Jednoduché regulátory

Regulátor můžeme znázornit blokovým schématem:

Obr. 1: Blokové schéma nepřímého regulátoru

Snímač SN měří skutečnou hodnotu regulované veličiny a v porovnávacím členu PČ se zjišťuje její rozdíl od žádané hodnoty. Snímač a porovnávací člen tvoří měřicí člen MČ. Ústřední člen regulátoru ÚČR zpracovává regulační odchylku podle určitého předpisu a do regulované soustavy zasahuje prostřednictvím akčního členu AČ, který se skládá z pohonu PO a regulačního orgánu ROG.

Dynamické vlastnosti určuje ústřední člen regulátoru, který je u elektronických regulátorů realizován operačním zesilovačem s vhodnou zpětnou vazbou.

Regulátor P – proporcionální

Regulátor P pouze zesiluje regulační odchylku, takže velikost akční veličiny je přímo úměrná velikosti regulační odchylky. Pracuje s trvalou regulační odchylkou. Jeho chování můžeme popsat diferenciální rovnicí

kde k_R je zesílení regulátoru.

Z obrazu rovnice

stanovíme obrazový přenos

Odpovídající přechodová a frekvenční charakteristika:

Obr. 2: Charakteristiky regulátoru P

Z frekvenční charakteristiky vyplývá, že regulátor je frekvenčně nezávislý.

U regulátoru P je jako stavitelný parametr používáno pásmo proporcionality

které určuje, o jakou hodnotu v procentech se musí změnit vstupní signál regulátoru, aby se akční člen přestavil z jedné krajní polohy do druhé.

Pro realizaci ústředního členu použijeme invertující operační zesilovač s odporovou zpětnou vazbou:

Obr. 3: Schéma zapojení regulátoru P

Regulátor I – integrační

Regulátor I regulační odchylku integruje, takže po určité době dojde k jejímu odstranění. Rychlost, s jakou se mění akční veličina, je přímo úměrná velikosti regulační odchylky. Dynamické vlastnosti vyjadřuje diferenciální rovnice

kde T_I je integrační časová konstanta.

Z obrazu rovnice

vyjádříme obrazový přenos

Chování regulátoru můžeme znázornit přechodovou a frekvenční charakteristikou:

Obr. 4: Charakteristiky regulátoru I

Z frekvenční charakteristiky vyplývá, že přenos klesá s rostoucí frekvencí.

Obr. 5: Schéma zapojení regulátoru I

Regulátor D – derivační

Regulátor D se nepoužívá samostatně, protože velikost akční veličiny je přímo úměrná rychlosti, s jakou se mění regulační odchylka. Připustí libovolně velkou ustálenou odchylku.

Vlastnosti popisuje diferenciální rovnice

kde T_D je derivační časová konstanta.

Po převedení rovnice do obrazu

vyjádříme obrazový přenos

Odpovídající přechodová charakteristika a frekvenční charakteristika:

Obr. 6: Charakteristiky regulátoru D

Regulátor D nemůže být realizován jako ideální, protože se uplatňují parazitní setrvačnosti, takže zapojení ústředního členu odpovídá reálná přechodová charakteristika (T je setrvačná časová konstanta):

Obr. 7: Schéma zapojení a přechodová charakteristika skutečného regulátoru D

Charakteristika činnosti jednoduchých regulátorů:

P – pracuje s trvalou regulační odchylkou (její velikost je nepřímo úměrná zesílení), přispívá ke stabilitě obvodu.

I – odstraňuje regulační odchylku, vhodný tam, kde nejsou příliš časté poruchy, nemůže být použit pro regulaci astatických soustav (nevyhoví stabilitě obvodu).

D – není schopen samostatné funkce, protože reaguje pouze na měnící se regulační odchylku, ve spojených regulátorech přispívá ke stabilitě a zlepšuje rychlost reakce regulátoru.

 

Zdroje

• BALÁTĚ, Jaroslav. Automatické řízení. 2. přepracované vyd. Praha: BEN – technická literatura,2004, 664s. ISBN 80-7300-148-9.

Obrázky

• Obr. 1: BALÁTĚ, Jaroslav. Automatické řízení. 2. přepracované vyd. Praha: BEN – technická literatura,2004, 664s. ISBN 80-7300-148-9.

• Obr. 2, 3, 4, 5, 6 a 7: Archiv autora