Regulátor (automatizace)

Technology

12 hours ago

Author

Regulátor je zařízení nebo systém, který slouží k udržování určité hodnoty nebo stavu v automatizovaném procesu, za použití zpětnovazební smyčky. Jeho úkolem je monitorování měřené veličiny a přizpůsobování výstupu tak, aby se dosáhlo požadované hodnoty. Regulátory jsou využívány v mnoha oblastech automatizace, jako je například průmyslová výroba, energetika, doprava nebo budovy. Existuje mnoho typů regulátorů, včetně jednoduchých regulátorů P, I a D, které se používají v běžných aplikacích, nebo složitějších adaptivních nebo optimalizačních regulátorů. Regulátor je klíčovou součástí automatizace a umožňuje dosáhnout vysoké úrovně spolehlivosti a efektivity v provozu technických systémů.

Blokové schéma regulačního obvodu Regulátor je zařízení pro ovlivňování regulovaného systému (regulované soustavy - viz obrázek) automatizovanou regulaci, k dosažení a udržení jeho požadovaného stavu - regulované veličiny. Typicky se používá v záporné zpětné vazbě systému. Vstupem regulátoru pak nebývá přímo sledovaná (regulovaná) veličina jako výstup celého systému, ale jen odchylka (regulační odchylka) od požadované hodnoty (žádané hodnoty, také referenční hodnoty - viz obrázek). Regulátor pak reguluje systém s cílem buď úplné eliminace odchylky, nebo jeho regulační zásahy odchylku alespoň udržují v předepsaných mezích. Regulátor čte stavy systému, a to buď přímo, anebo, jsou-li nedosažitelné, si je rekonstruuje vlastním modelem. Modelováním systémů a jejich regulátorů se zabývá teorie řízení. Regulátor bývá na systém připojen přes vstupní a výstupní převodníky. Regulace je při čtení systému v čase buď spojitá, nebo nespojitě (diskrétně) vzorkovaná. I zásahy do systému mohou být buď analogové, nebo digitální, stupňovité.

Dynamika regulátoru může být: * prostá proporcionální: pouze zesílením, * derivační: zesilující při krátkodobé změně, * integrační: s pamětí a postupným načítáním i malých odchylek. * zpožďovací člen: zpožděná reakce o časovou konstantu τD (dopravní zpoždění) * zpožďující 1. +more řádu: zpoždění vyrovnání změny o časovou konstantu τ (řecké tau) * zpožďující 2. řádu: "kmitavá"; dvě časové konstanty * kmitavá: několikrát překmitne a podkmitne novou požadovanou hodnotu než se zcela vyrovná.

Příklady způsobů zásahů regulace

spojité zásahy (operační zesilovač), * zásahy v diskrétních hodnotách (přepínač hvězda trojúhelník), * analogové hodnoty zásahů v diskrétním čase (analogová paměť), * simulace analogových hodnot zásahů rychlým přepínáním mezních hodnot (pulzně šířková modulace, šířka pulzu v konstantní periodě), * využití hystereze povoleného rozpětí (vlastní taktování ledničky)

Výsledkem činnosti regulátoru po zpracování tzv. regulační odchylky je určení reakce, tedy tzv. +more akčního zásahu, o který se upraví regulovaná vstupní veličina, typicky odečtením, při záporné zpětné vazbě. Jedna veličina, výsledný signál o akčním zásahu, tedy nese informaci, ne však výkon: Výkonové projevy regulačního signálu zajistí tzv. akční člen, pomocí již dvou výkonových veličin, zobecněného úsilí a zobecněného toku.

Kvalita regulace

Stabilita regulace - Průběh ustálení regulované veličiny po jejím vychýlení z rovnovážné úrovně zpět na rovnovážnou polohu nebo na novou rovnovážnou polohu.

Kvalita regulace - Souzena podle průběhu (tvar, trvání) přechodového děje a podle odezvy na působení rušivé veličiny.

Přesnost regulace - Úplné přesnosti nelze nikdy docílit, protože ustálený stav nastává v čase t=nekonečno. Princip regulace tedy musí pracovat s určitou chybou - "regulační odchylkou". +more Přesnost regulace je určována regulační odchylkou s jakou systém udržuje regulovanou veličinu v předepsaných mezích.

Doba regulace - značená jako Tr; doba, po které dosáhne rozkmitaná veličina předepsaných mezí přesnosti a už nevykmitne. Než dosáhne regulace času Tr, počítají se tzv. +more přeregulování (počet překmitů veličiny nad a pod požadovanou ustálenou hodnotu).