Dynamik och reglering
 |
 |
 |
 |
 |
|---|
Det finns exempel på återkopplade regulatorer överallt. Det finns 3 väsentliga delar i ett återkopplat styrsystem.
- Aktuator som manipulerar och orsakar en åtgärd
- Sensor som mäter svaret
- Regulator som justerar aktuatorn som svar på mätningen
Regulatorn tar emot sensormätningen och jämför den med målet (börvärdet) för att avgöra vilken justering som behövs av aktuatorn. Vissa ställdon är binära, t.ex. ON/OFF, medan andra är kontinuerliga, t.ex. procent öppet (0-100 %). Nedan följer ett par exempel på återkopplingsregulatorer.
Exempel 1: Temperaturreglering av en byggnad
Ett välkänt exempel på en regulator är temperaturregleringen av en byggnad på vintern som omfattar en värmare (ställdon), en givare (temperaturtermistor) och en regulator (termostat). Styrenheten slår på värmaren när temperaturen sjunker under en viss nivå och slår av värmaren när temperaturen stiger över en viss nivå. En störningsvariabel kan vara förändringar i utomhustemperaturen eller en förändring av inomhustemperaturen på grund av att en dörr öppnas.
| Element | Temperaturreglering |
| Aktuator | Ventil eller omkopplare i värmaren, Bränsle till ugnen |
| Regulatorns börvärde | Desirerad temperatur inomhus |
| Sensor | Temperatursensor, t.ex. ett termoelement eller en termistor |
| Störningar | Dörrar öppnas, vind, temperatur utomhus |
Exempel 2: Bilars hastighetsreglering
Tänk på en bil med automatisk farthållare. Föraren kan justera hastighetsinställningen för regulatorn. Styrenheten justerar gaspedalens läge (ställdon) som svar på förändringar i hastighetsmätarens avläsning (sensor). En störningsvariabel kan vara en annalkande backe eller vind som skulle orsaka en avvikelse av hastigheten från det önskade inställningsvärdet.
| Element | Körningssystem |
| Aktuator | Gaspedalens läge, Bränsle till motorn |
| Regulatorns inställningspunkt | Desirerad hastighet (mph eller km/sek) |
| Sensor | Pedometer, uppmätt hastighet |
| Störningar | Backar, vind, andra bilar |
Processschema
Ett processschema kan kompletteras med cirklar som avslöjar typen av sändare eller styrenhet.
Två bokstäver i cirkelns namn anger den mängd som mäts och om det är en sändare eller en regulator.
| Mätning (bokstav 1) | Beskrivning |
| A | Analysator (mol- eller massfraktion) |
| C | Koncentration |
| F | Flöde |
| I | Strömslag |
| L | Nivå |
| P | Tryck |
| R | Motstånd |
| S | Hastighet |
| T | Temperatur |
| V | Vibration |
| X | Diverse |
| Enhet (Bokstav 2) | Beskrivning |
| C | Controller |
| E | Element |
| I | Indikator |
| M | Motor |
| S | Switch |
| T | Sändare/omvandlare |
| V | Ventil |
| X | Det mesta |
| Z | Säkerhetsanordning |
Diagrammet ovan har en FT=flödesöverföring, PT= tryckgivare, PC= tryckregulator, FC= flödesregulator och FT= flödesgivare. FT/FC och PT/PC bildar båda återkopplingsslingor eftersom de mäter och reglerar samma mängd. FC får ett börvärde från PC ovan för att skapa en kaskadregulator med två återkopplingsslingor. Den övre FT mäter en tryckstörning och ger ett feedforward-element till tryckregleringen. Feedforward- och kaskadregulatorer läggs till för att avvisa ytterligare störningar och är mer avancerade än vanlig återkopplingsreglering.
Blockdiagram
Blockdiagrammen visar blocken i ett styrsystem med de sammankopplingar som bestämmer riktningen och anslutningarna för ingångar och utgångar. Ett styrsystem med återkoppling består av en givare, ett ställdon och en styrenhet som är anslutna med information som flödar i en slinga. Slingan skapas genom att sensorn ger information till styrenheten. Styrenheten ändrar styrenhetens utgång som sedan ändrar processen. Processen mäts igen och cykeln upprepas.
Blockdiagram skiljer sig från ett processdiagram genom att det är ett diagram över informationsflödet, inte nödvändigtvis hur utrustningsdelarna är fysiskt placerade.
Regleringsterminologi
Det finns olika terminologier när man pratar om vanliga regulatorer som Proportionell Integral Derivativ (PID) eller avancerade regulatorer som Model Predictive Control (MPC). Nedan finns en tabell med en del av terminologin och tillhörande förkortningar.
| Element | Gemensam reglering (PID) | Avancerad reglering (MPC) |
| Aktuator | Regulatorutgång (CO) eller utgång (OP) | Manipulerad variabel (MV) |
| Regulator | Set Point (SP) | Set Point (SP) eller Range (SPHI/SPLO) |
| Sensor | Processvariabel (PV) | Kontrollerad Variabel (CV) |
| Störning | Störningsvariabel (DV) | Störningsvariabel (DV) |