5.19 Regulátory s premenlivou žiadanou hodnotou
Prehľad spôsobov regulácie: < >
Obr. 5.27. Prehľad spôsobov regulácie
Najbežnejším spôsobom regulácie je regulácia na konštantnú hodnotu jednej veličiny v obvode. Niekedy však technológia výroby vyžaduje určitý priebeh regulovanej veličiny v čase, napr. tepelné spracovanie materiálu. Potom používame programové regulátory, u ktorých je žiadaná hodnota predstavovaná programovacou jednotkou. U starších typoch regulátorov bol program realizovaný vačkou. U číslicových regulátorov je tento problém riešený softwarovo.
Je regulácia, kde je riadiaca veličina závislá od inej fyzikálnej veličiny, ktorá pri svojej zmene vnáša do regulačného systému poruchu (obr. 5.28.a). Niekedy sa tejto regulácii hovorí aj regulácia s meraním poruchy. Napr. pri regulácii hladiny vody v bubne parných kotlov sa meria prietok odoberanej vodnej pary, podľa ktorého sa riadi nátok vody do bubna podľa hladiny (niekedy sa tiež meria i prietok vody). Meranie hladiny vody v bubne je iba korekčným signálom k odstráneniu integračnej chyby vzniknutej nepresnosťami merania oboch prietokov (obr. 5.28.b). U regulácie teploty v miestnosti sa takejto regulácii často hovorí ekvitermná. Regulačný obvod reguluje podľa teploty miestnosti, ale súčasne meria vonkajšiu teplotu, podľa ktorej upravuje zosilnenie regulátor. Tým na zníženie vonkajšej teploty reaguje intenzívnejšie a hlavne v predstihu, pretože zmena vonkajšej teploty sa prejaví v miestnosti, až vychladnú steny., ktoré sa potom pomaly ohrievajú.
Obr. 5.28. Vlečná regulácia: a.) bloková schéma, b.) regulácia napájania kotla
Je zvláštny prípad vlečnej regulácie. Pri tejto regulácii sa udržuje konštantný pomer dvoch fyzikálnych veličín. Tato regulácia sa uplatňuje napr. i pri regulácii plynového horáka pece (obr. 5.29.). pri zmene množstva plynu, ktorá zodpovedá zmene výkonu, je treba zachovať stechiometrický pomer pri horení tak, aby spaľovanie bolo dokonalé.
Obr. 5.29. Pomerová regulácia
Je nákladnejšia než predchádzajúce typy., ale dáva pre určité typy porúch lepšia výsledky. Princíp spočíva v sériovom radení dvoch regulátorov (obr. 5.30.). Na regulovanej sústave snímame pomocnú regulovanú veličinu y1, ktorá má pri vstupe poruchy podstatne väčšiu odozvu než vlastná regulovaná veličina y. Pomocnú regulovanú veličinu privádzame na regulátor, ktorý ovláda akčnú veličinu u. Pretože regulujeme regulovanú veličinu y nepriamo pomocou veličiny y1, ktorá má rýchlejšiu odozvu, musíme ešte prevádzať konečnú korekciu y ďalším regulátorom. Tento spôsob regulácie je vysoko účinný pre také poruchy, ktoré majú rýchlu odozvu na y1, ostatné sú regulované pomalšie pomocou slučky s y.
Obr. 5.30. kaskádová regulácia: a.) bloková schéma, b.) regulácia teploty pece
Regulácia s rozvetveným výstupom regulátora < >
Od predchádzajúcich sa líši tým, že akčná veličina pôsobí na dvoch regulačných orgánoch podľa určitých pravidiel. Napr. pri klimatizácii miestnosti sa rovnakým regulátorom ovláda v zime ohrievanie a v lete ochladzovanie miestnosti. K tomu je potrebné mať v zime zdroj teplej vody a v lete zdroj chladiacej kvapaliny, ktoré ja treba ovládať podľa meranej teploty.
Obr. 5.31. regulácia s rozvetveným výstupom regulátora
Má viac regulovaných (meraných) i viac akčných veličín a vtedy i regulačných orgánov. V týchto prípadoch vznikajú krížové prenosy, ktoré veľmi komplikujú chovanie systému (obr. 5.32.). Dvojparametrovou sústavou je napr. sprchová batéria riadená pomocou dvoch ventilov. Každý z ventilov ovláda množstvo teplej, či studenej vody a tak napr. pri požadovanej zmene teploty sa zmení i množstvo, ktoré sa ručne obtiažne doregulováva na pôvodnú hodnotu. Podobné je to i u ďalších sústav, ako napr. dávkovanie chlóru do vody (kyslosť množstvo atď.). Pomocou správne navrhnutej viac parametrovej regulácie je možné dosiahnuť tzv. autonómnosť obvodu, t.j. že zmena každej z riadiacich veličín sa prejaví iba na zodpovedajúcu regulovanú veličinu.
Obr. 5.32. Schéma dvojparametrovej regulácie
Je taká regulácia, ktorá má z určitého hľadiska najlepšie možné (optimálne) vlastnosti. Môžeme napr. požadovať odstránenie regulačnej odchýlky v minimálnom čase, alebo s najmenším preregulovaním (dynamická optimalizácia), alebo s vynaložením minima energie, poprípade s maximálnou účinnosťou. Alebo spoľahlivosťou technologického procesu (statická optimalizácia).
Je zvláštny prípad optimálnej regulácie, kde požadujeme trvalé udržiavanie systému na extréme (maximum alebo minimum) hodnotiaceho kritéria. Ako príklad poslúži regulácia teploty pece s plynovým horákom(obr. 5.33.). základný regulačný obvod tvorí sústava (pec) s regulátorom R, ktorý reguluje prívod plynu (a v určito pomere i prívod vzduchu) tak, a by bola teplota v peci udržovaná na konštantnej hodnote nezávisle na záťaži pece. Problém je spôsobený nelineárnou statickou charakteristikou systému (viď. charakteristiky na obr. 5.33.a, kde T je teplota , p1 spaľovací pomer a m1 výhrevnosť paliva). Úkolom extremálneho regulátora je vždy nájsť pre požadované množstvo plynu (výkon) najlepší zmiešavací pomer p, a to i pre rôzne požadované teploty T.
Obr. 5.33. Extremálna regulácia. a.) statická charakteristika, b.) bloková schéma regulátora
Používa sa v prípadoch (obr. 5.34.), kde sa v priebehu času menia dynamické alebo statické vlastnosti regulovanej sústavy (napr. zmena koeficientu prestupu tepla usadeninami, zmena prietoku zanášaním atď.), ktoré môžu mať za následok zhoršenie kvality regulácie, nakoniec i jej zlyhanie. Adaptívny regulátor je schopný tieto zmeny identifikovať a prestaviť svoje konštanty (r0, Ti, TD), tak aby bola zaistená pôvodná kvalita regulácie.
Obr. 5.34. Adaptívna regulácia
Sú charakteristické tým, že v priebehu svojej činnosti, ktorú vyhodnocujú, vedome menia algoritmus riadenia tak, aby sa kvalita riadenia blížila k optimu. Taký systém sa napr. dokáže naučiť spôsob riadenia, ktorý mu ručne predvedie skúsený expert, pričom jeho skúsenosť nie je možné vyjadriť matematicky a vteliť do algoritmu.
