Regulace I

1. Regulace I Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František Kocián Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. www.zlinskedumy.cz

2. Charakteristika DUM

3. Regulace I Náplň výuky Regulace Ruční regulace Automatická regulace Regulátory Činnost regulátoru Rozdělení regulátorů

4. Obecně • Regulace (z lat. regula, pravítko, pravidlo) obecně znamená řídící či usměrňující činnost, ať už prováděnou člověkem nebo automatickým zařízením (regulátorem). Udržování hodnot regulované veličiny dle daných podmínek a hodnot této veličiny zjištěných měřením řízení se zpětnou vazbou. Zpětná vazba představuje měření regulované veličiny. • Příklady regulace • regulace teploty vody v bojleru • regulace výšky hladiny • regulace tlaku v tlakové nádobě • regulace otáček… • Druhy regulace • ruční regulace • automatická regulace Regulace

5. Obecně • regulace probíhající v zařízení, kde spojovacím článkem mezi měřícím • zařízením a regulačním orgánem je člověk Ruční regulace Obr. 1: Ruční regulace

6. Obecně • samočinné udržování hodnot regulované veličiny • člověk nahrazen bezezbytku technickým zařízením – regulátorem Automatická regulace Obr. 2: Automatická regulace

7. Definice základních pojmů • Regulovaná veličina (RV) – značena y veličina, jejíž hodnota je regulací upravována podle stanovených podmínek, měřená skutečná hodnota RV je okamžitá hodnota snímaná měřícím členem • Řídící veličina (ŘV) – značena w veličina, která nastavuje žádanou hodnotu RV žádaná hodnota, na které regulační obvod udržuje RV • Akční veličina (AV) – značena u veličina, jejímž působením na regulovanou soustavu se uskutečňuje regulace prostřednictvím akčního členu ovládá řízený proces • Poruchová veličina (PV) – značena d veličina, která způsobuje poruchu vyjadřuje působení vnějších vlivů na řízený proces • Regulovaná soustava (S) – zařízení nebo jeho část, na kterém se provádí regulace • Regulátor (R) – zařízení, pomocí kterého se uskutečňuje regulace • Regulační obvod (RO) – vznikne spojením regulované soustavy a regulátoru • Regulační odchylka – značena e rozdíl žádané a měřené hodnoty RV • rozdíl mezi nastavenou a skutečnou hodnotou RV (někdy definována opačně) Regulace

8. Definice Regulátor je zařízení, které provádí regulaci, čili které prostřednictvím akční veličiny působí na regulovanou soustavu tak, aby se regulovaná veličina udržovala na předepsané hodnotě (ve zvláštních případech to nemusí být konstantní hodnota) a regulační odchylka byla nulová nebo co nejmenší. Podle obr. 3 se regulační obvod skládá z regulované soustavy a regulátoru. Všechny členy tohoto obvodu s výjimkou regulované soustavy tedy zahrnujeme pod pojem regulátor. Regulátory Obr. 3: Blokové schéma soustavy a regulátoru

9. Regulátor se většinou skládá ze tří funkčních částí, které jsou více či méně od sebe funkčně i konstrukčně odděleny. • Jsou to: • měřící člen, • ústřední člen, • akční člen. Regulátory Obr. 4: Skladba regulátoru

10. Činnost regulátoru Snímač měřícího členu zjišťuje průběh regulované veličiny a mění jej na signál, vhodný ke zpracování v dalších členech regulátoru. Konstrukce snímače je dána druhem a velikostí regulované veličiny a druhem regulátoru. Výstupní signál snímače, úměrný okamžité hodnotě regulované veličiny, se v porovnávacím členu srovnává se žádanou hodnotou, nastavenou řídícím členem. Výstup porovnávacího členu, který je úměrný regulační odchylce, se zavádí do ústředního členu. To je hlavní část regulátoru, proto se často nazývá regulátor v užším slova smyslu. Skládá se zpravidla z několika funkčních celků, které provádějí vlastní řídící funkce regulátoru. Jeho výstupní signál ovládá akční člen. Ten se skládá z pohonu a regulačního orgánu a řídí tok energie do regulované soustavy Činnost regulátoru

