ГЛАВА III. ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА И ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Системы автоматического регулирования (сокращенно САР) состоят из отдельных устройств. Многочисленные и разнообразные по конструктивному оформлению устройства можно разделить на сравнительно небольшое число типовых узлов, обладающих некоторыми общими свойствами.
Разделение устройств систем автоматического регулирования на группы и выделение типовых устройств и узлов производят, основываясь на целевом признаке, характеризующем назначение того или иного устройства в схеме, или на динамическом признаке, характеризующем его динамические свойства.
В данной главе в основу подразделения устройств на типовые группы будет положен целевой функциональный признак. Классификация устройств по этому признаку была дана в главе II. В настоящей главе приведена более подробная характеристика каждой типовой группы устройств, а также показано на нескольких примерах, каким образом эти устройства в соединении и взаимодействии друг с другом образуют системы автоматического регулирования.
1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УСТРОЙСТВ, ИЗ КОТОРЫХ СОСТОЯТ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Объект регулирования. Основным элементом системы регулирования является объект регулирования, т. е. машина или установка, требуемый режим работы которых должен поддерживаться регуляторами при помощи регулирующих органов.
Регулирующий орган — устройство, с помощью которого в САР осуществляется изменение режима объекта. Регулирующие органы обычно конструируются, как часть объекта (рули самолета, вентили паросиловых установок, обмотки возбуждения электрических машин и т. д.). Рассмотрим основные устройства, из которых состоят регуляторы.
Чувствительные, или измерительные, элементы регулятора предназначаются для точного преобразования регулируемых величин или возмущающих воздействий в сигналы управления, удобные для дальнейшего использования в процессе регулирования. Чаще всего значения регулируемых величин преобразуются в пропорциональные электрические сигналы или в механические перемещения. Чувствительные элементы, так же как и в измерительных приборах, должны удовлетворять определенному классу точности. Обычно диапазон измерения чувствительных элементов регуляторов уже, чем измерительных приборов, а мощность — больше. Особенно мощным должны быть чувствительные элементы регуляторов прямого действия.
Устройство сравнения предназначено для измерения отклонений регулируемых величин от заданных значений. Чаще всего оно представляет собой простейшее арифметическое устройство, осуществляющее вычитание из измеренного чувствительным элементом значения регулируемой величины другой величины, принятой в данном регуляторе за опорную заданную величину. Заданное значение вырабатывается задающим устройством.
Задающее устройство вырабатывает сигнал, пропорциональный заданному значению регулируемой величины. Задающими устройствами могут быть пружины, калиброванные сопротивления, грузы, уровни и т. п. Иногда их применяют для выработки программы, т. е. сигнала, обеспечивающего заданную последовательность состояний в функции времени (или других координат). Программные устройства используются в системах программного регулирования, где заданное значение регулируемой величины должно изменяться по определенному закону. В простейших регуляторах программные элементы выполняются в виде профилированных кулачков, шаблонов, фигурных реостатов и т. п.; в более сложных современных системах выработка заданной функции осуществляется счетно-решающими или вычислительными устройствами, называемыми программирующими устройствами.
Усилительные устройства предназначаются для усиления мощности сигналов в регуляторах. Они управляют энергией, поступающей от постороннего источника энергии. В настоящее время применяют электронные и электромагнитные усилители, позволяющие использовать для действия регуляторов мощность электрической сети или батарей; гидравлические золотники, управляющие энергией маслонапорных установок, пневматические усилители, использующие энергию сжатого газа, и т. д.
Исполнительные устройства, оконечные усилители в регуляторе, осуществляют непосредственное воздействие на регулирующий орган (например, возбудители, питающие обмотку возбуждения генератора; электродвигатели, приводящие в движение регулирующие клапаны, и т. д.). Исполнительные устройства,
осуществляющие механическое перемещение регулирующего органа, называются исполнительными двигателями, или сервомоторами.
Корректирующие устройства включают в систему регулирования для повышения устойчивости и улучшения динамических свойств системы регулирования. В зависимости от способа включения корректирующие устройства подразделяют на последовательные и параллельные. С помощью последовательных корректирующих устройств обычно в закон регулирования вводятся воздействия по производным и интегралам регулируемых величин по времени. Для понимания принципов действия корректирующих устройств необходимо знакомство с основами теории регулирования, поэтому описание основных типов корректирующих элементов и устройств дается в последующих главах.
Преобразующие устройства. Строго говоря, любое из упомянутых выше устройств выполняет то или иное преобразование одной величины 
другую и является преобразующим. Но преобразующими устройствами в технике регулирования принято называть такие элементы, которые не выполняют функций измерения, усиления или коррекции и лишь преобразуют одну физическую величину в другую, более удобную для использования в процессе регулирования (например, неэлектрическую величину в электрическую, переменный ток в постоянный и т. п.).
Типовая функциональная схема системы автоматического регулирования была рассмотрена в главе II, рис. 11.11. Однако конкретные схемы систем регулирования могут отличаться от приведенной типовой схемы.
В ряде случаев часть устройств может отсутствовать (например, корректирующие элементы), или же конструктивно объединяться в одном устройстве. Так, довольно часто в одном устройстве объединяются функции элементов измерения и сравнения и т. п. Далее САР могут иметь и другие элементы, не показанные на схеме (например, функциональные преобразователи, модуляторы, демодуляторы и т. п.); могут также видоизменяться схемы включения корректирующих устройств. При этом функции последних будут выполнять цифровые или аналоговые вычислительные машины.
Ознакомившись в общих чертах с основными видами устройств САР, рассмотрим на нескольких примерах, каким образом эти устройства в соединении и взаимодействии друг с другом образуют системы автоматического регулирования.
