Dynamika a řízení
 |
 |
 |
 |
 |
|---|
Všude existují příklady zpětnovazebních regulátorů. Existují 3 základní prvky zpětnovazebního řídicího systému.
- Pohon, který manipuluje a vyvolává akci
- Snímač, který měří odezvu
- Řadič, který v reakci na měření nastavuje pohon
Řadič přijímá měření ze snímače a porovnává je s cílovou hodnotou (žádanou hodnotou), aby určil, jaké nastavení pohonu je třeba provést. Některé akční členy jsou binární, například ON/OFF, zatímco jiné jsou spojité, například procento otevření (0-100 %). Níže uvádíme několik příkladů zpětnovazebních regulátorů.
Příklad 1: Regulace teploty v budově
Jedním ze známých příkladů regulátoru je regulace teploty v budově v zimě, která zahrnuje topení (akční člen), čidlo (termistor teploty) a regulátor (termostat). Regulátor zapíná topení, když teplota klesne pod určitou úroveň, a vypíná topení, když teplota stoupne nad určitou úroveň. Rušivou veličinou mohou být změny teploty venkovního vzduchu nebo změna vnitřní teploty v důsledku otevření dveří.
| Element | Řízení teploty |
| Aktuátor | Ventil nebo spínač v topení, Palivo do topeniště |
| Nastavená hodnota regulátoru | Žádoucí teplota v interiéru |
| Snímač | Temperaturní čidlo, např. termočlánek nebo termistor |
| Rušení | Otevření dveří, vítr, venkovní teplota |
Příklad 2: Automobilová regulace rychlosti
Považujte automobil s automatickým tempomatem. Řidič může regulátoru nastavit požadovanou hodnotu rychlosti. Řídicí jednotka upravuje polohu plynového pedálu (akční člen) v závislosti na změnách údajů rychloměru (snímač). Rušivou veličinou může být blížící se kopec nebo vítr, který by způsobil odchylku rychlosti od požadované nastavené hodnoty.
| Element | Řízení rychlosti |
| Aktuátor | Poloha plynového pedálu, Palivo do motoru |
| Nastavený bod regulátoru | Žádoucí rychlost (mph nebo km/s) |
| Senzor | Tachometr, měřená rychlost |
| Rušení | Kilometry, vítr, jiná auta |
Schéma procesu
Schéma procesu může být doplněno kroužky, které odhalují typ vysílače nebo řídicí jednotky.
Dvě písmena v názvu kroužku označují měřenou veličinu a to, zda se jedná o převodník nebo regulátor.
| Měření (písmeno 1) | Popis |
| A | Analyzátor (mol nebo hmotnostní zlomek) |
| C | Koncentrace |
| F | Průtok |
| I | Proud |
| L | Úroveň |
| P | Tlak |
| R | Odolnost |
| S | Rychlost |
| T | Teplota |
| V | Vibrace |
| X | Různé |
| Zařízení (písmeno 2) | Popis |
| C | Řídicí jednotka |
| E | Element |
| I | Indikátor |
| M | Motor |
| S | Spínač |
| T | Vysílač/převodník |
| V | Ventil |
| X | Různé |
| Z | Bezpečnostní zařízení |
Výše uvedené schéma má FT=Převodník průtoku, PT=převodník tlaku, PC=regulátor tlaku, FC=regulátor průtoku a FT=převodník průtoku. FT/FC i PT/PC tvoří smyčky zpětné vazby, protože měří a řídí stejnou veličinu. FC přijímá žádanou hodnotu z výše uvedeného PC a vytváří tak kaskádový regulátor dvou zpětnovazebních smyček. Horní FT měří tlakovou poruchu a poskytuje zpětnovazební prvek pro regulaci tlaku. Napěťové a kaskádové regulátory se přidávají za účelem odmítnutí dalších poruch a jsou pokročilejší než běžné zpětnovazební řízení.
Blokové diagramy
Blokové diagramy zobrazují bloky řídicího systému s propojením, které určuje směr a zapojení vstupů a výstupů. Zpětnovazební řídicí systém se skládá ze snímače, akčního členu a regulátoru, které jsou propojeny informacemi proudícími ve smyčce. Smyčka je vytvořena tak, že snímač poskytuje informace regulátoru. Regulátor mění výstup regulátoru, který pak mění proces. Proces je znovu změřen a cyklus se opakuje.
Blokové diagramy se liší od diagramu procesu tím, že jde o diagram toku informací, nikoliv nutně o to, jak jsou jednotlivé části zařízení fyzicky rozmístěny.
Terminologie řízení
Existuje různá terminologie, když hovoříme o běžných regulátorech, jako je proporcionální integrální derivační (PID), nebo o pokročilých regulátorech, jako je modelové prediktivní řízení (MPC). Níže je uvedena tabulka s některou terminologií a souvisejícími zkratkami.
| Element | Běžná regulace (PID) | Pokročilá regulace (MPC) |
| Aktuátor | Výstup regulátoru (CO) nebo výstup (OP) | Manipulovaná proměnná (MV) |
| Regulátor | Nastavený bod (SP) | Nastavený bod (SP) nebo rozsah (SPHI/SPLO) |
| Senzor | Procesní proměnná (PV) | Řízená Proměnná (CV) |
| Proměnná rušivá | Proměnná rušivá (DV) | Proměnná rušivá (DV) |