Regulátor (automatizace)

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.

Blokové schéma regulačního obvodu

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 τ_D (dopravní zpoždění)
• zpožďující 1. 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. 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". Přesnost regulace je určována regulační odchylkou s jakou systém udržuje regulovanou veličinu v předepsaných mezích.

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

Příklady regulovaných veličin a jejich dynamik

• teplota (podle rozměrů, akumulační a izolační schopnosti, sekundy až hodiny): lednička, kotel, pec.
• poloha a pohyb (různě hluboké derivace z Taylorova rozvoje polohy): robotika, turbína.
• napětí a proud: obvody s operačními zesilovači, stabilizace proudu, regulovaný zdroj napětí.
• zesílení frekvenčního pásma: zesilovač, frekvenční měnič.

Související články

• PID regulátor
• Systém