1.2.2. Джеймс Уатт - шаг вперед

Положение изменилось коренным образом, когда возросшие общественные потребности привели к значительному прогрессу техники. Двигательная сила ветра,воды или тягловых животных оказалась недостаточной: возникли первые паровые машины. Хотя первые образцы работали довольно медленно, паровые двигатели с самого начала доказали свое превосходство. Чтобы улучшить управление паровой машиной был применен автомат.

Управление можно определить как целенаправленное установление определенных значений параметров.

Заслугой ряда изобретателей, в том числе Джеймса Уатта, было создание паровой машины с цилиндром двойного действия. В отличие от ранее существовавшей, так называемой "атмосферной машины", пар в машине Уатта через систему клапанов направляется то в одну, то в другую половину цилиндра и, таким образом, сообщает поршню возвратно-поступательное движение. Маховое колесо делает движение поршня равномерным и значительно увеличивает скорость вращения коленчатого вала. Но здесь возникает новая проблема: эта скорость становится слишком велика, и человек, обслуживающий машину, не успевает управлять клапанами. Ограниченные возможности человека стали мешать усовершенствованию машины. Уатт понял, что эту проблему удастся разрешить, только заменив человека автоматическим устройством. На рис. 2 показана работа человека, управляющего машиной: по положению коленчатого вала он определяет, когда следует переключить клапаны. Новая идея состояла в том, чтобы направление впуска пара непосредственно зависело от положения коленчатого вала. Процесс изображен на рис. 3: коленчатый вал с помощью эксцентрика автоматически меняет положение золотника и направляет пар в нужную часть цилиндра; отработавший пар в это время выпускается из другой части цилиндра. Эта конструкция используется и по сей день, хотя, разумеется, первоначальное устройство со временем усовершенствовалось, чтобы повысить КПД машины. Тот же принцип применен в автомобильном моторе, где кулачковый механизм управляет подачей топлива в цилиндры.

Рис. 2. Управление паровой машиной двойного действия с участием человека

Так возникла идея автоматического управления. Такое управление требует тщательной отладки: каждый, кто водит машину, знает, что если управление клапанами отлажено плохо, мотор не может развить необходимую мощность или расходует слишком много горючего.

Рис. 3. Автоматическое управление машиной, изображенной на рис. 2; а - схематическое изображение; б - функциональная схема