Ktesibios, okoli 300 p.n.š

1. ZAČETKI REGULIRANIH NAPRAV • Vodna ura Ktesibios, okoli 300 p.n.š Regulacija višine vode • Centrifugalni regulator za parni stroj J. Watt, 1728 Regulacija obratov

2. Problem vodenja (control systems) motnje z x y Sistem vodenja Regulirana ali krmiljena veličina Želena ali referenčna veličina izhod vhod y=f(x1, x2,…) Pogosta zahteva: Regulirana ali krmiljena veličina naj se čim bolje ujema z referenčno ali želeno veličino.

3. Odprtozančni sistem vodenja (open loop control) KRMILNA TEHNIKA Krmiljenje z1 z2 yr u y S K referenca krmilna veličina krmiljena veličina K – krmilnik S – Krmilni sistem (proces) Uporabimo kadar: • je sistem dobro znan, • redko pričakujemo motnje • in/ali ne pričakujemo visokih točnosti

4. Krmiljenje - odprtozančni sistem vodenja Ogrevanje prostora z Časovni krmilnik

5. Zaprtozančni sistem vodenja (closed loop control) REGULACIJSKA TEHNIKA Regulacija z2 z1 regulirna veličina regulacijski odstopek regulirana veličina yr x  y S N PR R želena ali referenčna veličina y M N – nastavitveni (referenčni) člen PR – primerjalni člen R – regulator S – Regulirani sistem (proces) M – merilni člen Vzdržujejo želeno vrednost določene veličine Uporabimo kadar: • pričakujemo visoko točnost • želimo doseči konstantno vrednost izhodne veličine, neodvisno od vpliva motenj

6. Regulacija - zaprtozančni sistem vodenja Regulacija sobne temperature s pomočjo termostata z2 z1 T • T – termostat: • dajalnik referenčne temperature • tipalo regulirane temperature • komparator • regulator

7. Razvrstitev regulacijskih sistemov Nezvezni Zvezni Vse veličine in njeni odvodi v regulacijskem sistemu so zvezne funkcije časa Vsaj ena veličina ali njen odvod je nezvezna funkcija časa Dvo, tro- položajne regulacije S konstantno želeno vrednostjo S spremenljivo Vodene regulacije (programirane). Želena vrednost se spreminja po vnaprej določenen časovnem poteku. Ni časovnega spreminjanja želene vrednosti Sledilne regulacije. Želena vrednost se spreminja odvisno od sprememb stanja v okolici. Krmiljenje. yr je časovno odvisna. Programirano krmiljenje, časovno vodeno krmiljenje.

8. Dinamične lastnosti regulacijskih sistemov Tipična časovna odziva regulacijskih sistemov: y(t)/(kR0) y(t) y(t)=1-e-t/T Slika 2. Odziv sistema 2. reda Slika 1. Odziv sistema 1. reda Pokazatelji za učinkovitost delovanja regulacijskega sistema: k – ojačenje sistema T - časovna konstanta sistema R0 – amplituda stopnice td – čas zakasnitve tr– čas vzpona tp – čas maksimalnega prevzpona Mp – maksimalni prevzpon ts – umiritveni čas (+- 2%, +-5%)

9. Primer dvopoložajne regulacije (temperature vode) • P = 0 W • P = P0 Grelnik: Želena (referenčna) temperatura: Tr Slika 1. Akvarij - želimo regulirati temperaturo vode • Vklop: T <Tr • Izklop: T >Tr Histereza: ΔTh • Vključen: T < Tr - ΔTh/2 • Izključen: T >Tr + ΔTh/2

10. Dvopoložajna regulacija temperature vode Za regulacijo potrebujemo še: • čutilnik temperature • rele Rele NTC Termistor RNTC(T) = RAeβ/T Slika 1. Rele v osnovni izvedbi • UR – preklopna napetost, napetost med e in d • RR – omska upornost navitja tuljave med e in d • IR=UR/RR - tok preklopa • Imax – maksimalen tok preko stikal releja • RON, ROFF – upornosti med priključki stikal

11. Izvedba z operacijskim ojačevalnikom (brez histereze) Vezje dvopoložajne regulacije temperature vode

12. Izvedba z operacijskim ojačevalnikom (s histerezo) Rp<<hR Rh- upor za nastavitev velikosti histereze

13. Mehanska in elektronska regulacija nivoja vode 12 V polnilnik WC kotlička Slika 1. Kotliček za splakovanje Slika 2. Zunanji zbiralnik vode Slika 3. Detekcija nivoja vode Slika 1. Regulacijsko vezje

14. Dejavnosti Regulacija preko povratne zanke Primeri iz vsakdanje prakse 9.) Nekaj osnov pralnega stroja. Za minuto vključimo grelec, ki naj greje vodo. Po pritisku na štartni gumb aktiviramo dvojček, že omenjeni spominski element. Ura steče. Namesto ročnega pritiska na drugi gumb, ki vrne dvojček v osnovno stanje, uporabimo sunek iz ure, ki najavlja konec prve minute. V času, ko je bil dvojček aktiviran, je vključen grelec za gretje vode, ali pa je denimo, prižgana žarnica. Tako smo spoznali osnove programiranega upravljanja. krmiljenja 10.) Razmišljanje. Grajamo prejšnjo metodo. V minuti dovedemo vodi enako toploto, torej je dvig temperature vedno enak. Temperatura vode na začetku pa ni vedno enaka. Želimo vedno enako končno temperaturo. Meriti bo treba temperaturo in nehati z gretjem, ko dosežemo željeno vrednost. Kako meriti temperaturo? 15.) Poskus. S termometrom, z grelcem in s stikalom sestavimo sistem, ki greje vodo, dokler ni segreta do predpisane temperature. Tako smo dobili model električnega bojlerja ali pa uporaben akvarij za tropske ribice. 16.) Poskus. Na podoben način sestavimo napravo, ki toči vodo v posodo, in zapre vodni ventil, ko doseže voda v naprej določeni nivo. 17.) Razmišljanje. Poznamo dva načina regulacije. Cilj lahko dosežemo po vnaprej pripravljenem načrtu, oziroma programu ali z opazovanjem razmer v sistemu, ki jih spremlja primerno ukrepanje: regulacija s povratno zanko. Lahko govorimo o diskretni ali o proporcionalni regulaciji. Vodena ali programirana regulacija nezvezna ali zvezna 18.) Poskus. Poskusimo si pripraviti primeren malinovec. Koncentrat nalivamo v vodo, mešamo in opazujemo barvo. Temnejša je, slajši bo malinovec. Robot, ki pripravlja malinovec, bo napravil isto. Ventil z malinovcem je oprt. Količino natočenega malinovca ugotavljamo s svetlobo. Svetlobni curek gre prek posode in pada na svetlobni senzor - fototranzistor. Večja je koncentracija malinovca, manj svetlobe vidi fototranzistor. Ko pade jakost svetlobnega curka na primerno vrednost, zapre elektronsko vezje ventil. 19.) Poskus. Ko se stemni, je treba prižgati luč. Nalogo zlahka opravi fototranzistor, ki krmili polprevodniško stikalo za luč. Zahtevnejša in bolj zanimiva bo naloga, ko regulacijski sistem skrbi za enakomerno osvetljenost. Manj svetlobe nudi dan, več jo prispeva žarnica.