Układ regulacji

Układ regulacji – zamknięty układ automatyki, posiadający ujemne sprzężenie zwrotne, którego zadaniem jest sterowanie procesem.

Układ regulacji składa się z elementu porównującego (sumator), regulatora, elementu wykonawczego (zawór, siłownik), obiektu sterowania oraz układu pomiarowego (czujnik, przetwornik).

Element porównujący oblicza różnicę między wartością sygnału zadanego w(t) a wartością sygnału wyjściowego y(t) otrzymaną z układu pomiarowego poprzez ujemne sprzężenie zwrotne. Na wyjściu elementu porównującego otrzymujemy sygnał uchybu e(t). W dobrze zaprojektowanym układzie regulacji wartość uchybu w stanie nieustalonym powinna być jak najmniejsza (przeregulowanie), natomiast w stanie ustalonym powinna być równa 0 (uchyb ustalony). Sygnał z elementu porównującego jest następnie przekazywany do elementu wykonawczego, który w odpowiedni sposób oddziałuje na obiekt. Dodatkowo na regulowany obiekt działać mogą zakłócenia z(t).

[edytuj] Klasyfikacja układów regulacji

1. Podział ze względu na sposób działania układu
   1. Układy stabilizacji – w procesie regulacji mają za zadanie utrzymać stałą (w czasie) wartość wielkości wyjściowej mimo zmian wielkości wejściowej i działających na układ zakłóceń.
   2. Układy śledzące (nadążne) – działają w taki sposób, aby sygnał wielkości wyjściowej nadążał za zmianami wielkości wejściowej, tzn. aby y(t) = w(t). Zmiany sygnałów wejściowych nie są znanie ani przewidywalne: są losową funkcją czasu. Układy te są również nazywanie serwomechanizmami.
   3. Układy programowalne – są odmianą układów śledzących z tą różnicą, że sygnał wejściowy w(t) jest z góry określoną (znaną) funkcją czasu.
   4. Układy optymalne – struktura i parametry regulatora określone są na podstawie obliczonego ekstremum przyjętego wskaźnika jakości. Przykładem takiego układu może być układ sterowania ciągiem silników tak, aby samolot osiągnął określony pułap, przy minimalizacji wskaźnika jakości, którym jest zużycie paliwa.
   5. Układy przełączające – regulacja odbywa się na zasadzie załączania lub wyłączania odpowiednich urządzeń procesu w odpowiedniej kolejności (sekwencji), a rolę regulatora pełni najczęściej układ logiczny. Rozróżnia się dwie grupy układów: kombinacyjne i sekwencyjne. Mówiąc krótko, układy kombinacyjne to takie, w których stan sygnałów wyjściowych w danej chwili zależy tylko od stanu sygnałów wejściowych w danej chwili. Układy sekwencyjne to takie, w których stan sygnałów wyjściowych w danej chwili zależy od stanu sygnałów wejściowych w danej chwili oraz od stanu sygnałów wyjściowych w chwili poprzedniej.
2. Podział ze względu na liniowość układu
   1. Układy liniowe – można je opisać za pomocą równań liniowych algebraicznych, różniczkowych, różnicowych lub całkowych. Układy liniowe spełniają zasadę superpozycji.
   2. Układy nieliniowe – układ zawierający przynajmniej jeden element nieliniowy jest układem nieliniowym. W praktyce każdy układ jest nieliniowy, lecz w przybliżeniu zakłada się jego liniowość lub linearyzuje się jego nieliniową charakterystykę. Robi się to zwłaszcza gdy działanie procesu ogranicza się do niewielkiego obszaru wokół pewnego punktu pracy.
3. Podział ze względu na charakter sygnałów
   1. Układy ciągłe – wszystkie sygnały (wejściowe i wyjściowe) są funkcjami ciągłymi w czasie i mogą przybierać dowolną wartość z obszaru swojej zmienności. Układy te opisuje się zwykle równaniami różniczkowymi.
   2. Układy dyskretne – układ jest dyskretny, jeżeli przynajmniej jeden jego sygnał ma charakter dyskretny, tzn. przyjmuje tylko określone wartości dla określonych argumentów. Układy takie opisuje się zwykle równaniami różnicowymi.
4. Podział ze względu na charakter układu
   1. Układy statyczne (bezinercyjne) – wyjście w danej chwili czasu zależy tylko od wejścia (brak stanu nieustalonego). Układy te składają się tylko z elementów rozpraszających energię i opisuje się je równaniami algebraicznymi.
   2. Układy dynamiczne – układy, w których wyjście nie jest jednoznaczną funkcją wejścia i zależy dodatkowo od charakteru procesu przejściowego (inercyjności) i stanu układu w chwili początkowej. Opisuje się je równaniami różniczkowymi lub różnicowymi.
5. Podział ze względu na liczbę wejść i wyjść
   1. Układy jednowymiarowe – układy o jednym wejściu i jednym wyjściu.
   2. Układy wielowymiarowe – układy o wielu wejściach lub wielu wyjściach.
6. Podział ze względu na charakter zmienności wymuszeń i parametrów
   1. Układy deterministyczne – układy, w których sygnały są zdeterminowanymi funkcjami czasu.
   2. Układy stochastyczne – układy, w których sygnały są wielkościami przypadkowymi (losowymi).
7. Podział ze względu na zdolność do samoczynnego nastrajania
   1. Układy adaptacyjne – układy, mające zdolność do samoczynnego nastrajania parametrów (np. układu pomiarowego lub regulatora) do zmieniających się parametrów obiektu lub występujących zakłóceń.
   2. Układy zwykłe (nieadaptacyjne) – układy nie posiadające powyższej własności.
8. Podział ze względu na zmienność struktury
   1. Układy o stałej strukturze – takie, które w czasie swojego działania nie zmieniają liczby sygnałów pomiędzy poszczególnymi członami.
   2. Układy o zmiennej strukturze – układy nie spełniające powyższej zasady.
9. Inne
   1. układ regulacji ekstremalnej
   2. układ regulacji nadążnej
   3. układ regulacji stałowartościowej
   4. układ regulacji kaskadowej

[edytuj] Zobacz też

• regulator
• sterowanie
• teoria sterowania
• przegląd zagadnień z zakresu automatyki i robotyki