Regulatory

Regulator

- organ sterujący, w którym sygnały wykonawcze

powstają przez porównanie wartości sygnałów zadających i wartości

sygnałów pomiarowych odpowiadających wielkościom sterowanym

oraz przez uformowanie dynamiczne ich różnicy.

 

Podstawowym zadaniem regulatora jest porównywanie mierzonej

wartości wielkości regulowanej y(t) z wartością wielkości zadanej w(t) i

formowanie różnicy wartości tych sygnałów e(t) w celu wytworzenia

odpowiedniej wielkości sterującej.

e(t) = W(t) - y(t),

Na podstawie różnicy sygnałów: regulator oddziałuje wg określonego

algorytmu sygnałem wyjściowym na organ wykonawczy, a ten z kolei

wpływa na zmniejszenie powstałego w wyniku zakłóceń uchybu

regulacji e(t).

Regulator jest więc urządzeniem składającym się z zespołu

elementów, realizujących określone zadania funkcjonalne, który

na każdą zmianę wartości wielkości regulowanej odpowiada

określoną zmianą wartości wielkości nastawczej.

Regulator i urządzenia współpracujące (pomiarowe i wykonawcze)

muszą być pod względem parametrów technicznych odpowiednio

do siebie dobrane (dopasowane), tzn. wyjście każdego ze

sprzężonych ze sobą organów musi być dostosowane do wejścia

organu współpracującego.

W skład zespołu elementów funkcjonalnych, z których zbudowany

jest regulator, najczęściej wchodzą:

•Element zadający

(

zadajnik

), który przechowuje i odtwarza sygnał

odpowiadający wartości wielkości zadanej f,

•Element porównujący

(

węzeł sumujący

),w którym wartość sygnału

wyjściowego e jest wynikiem różnicy sygnałów wartości mierzonej y

i wartości zadanej w : e = w - y,

•Element korekcyjny

(

przetwornik, przekształtnik sygnału

) o

odpowiednich własnościach dynamicznych, formujący sygnał uchybu

regulacji e dla osiągnięcia pożądanych własności dynamicznych

regulatora,

•Wzmacniacz

, wzmacniający sygnał sterujący.

W

różnych

rozwiązaniach

techniczno-konstrukcyjnych

regulatorów przemysłowych poszczególne elementy tworzą

zwartą całość lub stanowią oddzielnie bloki funkcjonalne, jak

np. zadajnik, wzmacniacz sygnału sterującego itp. Zestaw

wymienionych elementów funkcjonalnych w określonych

połączeniach tworzy zamknięty obieg działania, zwany

obwodem lub układem regulacji.

Regulator

czerpie

informacje

o

zachowaniu

obiektu

regulowanego ze sprzężenia zwrotnego. Służy on do

doprowadzenia obiektu do żądanego stanu i/lub poprawy

niekorzystnych cech obiektu regulowanego.

Regulator może np. poprawić dynamikę obiektu regulowanego (np.

silnik będzie szybciej osiągał żądaną prędkość). Błędne użycie może

prowadzić do niestabilności obwodu regulacji. Miejsce regulatora w

układzie regulacji przedstawia rysunek.

Schemat blokowy układu regulacji

x – wartość zadana wielkości regulowanej, y – sygnał regulowany, y

1

– sygnał

pomiarowy,
u – sygnał sterujący, u

1

– sygnał regulujący, e – uchyb regulacji.

Regulator

– jest więc elementem pośredniczącym między członami

pomiarowymi i nastawiającymi

Regulatory

można

klasyfikować

(za

encyklopedią

techniki

automatyka) w sposób analogiczny do klasyfikacji sygnałów i

elementów układów automatyki lub na podstawie innych kryteriów i

zależności związanych z :
•budową konstrukcyjną,
•przeznaczeniem,
•sposobem działania,
•własnościami dynamicznymi,
•rodzajem nośnika sygnału,
•rodzajem energii pomocniczej,
•charakterem zmian wielkości zadanej itp.,
• np. ze względu na postać i ciągłość sygnałów wyjściowych

spotykamy się z podziałem na regulatory o działaniu ciągłym i

przerywanym.

W zależności od sposobu budowy regulatora wyróżnia się :

• Regulatory działania bezpośredniego,
• Regulatory działania pośredniego.

Pierwsze z nich nie wykorzystują do nastawienia elementu

wykonawczego energii ze źródeł pomocniczych, dostarcza

jej bezpośrednio element pomiarowy.

Regulatory działania pośredniego mogą być w zależności

od charakteru źródła energii pomocniczej:

• hydrauliczne,
• elektryczne,
• mieszane (np. elektryczno –pneumatyczne).

W zależności od postaci sygnałów występujących w regulatorach

wyróżnia się

:

•analogowe,
•cyfrowe,
•analogowo-cyfrowe.

Regulatory analogowe klasyfikuje się często na podstawie charakteru

sygnału nastawiającego:

• Regulator o działaniu ciągłym

— to regulator, w którym wielkość

wyjściowa zależy w sposób ciągły od wielkości wejściowej,

• Regulator o działaniu przerywanym

— to regulator, w którym

wielkość wyjściowa ma charakter przerywany lub jest funkcją

nieciągłą wielkości wejściowych.

W grupie regulatorów o działaniu ciągłym można wyróżnić:
• regulatory liniowe analogowe ciągłe,
• regulatory nieliniowe analogowe ciągłe.

Regulatory o działaniu przerywanym dzielimy na:
• regulatory wielopołożeniowe,
• impulsowe,
•krokowe.

Charakter zmian wielkości zadanej stanowi również podstawę

klasyfikacji:
•Regulatory stałowartościowe,
•Regulatory programowe,
•Regulatory nadążne,
•Regulatory ekstremalne,
•Regulatory adaptacyjne,

Przy czym w zależności od liczby sterowań parametrów wyróżnia

się:

jedno i wieloparametrowe

Ze względu na własności dynamiczne i rodzaj algorytmu działania

regulatory można podzielić:

— regulatory proporcjonalne (P) ,

— regulatory całkowe (I) ,

— regulatory proporcjonalno-całkowe (PI) ,

— regulatory proporcjonalno-różniczkowe (PD) ,

—regulatory proporcjonalno-całkowo-różniczkowe (PIU) .

Nie wymieniono tu regulatorów o własnościach wyłącznie różniczkujących (D),

które nie spełniają indywidualnie zadań regulacji automatycznej, również i

regulatory o własnościach całkowo-różniczkujących nie są przydatne w układach

sterowania zamkniętego.

PRAWO REGULACJI
 

Związek funkcyjny między przyrostem sygnału nastawiającego u i przyrostem

uchybu E nazywamy prawem regulacji. Możemy, więc napisać, że prawem regulacji

jest równanie

Przyrost u = f ( przyrost E).