Regulátor (technika)

Regulátor je zariadenie, ktoré sa stará, aby daný systém automaticky pracoval a fungoval v požadovanom rozsahu hodnôt.

Riadeným systémom môže byť napríklad motor, elektromotor, vykurovanie, klimatizácia, chemický proces atď.

Napríklad pri elektromotore potrebujeme udržiavať konštantné otáčky. Problém nastáva, keď ho odrazu zaťažíme -- otáčky trochu klesnú. Preto sa používa regulátor, ktorý zmierňuje následky zmeny záťaže prejavujúce sa na otáčkach.

Regulačný obvod, šedým je vyznačený regulátor

Fungovanie

Sledovaný parameter sa odčíta nejakým senzorom a vypočíta riadiaci zásah tak, aby tento parameter upravil na nami žiadanú hodnotu.

Na obrázku vidieť, že želaná hodnota S(s) vchádza do systému, kde sa od nej odpočíta výstup systému Y(s) (=Spätná väzba). Z toho vznikne regulačná odchýlka E(s). Tá vchádza do regulátora H(s), ktorý vypočíta riadiaci zásah, ktorý ide do riadeného systému F(s) z ktorého vychádza jeho výstup Y(s).

• H(s) - prenosová funkcia regulátora
• F(s) - prenosová funkcia riadeného systému

Regulátor je navrhovaný tak, aby po určitom čase bola regulačná odchýlka nulová (alebo veľmi malá).

Napríklad pri elektromotore:

• Y(s) - Pri elektromotore sú to napríklad otáčky, ktoré sa dajú zvyšovať/znižovať zvyšovaním/znižovaním napätia na kotve.
• U(s) - Riadiaci zásah je v tomto prípade veľkosť tohto napätia.

Ak sú aktuálne otáčky vyššie ako požadované, tak je regulačná odchýlka < 0 a regulátor znižuje napätie, naopak ak sú nižšie, regulačná odchýlka je > 0 a regulátor napätie zvyšuje.

Pri lineárnych systémoch ako tepelné procesy alebo elektromotory je riešenie takéhoto problému jednoduché. Náročnejšie je keď riadenie kmitavých systémov alebo systémov s dopravným oneskorením, vtedy sa ručne nastavujú len veľmi ťažko. Návrhom regulátorov sa zaoberá teória (automatického) riadenia, ktorá má rozvinuté metódy na riešenie rôznych druhov systémov.

Typy regulátorov

Podľa algoritmu

• lineárne
• Nelineárne
• Fuzzy
• Neurónová sieť
• Neuro-Fuzzy

Podľa techniky

• Analógové (Spojité)
• Digitálne (Diskrétne)

Pojmy

• Regulačná odchýlka – predstavuje rozdiel želanej hodnoty regulovaného parametra a jeho nameranej hodnoty.

• Spätná väzba – spätná väzba nastáva, keď je vstup do systému ovplyvňovaný jeho výstupom. Spätná väzba môže byť kladná alebo záporná. O zápornej spätnej väzbe hovoríme, keď sa Y(s) odpočítava od S(s).

• Riadiaci zásah – je hodnota (alebo vektor hodnôt), ktorú regulátor vypočítava a posiela do systému (napríklad riadiace napätie, otvorenie ventilu atď.)

• Želaná hodnota – hodnota, ktorú chceme aby riadený parameter mal (napr. teplota v miestnosti, prietok kvapaliny, otáčky motora atď.)

• Riadenie na želanú hodnotu – je vhodné ak často meníme želanú hodnotu (napr. otáčame volantom a želaná hodnota je natočenie predných kolies)

• Riadenie na poruchu – ak želanú hodnotu dlhodobo nemeníme, ale zato v systéme vystupujú poruchy

Porucha

Porucha znamená zmenu takej hodnoty, ktorú nemôžeme ovplyvniť, ale sa jej môžeme len prispôsobiť (alebo niekedy aspoň zhruba predvídať), napr. zväčšenie záťaže motora, zvýšený odber tepla z kotla domácnosťami, pri elektrárňach zvýšený odber elektriny domácnosťami atď.