Автоматический регулятор Ползунова

Даты изобретения первых регулирующих устройств, так же, как и имена их изобретателей, не установлены. Например, поплавковый регулятор уровня водяных часов, основанный на принципе регулирования по отклонению, был известен арабам ещё в начале н. э. На мукомольных мельницах в средние века применялись центробежные маятники для регулирования частоты вращения жерновов. Однако первыми регуляторами, получившими широкое практическое применение в промышленности, стали регулятор питания котла паровой машины И.И. Ползунова (1765) и центробежный регулятор частоты вращения паровой машины Дж. Уатта (1784).
Первые регуляторы осуществляли прямое регулирование, при котором измерительный орган непосредственно воздействовал на регулирующий орган. Такое автоматическое регулирование было возможно только на машинах малой мощности, где для перемещения регулирующих органов (рычага, колеса) не требовалось больших затрат энергии. В 1873 французский инженер Ж. Фарко впервые осуществил непрямое автоматическое регулирование, введя в цепь регулирования усилитель — гидравлический сервомотор с жёсткой обратной связью. Это дало возможность не только повысить мощность воздействия регулятора, но и получить более гибкие алгоритмы регулирования. В 1884 появился регулятор непрямого действия с дополнительной релейной обратной связью, действовавшей до тех пор, пока отклонение было отлично от нуля. Затем релейная связь была заменена непрерывной дифференциальной связью, получившей название изодромной.

Со 2-й половины 19 в. автоматическое регулирование применяется в самых различных технических устройствах — паровых котлах, компрессорных установках, электрических машинах и др. К этому же периоду относится и становление науки об автоматическом регулировании В статье Дж. К. Максвелла «О регулировании» (1868) впервые рассмотрена математическая задача об устойчивости линейной CAP. Трудом И.А. Вышнеградского «О регуляторах прямого действия» (1877) заложена основа теории АР как новой научно-технической дисциплины. Дальнейшее её развитие и систематическое изложение дано А. Стодолой, Я.И. Грдиной и Н.Е. Жуковским.
Новый этап в развитии автоматического регулирования наступил с применением в регуляторах электронных элементов, в частности вычислительных устройств, что существенно расширило возможность усовершенствования алгоритмов регулирования введением воздействий по высшим производным, интегралам и более сложным функциям. Преимущества электронных регуляторов особенно проявились в самонастраивающихся системах, первыми из которых были экстремальные регуляторы: регулятор топки парового котла (1926), электрический регулятор КПД (1940), авиационные регуляторы (1944). Однако подобные регуляторы применяют лишь в простейших случаях, например, для поддержания экстремума функции одной переменной. В более сложных САР целесообразно разделить систему регулирования на две части: вычислительное устройство, определяющее оптимальную настройку регулятора, и собственно регулятор. В сложных системах управления автоматическое регулирование используется лишь на низшей ступени иерархического управления — регуляторы воздействуют непосредственно на управляемый объект, являясь исполнителями команд ЭВМ (или операторов), находящихся на более высоких ступенях управления.

Рис.1. Автоматический регулятор уровня воды в котле И.И. Ползунова

(На рис.1. на схеме справа показаны:1-труба; 2-клапан; 3-цепь, соединенная с клапаном; 4-направляющая труба; 5-шар-поплавок; 6-бак; 7-задвижка; 8,9-трубы)