Regulátor (controller) může být jednoduše popsán následovně:
Srovnávací prvek a funkce regulátoru popisují chování regulátoru.
Následující text popisuje nejdůležitější typy regulátorů. Odezva regulátoru nám hodně říká o jeho chování. Odezva na jednotkový skok popisuje, jak řídicí jednotka reaguje na nevyrovnanou změnu procesní hodnoty.
Tři základní typy regulátorů jsou následující:
Proporcionální regulátor (P regulátor)
Integrační regulátor (I regulátor)
Derivační regulátor (D regulátor – není zde popsán)
Regulátory mohou být tvořeny kombinací těchto tří. Například PI regulátor je proporcionálně integrační regulátor.
P regulátor
Proporcionální regulátor (P regulátor) mění regulovanou proměnnou M úměrně regulační odchylce. P regulátor zapůsobí okamžitě, ale nemůže zmenšit regulační odchylku na nulu.
MPn = kP × en
MPn: Regulovaná proměnná P regulátoru v čase n
kP: Přírustek P regulátoru
en: Regulační odchylka v čase n
Následující obrázek ukazuje skok v procesní hodnotě a reakci regulátoru:
Souhrn
P regulátor má následující charakteristiky:
Nemůže snížit regulační odchylku na nulu.
Reaguje okamžitě na změnu procesní proměnné.
Je stabilní.
I regulátor
Integrační regulátor (I regulátor) mění regulovanou proměnnou M úměrně k regulační odchylce a času. I regulátor pracuje se zpožděnou akcí. To zcela odstraní regulační odchylku.
Aby bylo možné vypočítat hodnotu regulované proměnné v časovém období n, musí být doba do této doby rozdělena na malé časové úseky. Regulační odchylka na konci každého časového úseku musí být sečteny (integrovány) a poté jsou vloženy do výpočtu.
MIn = kI × (TS / TI) × (en + en-1 + en-2 + en-3 + … + e0) = kI × (TS / TI) × en + MIn-1
MIn: Regulovaná proměnná I regulátoru v čase n
MIn-1: Regulovaná proměnná I regulátoru v čase n-1; nazývá se také integrální suma
kI: Přírustek I regulátoru
TS: Čas vzorkování, doba trvání časového úseku
TI: Integrální čas: pomocí této doby je řízen vliv integrální části na regulovanou proměnnou
en: Regulační odchylka v čase n
en-1: Regulační odchylka v čase n-1; atd.
e0: Regulační odchylka na začátku výpočtů
Následující obrázek ukazuje skok v procesní hodnotě a reakci regulátoru:
Souhrn
I regulátor má následující charakteristiky:
Může nastavit procesní hodnotu přesně na požadovanou hodnotu.
Regulátor může oscilovat a být nestabilní.
Vyžaduje více času k provedení ovládací akce než P regulátor .
PI regulátor
PI regulátor okamžitě zmenšuje regulační odchylku a nakonec ji sníží na nulu.
Mn = MPn + MIn = kP × en + kI × (TS / TI) × en + MIn-1
Mn: Regulovaná proměnná v čase n
MPn: Proporcionální část regulované proměnné
MIn: Integrační část regulované proměnné
MIn-1: Regulovaná proměnná I regulátoru v čase n-1; nazývá se také integrální suma
kP: Přírustek P regulátoru
kI: Přírustek I regulátoru
TS: Čas vzorkování, doba trvání časového úseku
TI: Integrální čas: pomocí této doby je řízen vliv integrální části na regulovanou proměnnou
en: Regulační odchylka v čase n
Následující obrázek ukazuje skok v procesní hodnotě a reakci regulátoru:
Souhrn
PI regulátor má následující charakteristiky:
Komponenty P regulátoru rychle sníží regulační odchylku.
Komponenty I regulátoru pak sníží regulační odchylku na nulu.
Komponenty regulátorů se navzájem doplňují tak, že PI regulátor pracuje rychle a přesně.