11. Regulátory můžeme dělit podle jejich činnosti na několik skupin: 1. Dělení regulátorů podle druhu energie, s níž pracují a) Mechanické regulátory – obsahují pouze mechanické členy (páky, převody, roztěžníky) – nejsou příliš přesné ani rychlé, jsou rozměrné a jejich jedinou výhodou je jednoduchost a to, že mohou být snadno opraveny b) Pneumatické regulátory – vhodné v provozech, kde je realizován rozvod tlakového vzduchu – vzhledem k velké poddajnosti vzduchu mají měkkou charakteristiku, která může být někdy výhodná – využívají ventilů, membrán, clonek, vzduchových válců atd. – jsou provozně nenáročné, přesnost a rychlost vyhovuje pro méně náročné aplikace Rozdělení regulátorů

12. Dělení regulátorů podle druhu energie, s níž pracují c) Hydraulické regulátory – využívají k napájení olej – vzhledem k nestlačitelnosti kapalin mohou mít velkou sílu a rychlost – rozvod je realizován tlakovými hadicemi, různými ventily apod. je zde kladen velký důraz na těsnost – hmotnost kapaliny a pohyblivých částí zhoršuje dynamické vlastnosti, přesnost regulace je většinou uspokojivá – předností je spolehlivost a snadné provádění oprav, proto se používají v těžkých provozech Rozdělení regulátorů

13. Dělení regulátorů podle druhu energie, s níž pracují d) Elektrické regulátory – používají k napájení elektrickou energii – dříve využívali regulační systémy různých elektrických strojů (dynam, točivých a magnetických zesilovačů – Ward-Leonardovo soustrojí) – dnes se používají elektronické regulátory, pouze akční členy jsou elektromechanické (elektromagnety, servomotory, atd.) – největší výhodou elektronických regulátorů je vysoká kvalita regulace (vysoká přesnost a rychlost), malé rozměry a malá hmotnost, vysoká energetická účinnost, čistý a bezhlučný provoz s minimální údržbou, dostupnost součástek a relativně nízká cena. – nevýhodou je větší složitost, která komplikuje opravy, citlivost na elektromagnetické pole, někdy tyto regulátory samy produkují rušivé signály – nutnost důkladného odrušení – s rostoucí spolehlivostí a dostupnost integrovaných obvodů vzrostla i spolehlivost těchto systémů. Rozdělení regulátorů

14. 2. Dělení regulátorů podle způsobu napájení a) Přímé (direktivní) regulátory Odebírají energii pro svou činnost z regulované soustavy. Jde o jednoduché, nejčastěji mechanické regulátory bez velkých nároků na kvalitu regulace (Wattův regulátor otáček u parních strojů, plovákový regulátor hladiny). Zvláštní skupinu tvoří systémy s přepadem. Tento princip se používá při regulaci výšky hladiny, u tlakového hrnce, ale i u paralelních stabilizátorů napětí (stabilizační dioda). Nevýhodou těchto regulátorů je ztráta části energie a proto i nízká účinnost. Výhodou je neobyčejná jednoduchost a velká spolehlivost. Tento způsob se používá s výhodou k jištění horních mezních hodnot různých veličin. Rozdělení regulátorů

15. 2. Dělení regulátorů podle způsobu napájení b) Nepřímé (indirektivní) regulátory Odebírají energii pro svou činnost ze zvláštního napájecího zdroje (elektrického zdroje stejnosměrného napětí, rozvodu tlakového vzduchu, tlakového oleje atd.). Vyznačují se větší složitostí a tomu odpovídající vyšší kvalitou regulace. Podle přenosových vlastností (podle způsobu zpracování regulační odchylky e) je dělíme na proporcionální (P), integrační (I), derivační (D) a jejich kombinace PI, PD a PID. Rozdělení regulátorů

16. 3. Dělení regulátorů podle průběhu přenášeného signálu a) Spojité regulátory Pracují se spojitými signály a proto jejich hlavními stavebními prvky jsou operační zesilovače. Kvalita regulace je vysoká, jejich návrh je poměrně snadný. Pro velké výkony je však nevýhodná jejich menší energetická účinnost. Rozdělení regulátorů Obr. 6: Nespojitý regulátor Obr. 5 Spojitý regulátor

