«Теория технического управления» долгое время именовалась «Теорией автоматического регулирования» — название, которое сейчас постепенно забывается. Она оформилась в связи с исследованиями центробежного регулятора Уатта, предназначенного для регулирования числа оборотов вала паровой машины. Правда, этим исследованиям предшествовал еще целый ряд работ, которым по тем или иным причинам не суждено было стать родоначальниками новой теории (исследования регулятора Сименса, работы астронома Эри по управлению телескопом и др.). Тем не менее считается, что изобретение регулятора Уатта — событие эпохальное.
Дело даже не в том, что был изобретен еще один механизм для управления паровой машины, — регулятор Уатта впервые реализовал автоматическое управление, управление без вмешательства субъекта, без вмешательства людей. Раньше к паровой машине приставлялся человек, который менял направление и количество подаваемого в цилиндр пара, регулировал ее работу. Теперь все делалось само по себе. Появилось не просто техническое изобретение — родился новый взгляд на принцип управления. Расскажем все по порядку. Сначала — что такое регулятор Уатта, как он работает и каковы проблемы его проектирования и использования.
Представим себе вал трансмиссии, которая в стародавние времена с помощью приводных ремней заставляла работать токарные, сверлильные и прочие станки.
Даже при самой ритмичной работе каждый рабочий-станочник по-своему нагружал трансмиссию. Он то менял заготовки деталей, то менял инструмент, то производил операции, требующие разных затрат мощности, и т. д. Нагрузка на трансмиссию в силу этого все время менялась, и при одной и той же мощности паровой машины, при одной и той же величине вращающего момента вала трансмиссии число оборотов вала менялось. Следовательно, менялись условия работы станков. А это уже недопустимо! Надо было стабилизировать количество оборотов трансмиссии, для чего надо было изменить количество пара, подаваемого в цилиндры. Эту задачу и решал регулятор Уатта. Делал он это так.
Когда нагрузка на вал увеличивалась, он автоматически увеличивал отверстие, через которое пар поступал в цилиндры машины из парового котла, увеличивая тем самым подачу пара. И прикрывал заслонку, когда нагрузка на вал падала, уменьшая подачу пара.
Так появилась первая техническая конструкция, автоматически реализующая обратную связь. Конечно, это утверждение не совсем точное. Технические системы с обратной связью придумывались еще в античную эпоху Героном и Филоном. И регулятор Уатта лишний раз доказывает справедливость утверждения, что «все новое — это хорошо забытое старое»! Но если идеи античных ученых были опытами, опередившими на тысячелетия потребности общества, то регулятор Уатта отвечал жизненной необходимости развивающейся техники и положил начало современному машиностроению. Идея его конструкции была удивительно проста.