Politechnika ÿwiÿtokrzyska w Kielcach

Na rysunku poniej przedstawiony jest schemat blokowy ukadu zamknitego regulacji automatycznej. Ukad skada si z obiektu, regulatora oraz mechanizmu wykonawczego. Na schemacie pokazano zastosowanie ujemnego sprzenia zwrotnego, którego dziaanie polega na tym, e przy wzrocie wartoci regulowanej x nastpuje jednoczenie zmniejszenie wielkoci wyjciowej y regulatora. W ten sposób ujemne sprzenie zwrotne zmniejsza warto zmiany wielkoci regulowanej.

Regulator wytwarza impuls wyjciowy odpowiednio do wartoci odchylenia, w celu utrzymania moliwie maej wartoci w porównaniu do wartoci zadanej. Impuls wyjciowy regulatora oddziauje bezporednio lub porednio na organ regulujcy.

Zalenie od metody wytwarzania przez regulator impulsu sterujcego, rozrónia si nastpujce rodzaje regulatorów: proporcjonalny (P), cakujcy (I), proporcjonalno-cakujcy (PI), proporcjonalno-róniczkujcy (PD) i proporcjonalno-cakujco-róniczkujcy (PID).

Oprócz powyszych s stosowane regulatory o staej prdkoci (astatyczne) oraz regulatory dwupooeniowe. Te ostatnie znajduj szerokie zastosowanie w rónego rodzaju urzdzeniach przemysowych oraz w urzdzeniach gospodarstwa domowego.

Regulator skada si z organu pomiarowego, organu zadajcego (urzdzenie nastawcze) oraz organu regulacyjno-nastawiajcego. Jeeli warto wielkoci regulowanej oznaczymy przez x, warto za wielkoci zadanej wynosi x0, to odchylenie E bdzie E =x0-x. Regulator pod wpywem odchylenia E wytwarza sygna wyjciowy y, który dziaajc na czon wykonawczy zmienia warto wielkoci regulowanej x.

W technice sterowania i w technice przesy³ania i przetwarzania informacji wystêpuj¹ czêsto sygna³y dyskretne. Dyskretyzacja sygna³u ogólnie mo¿e polegaæ zarówno na operowaniu dyskretnymi wartoœciami sygna³u jak i dyskretnymi wartoœciami argumentu, to jest czasu. Sygna³y wystêpuj¹ce w dyskretnych chwilach czasu nazywa siê sygna³ami impulsowymi . Stosowanie techniki impulsowej podyktowane jest wzglêdami u¿ytkowymi - w wielu sytuacjach upraszcza siê konstrukcja urz¹dzeñ, lepsza jest w zasadzie odpornoœæ na zak³ócenia. Z drugiej strony wiele urz¹dzeñ wykorzystywanych w technice sterowania ma z natury rzeczy charakter impulsowy. Dotyczy to zw³aszcza techniki cyfrowej, gdzie wystêpuj¹ w³aœciwie wy³¹cznie sygna³y impulsowe. Zastosowanie maszyn cyfrowych do sterowania zmusza u¿ytkownika do potraktowania problemu sterowania jako problemu “dyskretnego”. Tak wiêc czêsto metody analizy przeznaczane dla uk³adów impulsowych trzeba stosowaæ do uk³adów ci¹g³ych.

Sygna³y impulsowe mo¿na niekiedy traktowaæ jako ci¹g³e, jeœli bowiem okres pojawiania siê impulsów jest dostatecznie ma³y w porównaniu ze sta³ymi czasowymi uk³adu o charakterze ci¹g³ym, w którym dany sygna³ impulsowy wystêpuje, to efekt na wyjœciu uk³adu ma charakter sygna³u ci¹g³ego. Natomiast przejœcie od postaci ci¹g³ej do postaci impulsowej sygna³ów jest zwykle bardziej skomplikowane. Zabieg przekszta³cania sygna³u ci¹g³ego w sygna³ impulsowy nazywa siê modulacj¹ impulsow¹, zaœ urz¹dzenie dokonuj¹ce modulacji impulsowej - impulsatorem.

Jeli impulsator rzeczywisty da si przedstawi jako poczenie impulsatora idealnego oraz liniowego czonu dynamicznego, nazwanego czonem formujcym (rys. 2), to impulsator nazywa si impulsatorem liniowym.

Schemat typowego uk³adu regulacji impulsowej jednej zmiennej pokazano na rys. 7. Obiektem regulacji jest obiekt ci¹g³y, natomiast uk³ad regulatora impulsowego sk³ada siê, obok w³aœciwego regulatora, z impulsatorów (kluczy) oraz cz³onu formuj¹cego (ekstrapolatora) na wejœciu obiektu. Aby doprowadziæ schemat z rys. 7 do postaci typowej (analogicznej jak dla uk³adów liniowych ci¹g³ych), nale¿y znaleŸæ odpowiednie transmitancje dyskretne. Transmitancjê dyskretn¹ regulatora oznaczamy przez Gr*(z). Transmitancja dyskretna obiektu z uwzglêdnieniem ekstrapolatora jest równa

- w tym przypadku sztucznie traktujemy sygnay cige w sposób dyskretny, na co wskazuj na rysunku symbole Z*(z) i Y*(z) w punktach, gdzie nie ma impulsatorów. Przez analogi do ukadów cigych otrzymamy transmitancje (rys. 8)

Synteza uproszczona uk³adu regulacji impulsowej, tzn. dobór regulatora przy za³o¿onej strukturze jak na rys. 7 oraz przy okreœlonych wymaganiach co do parametrów statycznych i dynamicznych (np. czêstotliwoœciowych) regulacji - przebiega podobnie jak dla uk³adu ci¹g³ego.

Ukad regulacji impulsowej polega na tym, e wielko wyjciowa regulatora nie jest ciga, lecz zmienia si periodycznie i ma posta cigu impulsów o prawie staym okresie, które oddziauj na mechanizm wykonawczy, regulujc odpowiednio dopyw czynnika do obiektu. Budowane s regulatory impulsowe o maej lub duej szerokoci impulsu stosunku do caego okresu oraz regulatory o staej lub regulowanej szerokoci impulsu. W powyszym wiczeniu przebadalimy nastpujce typy regulatorów w odpowiednich konfiguracjach;