17. 3. Dělení regulátorů podle průběhu přenášeného signálu b) Nespojité (impulsové) regulátory Pracují s nespojitými signály. Můžeme je dále rozdělit na regulátory nespojité v čase (diskrétní) a nespojité v amplitudě (dvou a vícepolohové). Díky spínacímu režimu aktivních prvků dosahují velmi vysoké účinnosti. Mohou být velmi jednoduché (při nižší kvalitě regulace) nebo složitější, jeli třeba dosahovat stejné kvality, jakou dosahují spojité regulátory (tzv. kvazispojité regulátory). Nevýhodou nespojitých regulátorů je vznik rušení jako důsledek širokého frekvenčního spektra, způsobeného vyššími harmonickými signály, vznikajícími při spínání. Rozdělení regulátorů

18. Kontrolní otázky: • Jaké jsou druhy regulace? • Ruční a automatická regulace • Poloautomatická s občasným ručním řízením • Automatická regulace • Regulační odchylka? • značena e rozdíl žádané a měřené hodnoty RV rozdíl mezi nastavenou a skutečnou hodnotou RV (někdy definována opačně) • Výstupní signál snímače, úměrný okamžité hodnotě regulované veličiny, využívá se zde zpětná vazba • Zpětná vazba představuje měření regulované veličiny převodů. • Nepřímé (indirektivní) regulátory? • Nevyužívá se zde zpětná vazba • Následující operace může nastat jen tehdy, byla-li uskutečněna předcházející operace nebo byla-li splněna podmínka určená programem. • Podle přenosových vlastností (podle způsobu zpracování regulační odchylky e) je dělíme na proporcionální (P), integrační (I), derivační (D) a jejich kombinace PI, PD a PID.

19. Kontrolní otázky – řešení • Jaké jsou druhy regulace? • Ruční a automatická regulace • Poloautomatická s občasným ručním řízením • Automatická regulace • Regulační odchylka? • značena e rozdíl žádané a měřené hodnoty RV rozdíl mezi nastavenou a skutečnou hodnotou RV (někdy definována opačně) • Výstupní signál snímače, úměrný okamžité hodnotě regulované veličiny, využívá se zde zpětná vazba • Zpětná vazba představuje měření regulované veličiny převodů. • Nepřímé (indirektivní) regulátory? • Nevyužívá se zde zpětná vazba • Následující operace může nastat jen tehdy, byla-li uskutečněna předcházející operace nebo byla-li splněna podmínka určená programem. • Podle přenosových vlastností (podle způsobu zpracování regulační odchylky e) je dělíme na proporcionální (P), integrační (I), derivační (D) a jejich kombinace PI, PD a PID.

20. Seznam obrázků: Obr. 1: automatizace,regulační technika [online]. [vid. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://dum.spsnome.cz/2011/tp/mx/mx-tp-aut-03-23-Regulacni-technika-Zakladni-pojmy.pdf Obr. 2:automatizace,regulační technika [online]. [vid. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://dum.spsnome.cz/2011/tp/mx/mx-tp-aut-03-23-Regulacni-technika-Zakladni-pojmy.pdf Obr. 3: automatizace,regulační technika [online]. [vid. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://dum.spsnome.cz/2011/tp/mx/mx-tp-aut-03-23-Regulacni-technika-Zakladni-pojmy.pdf Obr. 4: automatizace [online]. [vid. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf Obr. 5: spojitý regulátor [online]. [vid. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://t3.gstatic.com/images? Obr. 6: termostatická hlavice [online]. [cit. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://www.herz.cz/uploads/foto/1926089.jpg

21. Seznam použité literatury: [1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupný na WWW: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf [2] SVARC. Základy automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupný na WWW: http://autnt.fme.vutbr.cz/svarc/ZakladyAutomatizace.pdf [3] NĚMEC, Z., Prostředky automatického řízení (Elektrické) Skripta VUT Brno 2002 [4] automatizace,regulační technika [online]. [cit. 14.7.2013]. Dostupný na WWW: http://dum.spsnome.cz/2011/tp/mx/mx-tp-aut-03-23-Regulacni-technika-Zakladni-pojmy.pdf

22. Děkuji za pozornost 