Struktura

Kvalita regulace a nastavení regulátoru

Kvalita regulace a nastavení regulátoru

Kvalitu (jakost) regulace posuzujme podle přesnosti a rychlosti regulace.

Přesnost regulace

Přesnost regulace zjišťujeme v ustáleném stavu po odeznění přechodných dějů. Přesnost stanovujeme v absolutní hodnotě nebo jako relativní hodnotu trvalé odchylky v procentech, vztaženou k žádané hodnotě regulované veličiny.

Příklad:

Požadovaná teplota v peci je 1000°C. Měřením bylo zjištěno, že regulátor udržuje teplotu v rozmezí 990°C až1010°C. Absolutní přesnost je tedy ±10°C, relativní přesnost je ±1%.

Rychlost přechodného děje

Dynamické vlastnosti regulačního obvodu posuzujeme podle přechodové charakteristiky. Skoková vstupní změna může být vyvolána změnou řídící veličiny w nebo působením poruchy d. Podle odezvy na jednotkový skok vstupní veličiny rozlišujeme průběh regulačního pochodu

  • ideální (1)
  • kmitavý s přeregulováním (2)
  • kmitavý bez přeregulování (3)
  • nekmitavý (aperiodický) (4)
  • s nulovou kvalitou – bez regulace (5)

 

obrazek

Obr. 1: Odezva na skok řídící veličiny

 

obrazek

Obr. 2: Odezva na skok poruchové veličiny

Kmitavé průběhy s přeregulováním, které jsou časté, hodnotíme podle

  • maximálního překmitu Δymax v procentech
  • doby odezvy tO, která je potřebná k dosažení žádané hodnoty
  • doby regulace tR, což je doba potřebná ke zmenšení regulační odchylky na ±5% .

obrazek

Obr. 3: Přechodová charakteristika regulačního obvodu s kmitavým dějem a ideální přechodová charakteristika

Je třeba vzít v úvahu, že tyto parametry se navzájem ovlivňují, takže pokud zkrátíme dobu regulace dodáním většího množství energie do soustavy, dojde k nárůstu nežádoucího překmitu Δymax. K celkovému posouzení je proto vhodné použít integrální kritéria, která hodnotí kvalitu regulace podle plochy mezi skutečnou a ideální přechodovou charakteristikou, např. kritérium lineární regulační plochy:

obrazek

Regulační plocha má být co nejmenší. Tento požadavek vyplývá ze skutečnosti, že při regulačním pochodu dochází k výměně energie. Při záporné regulační odchylce má regulovaná soustava nedostatek energie (plochy označené záporným znaménkem), při kladné regulační odchylce má regulovaná soustava přebytek energie (plochy označené kladným znaménkem) a je potřeby snížit příkon, aby se regulovaná veličina opět přiblížila k žádané hodnotě.

obrazek

Obr. 4: Určení kvality regulace integrálním kritériem

Dynamické vlastnosti regulované soustavy jsou dány jejími fyzikálními vlastnostmi, takže kvalitu regulace můžeme zlepšit volbou vhodného regulátoru k soustavě a jeho nastavením.

Volba regulátoru k soustavě

obrazek

Obr. 5: Volba regulátoru

Nastavení regulátoru

Nastavením (seřízením) regulátoru rozumíme určení optimálních hodnot jeho stavitelných parametrů – kR, Ti, Td.

Nastavení regulátoru podle přechodové charakteristiky regulované soustavy :

V odměřené přechodové charakteristice soustavy odečteme po sestrojení tečny v inflexním bodě dobu průtahu Tu a dobu náběhu Tn a zjistíme činitel autoregulace a0 = 1/k. Optimální parametry regulátoru určíme pomocí tabulky.

obrazek

Obr. 6: Nastavení regulátoru podle přechodové charakteristiky regulované soustavy

Zieglerova-Nicholsova metoda:

Původně experimentální metoda, kdy je seřizovaný regulátor připojen k regulované soustavě. Princip spočívá v přivedení obvodu do kritického stavu na hranici stability, přičemž regulátor pracuje pouze jako proporcionální. Integrační a derivační složka jsou vyřazeny nastavením Ti=∞ a Td=0. Do kritického stavu přivedeme obvod zvyšováním zesílení regulátoru kR, až obvod začne kmitat harmonickými kmity. Toto zesílení označujeme jako kritické zesílení kRk a periodu vzniklých kmitů jako kritickou Tk. Tyto kritické hodnoty dosadíme do empirických vztahů v tabulce a vypočítáme doporučené parametry.

Pokud nastavujeme regulátor I, tak rozkmitání obvodu dosáhneme snižováním Ti na kritickou hodnotu Tik.

obrazek

Obr. 7: Nastavení regulátoru podle Zieglera - Nicholse

 

 

Zdroje

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

  • VORÁČEK, Rudolf, František ANDRÝSEK, Zdeněk BRÝDL, Luděk KOHOUT a Ladislav ŠMEJKAL. Automatizace a automatizační technika II. 1.vyd. Praha: Computer Press, 2000, 218s. ISBN 80-7226-247-5.

Obrázky

  • Obr. 1, 2 a 3: VORÁČEK, Rudolf, František ANDRÝSEK, Zdeněk BRÝDL, Luděk KOHOUT a Ladislav ŠMEJKAL. Automatizace a automatizační technika II. 1.vyd. Praha: Computer Press, 2000, 218s. ISBN 80-7226-247-5.

  • Obr. 4: BALÁTĚ, Jaroslav. Automatické řízení. 2. přepracované vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2004, 664s. ISBN 80-7300-148-9.

  • Obr. 5, 6 a 7: Archiv autora

Kontrolní otázka

Jak vyjadřujeme přesnost regulace?

Kontrolní otázka

Podle čeho hodnotíme kmitavé průběhy regulačního pochodu?

Kontrolní otázka

Proč má být regulační plocha co nejmenší?

Kontrolní otázka

Co rozumíme nastavením regulátoru?

Kontrolní otázka

Jak postupujeme při nastavení I regulátoru  Zieglerovou - Nicholsovou metodou?

Logolink