Для того чтобы представить себе работу системы автоматического регулирования в целом, необходимо прежде, всего изучить последо­вательную цепь взаимодействий от элемента к элементу этой системы, а также свойства и характеристики основных элементов в отдельности.

Это взаимодействие элементов в системе автоматического ре­гулирования наиболее наглядно можно представить функциональ­ной схемой, каждый элемент которой определяется его функцио­нальным назначением и изображается прямоугольником, а взаимо­действие элементов показано стрелками, изображающими функ­циональное воздействие одного элемента на другой в условиях установившейся (равновесной) работы.

Как уже отмечалось, одним из основных элементов системы автоматического регулирования является сам двигатель как регу­лируемый объект. В процессе работы двигатель вырабатывает энергию и передает ее потребителю в виде вращения коленчатого вала и связанного с ним ротора потребителя. Следовательно, воз­действие двигателя на потребитель определяется угловой скоростью коленчатого вала со, изображенной стрелкой на рис. 15, а. Однако и потребитель воздействует на двигатель в виде определен­ной нагрузки N, изображенной на функциональной схеме обрат­ной стрелкой от потребителя к двигателю.

Для поддержания работы двигателя на заданном скоростном режиме (? = const) при заданной нагрузке (N = const) двигатель должен развить крутящий момент М, который образуется при определенном значении цикловой подачи топлива g_ц и, следова­тельно, соответствующем положении h органа управления дви­гателем в виде рейки топливного насоса или дроссельной заслонки. Так как положение h органа управления определяет значение крутящего момента двигателя и является для последнего внеш­ним воздействием, то на функциональной схеме это внешнее воз­действие изображается стрелкой h, направленной к двигателю.

Потребитель как элемент системы регулирования часто в функ­циональных схемах не изображается, тогда функциональная схема двигателя имеет вид, представленный на рис. 15, б.

При работе двигателя на винт изменяемого шага поддержание заданного скоростного режима осуществляется выбором опреде­ленной настройки потребителя. Следовательно, управляющее воздействие /г органа управления в этом случае направлено не к двигателю, а к потребителю (рис. 15, в).

Функциональные схемы двигателя как регулируемого объекта, приведенные на рис. 15, могут быть приняты в качестве функцио­нальных схем систем ручного регулирования, если эти схемы дополнить элементом в виде человека, задающего определенное положение h органу управления в зависимости от нагрузки и желаемого значения угловой скорости ?.

Для поддержания заданного скоростного режима двигателя используют автоматический регулятор, работу которого также можно представить функциональной схемой. Такой регулятор ис­пытывает внешнее воздействие прежде всего со стороны двигателя в виде вращения с определенной угловой скоростью ?_р грузов его чувствительного элемента. Это внешнее воздействие изображают стрелкой, направленной к автоматическому регулятору. Именно значение ?_р определяет положение муфты z и, следовательно, ор­гана управления h самого двигателя. Таким образом, положение z муфты регулятора определяет воздействие регулятора на двига­тель и поэтому это воздействие изображают стрелкой, направлен­ной от регулятора (рис. 16). Во многих случаях регулятор дает возможность выбрать и установить желаемый скоростной режим пли в случае необходимости изменить его. Осуществляется это изменением настройки чувствительного элемента регулятора. Это внешнее воздействие (настройка) направлено к регулятору и изображается стрелкой ?.

Полученные таким образом функциональные схемы элементов систем автоматического регулирования позволяют составить функ­циональную схему самой системы. В системе автоматического ре­гулирования выходное воздействие одного элемента является вход­ным воздействием другого, в результате общая цепь взаимных воздействий оказывается замкнутой. Так, например, если сопо­ставить функциональные схемы двигателя (см. рис. 15, б) и регу­лятора (рис. 16), то окажется, что положение муфты z автоматиче­ского регулятора кинематически жестко связано с положением к органа управления двигателем соотношением h = u_zz, поэтому передаточное отношение u_z всегда остается постоянным. Анало­гично связаны между собой угловая скорость ? коленчатого вала двигателя и угловая скорость ?_р валика регулятора (?_р=u_??). Наличие постоянных передаточ­ных отношений и_z, и_? и других на функциональной схеме может быть отмечено кружком.

В соответствии с изложенным функциональная схема системы автоматического регулирования будет иметь вид, показанный на рис. 17, а. Изменения настройки N потребителя и ? автоматиче­ского регулятора остаются внешними воздействиями и для си­стемы автоматического регулирования. Цепь взаимодействия ме­жду элементами в системе автоматического регулирования можно разорвать в любом месте как это показано на рис. 17, бив. Та­кие функциональные схемы называют функциональными схе­мами разомкнутых систем автоматического регулирования.

Следовательно, в системах автоматического регулирования общая цепь взаимодействий элементов всегда замкнута. Основным отличием системы управления от системы автоматического регу­лирования двигателя является отсутствие общей замкнутой цепи последовательных воздействий одного элемента на другой.

Таким образом, функциональная схема системы, не выявляя конструктивных особенностей каждого элемента и связей между ними, дает наглядное представление о взаимодействиях элементов в процессе работы на установившихся (равновесных) режимах. Конечно, для составления функциональной схемы необходимо иметь достаточное представление об устройстве, принципе дей­ствия и характеристиках каждого элемента, входящего в рассма­триваемую систему.

Качество работы системы автоматического регулирования за­висит как от правильности компоновки системы в целом, так и свойств каждого элемента системы в отдельности. В связи с этим необходимо знать статические и динамические свойства каждого элемента, входящего в систему автоматического регулирования, и прежде всего самого двигателя как регулируемого объекта и автоматического регулятора.