижения регулируемой величиной определённых значений или при прохождении определённого промежутка времени.

5. По роду используемой энергии:

Электрические регуляторы;

Гидравлические регуляторы;

Пневматические регуляторы:

Комбинированные регуляторы (электропневматические и электрогидравлические).

6. По закону регулирования (характеру регулирующего воздействия):

Позиционные (Поз-закон);

Пропорциональные или статические (П-закон);

Интегральные или астатические (И-закон);

Пропорционально-интегральные или изодромные (ПИ-закон);

Пропорциональные с предварением или пропорционально-дифференциальные (ПД-закон);

Изодромные с предварением или пропорционально-интсгрально-дифференциальные (ПИД-закон).

3.1.1. Классификация регуляторов по назначению (виду регулируемой величины).

АР подразделяются на регуляторы температуры, давления, уровня, частоты вращения, расхода и др.

3.1.2. Классификация регуляторов по принципу действия

По принципу действия (по характеру воздействия на регулирующий орган) автоматические регуляторы подразделяют на регуляторы прямого и непрямого (косвенного) действия.

Ответ23(

Регуляторы прямого действия . Это такие регуляторы, в которых регулирующий орган перемещается только за счет энергии, отбираемой измерительным устройством из объекта регулирования.

Пояснение. Такие регуляторы применяются для регулирования отдельных параметров. Они используются в тех случаях, когда по условиям эксплуатации нет необходимости в высокой точности регулирования, а для приведения в действие регулирующего органа не нужно больших усилий и чувствительный элемент обладает необходимой для этого мощностью.

Регуляторы прямого действия дешевы, просты по конструкции, надежны в эксплуатации и не требуют высокой квалификации обслуживающего персонала. Их область применения ограничивается простейшими объектами регулирования с благоприятными динамическими характеристиками.

Пример. Регулятор температуры прямого действия.

Рисунок 3.1. Регулятор прямого действия

а) конструкция регулятора, б) функциональная схема;

Автоматический регулятор (АР) температуры (схема конструкции которого представлена на рис. 3.1,а, а его функциональная схема на рис.3.1,б,) воспринимая изменения регулируемой величины у т (текущее значение температуры) формирует сигнал рассогласования
управляющий регулирующим органом РО с целью изменения регулирующего воздействия х р на объект регулирования.

Пояснение. Назначение элементов регулятора и принцип его действия состоит в следующем.

Измерительное устройство (термобаллон с легкокипящей жидкостью) воспринимает изменение регулируемой величины у Т (температуры) и преобразует его в параметр y ’ T (давление в манометрической системе), удобный для воздействия на другие элементы. С повышением температуры у т часть жидкости в термобаллоне выкипает и давление в y ’ T на донышко сильфона увеличивается, т.е. температура у Т преобразуется в давление y ’ T .

Задающее устройство ЗУ устанавливает параметр у зад , соответствующее требуемому протеканию технологического процесса. Установка у зад производится вручную Р оператором. В конструкции регулятора роль ЗУ выполняет сжатая пружина, натяжение которой осуществляется витком задания.

Элемент сравнения ЭС (называемый иногда сумматором) вырабатывает сигнал рассогласования
. Конструктивно элемент сравнения выполнен в виде рычага, который воспринимает разность сил давления у’ T и y зад вырабатываемых соответственно сильфоном и пружиной.

Одной из основных особенностей регуляторов прямого действия является то, что они не могут обеспечить постоянным значение регулируемой величины на всех установившихся режимах работы объектов.

Пример. Паровой котел (см. рис.1.5) работает в установившемся режиме при минимальном отборе пара G п  min. Это означает, что подача воды в котел должна быть минимальной, т.е. питательный клапан КП максимально прикрыт. Поплавок, а значит и уровень Н воды должны занимать некоторое повышенное значение. Напротив, в установившемся режиме при максимальном отборе пара G п  max, клапан КП должен быть открыт максимально, что возможно при более низком положении поплавка и уровня. Таким образом данному регулятору присуща падающая статическая характеристика, т.е. он работает с положительной неравномерностью регулирования (характеристика вида 1, рис.2.10).

Пояснение. Очевидно, если по условиям эксплуатации объектов требуется, чтобы на всех нагрузках регулируемые величины были строго постоянны, подобные регуляторы применяться не могут. Конструктивно у таких регуляторов можно уменьшать величину неравномерности регулирования, но сделать ее равной нулю невозможно. Если к тому же автоматизируемый объект не обладает свойством самовыравнивания, то чрезмерное уменьшение приведет к неустойчивой работе регулятора.

( Регуляторы непрямого действия .

Конструкция регулятора непрямого действия и его функциональная схема приведены на рис. 3.2. Если мощности сигнала ∆у недостаточно, для воздействия на регулирующий орган (РО), то используются регуляторы непрямого действия. Для перемещения РО используется исполнительное устройство ИУ, подключающее к регулятору внешний источник электрической энергии Е.

В качестве ИМ используется электромагнитное реле (магнитный пускатель), воздействующий на перемещение регулирующего органа РО.

Рисунок 3.2. . Регулятор непрямого действия

а) конструкция регулятора, б) функциональная схема; ;) Конец.