Rodzaje regulacji w układach sterowania

Układy sterowania ze względu na posiadaną informację początkową o procesie (obiekcie sterowania) można podzielić na:

- układy sterowania o pełnej informacji o procesie zwykłe:
o stabilizacji,
o nadążne (śledzące),
o sterowania programowego,
o optymalne.

- układy sterowania o niepełnej informacji o procesie
o adaptacyjne,
o sterowania rozmytego (fuzzy control),
o sterowania opartego na sieciach neuronowych.

Początkową informację o procesie stanowi zespół danych jakie uzyskano o tym procesie przed uruchomieniem układu automatycznego sterowania. Dane te są uzyskiwane w wyniku postępowania nazywanego identyfikacją obiektu.

Układy stabilizacji

Podstawowe, najprostsze i najczęściej stosowane układy automatyczne. Zadaniem ich jest utrzymywanie wielkości regulowanej na określonym, możliwie stałym poziomie w obecności zakłóceń działających na proces sterowany.

Układy nadążne (śledzące)

Układy te zwane serwomechanizmami są zamkniętymi układami sterowania, w których wartość zadana jest nie znaną funkcją czasu. Zadaniem układu jest spowodowanie nadążania wielkości sterowanej za zmianami wartości zadanej. Ściśle biorąc, wielu autorów nazywa serwomechanizmami tylko zamknięte układy sterowania położeniem (najczęściej) prędkością lub siłą w obiekcie sterowania. Ponieważ stanowią one jednak
zdecydowaną większość wszystkich układów nadążnych, traktuje się niekiedy obie nazwy jako równoważne.

Przykładem układu nadążnego jest układ sterowania ogniem artylerii przeciwlotniczej według wskazań radaru. Wartością zadaną jest położenie samolotu, mierzone przez urządzenie radarowe i wyrażane w postaci sygnałów elektrycznych. Wielkością sterowaną jest położenie dział przeciwlotniczych, które powinno odpowiadać położeniu samolotu z uwzględnieniem wszystkich poprawek balistycznych. Położenie dział jest również mierzone i wyrażane w postaci sygnałów elektrycznych, które porównywane są z sygnałami wartości zadanej w urządzeniu sterującym. Niezgodność wartości rzeczywistej (mierzonej) wielkości sterowanej z jej wartością zadaną wywołuje oddziaływanie urządzenia sterującego na silniki ustawiające działa w takim kierunku, aby tę niezgodność usunąć.

Układy sterowania programowego

Są to układy regulacji programowej i układy sterowania programowego, w których wartość zadana jest z góry określoną funkcją czasu, w= w( t ). Jako przykład może tu służyć układ programowej regulacji temperatury w piecu hartowniczym. Program regulacji może być wprowadzony przez urządzenie krzywkowe, zmieniające w( t )np. zgodnie z rys. 1.16.

Rys. 1.16. Przykładowy program regulacji temperatury w piecu hutniczym
[Żelazny M.: Podstawy automatyki. PWN,Warszawa,1976]

Jeżeli jednak zmiany wartości zadanej są szybkie to stanowią one główne zakłócenie działające na układ. Torem głównym będzie wówczas tor od „w” do „y”.

Układy optymalne

Przy narzuconych ograniczeniach sygnał sterujący procesem musi być zmieniamy tak, aby uzyskane wartości wybranych wskaźników były najlepsze w danych warunkach. Jako wskaźniki jakości regulacji mogą być przyjmowane:

• czas regulacji (układ czaso-optymalny zapewnia minimum czasu trwania sterowania),
• wydatek paliwa (układ optymalny ze względu na minimum wydatku pozwoli osiągnąć cel i zaoszczędzić paliwo),
• zasięg (układ optymalny ze względu na zasięg umożliwi przybycie najdłuższej drogi przy tym samym zapasie paliwa).

Przykładem takiego układu może być układ sterowania ciągiem silników tak, aby samolot osiągnął określony pułap, przy minimalizacji wskaźnika jakości, którym jest zużycie paliwa.

Układy adaptacyjne

Urządzenia sterujące mogą samoczynnie zmieniać swoje parametry lub charakterystyki, dopasowując je do zmieniających się właściwości procesu regulowanego i działających zakłóceń. Układ adaptacyjny pracuje podobnie jak człowiek. Musi mieć następujące zdolności:

• rozpoznawanie,
• zapamiętywanie,
• wyciąganie wniosków,
• wyboru decyzji,
• realizacji wybranej decyzji.

Układy adaptacyjne stosujemy wówczas, gdy nie mamy w pełni rozpoznanego procesu. Układy sterowania rozmytego sterowania rozmytego (fuzzy control) oraz sterowania opartego na sieciach neuronowych nie będą omawiane w ramach kursu.

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.