Regulatori s Povratnom Vezom

Regulatori s povratnom vezom

Povratna veza je prijenos signala s ulaza na izlaz.

Moe biti:

a) pozitivna: signal sa izlaza koji je vraen na ulaz je istog predznaka .

Ta se dva signala podudaraju i zbrajaju ,pa pojaanje jedinice raste.

Y0 = X0 +Y1

b) negativna : signal sa izlaza ,vraen na ulaz je suprotnog predznaka .

Ta dva signala se meusobno ponitavaju, pa pojaanje jedinice slabi, odnosno ukupni signal jednak je signalu razlike.

Y0 = X0-Y1Ovisno o izvedbi regulatora razlikujemo 4 osnovna naina izvedbe povratne veze:

a) kruta povratna veza

b) elastina povratna veza

c) usporena povratna veza

d) kombinirana povratna vezaa) kruta povratna veza

-izvodi se pomou jedinica i sklopova s P- djelovanjem.

Npr: otporniko elektroniko pojaalo:

Ovdje se ulazni signal (z) dovodi na bazu tranzistora ,a dobiva se kao suma dvaju signala:

-signala regulacijskog odstupanja (XV) i

-signala povratne veze F(y) koji se vraa sa kolektora.

Ako je signal regulacijskog odstupanja (XV) pozitivan onda je signal povratne veze F(y), kpji se uzima sa kolektora tranzistora,negativan,a signal (z) je njihov zbroj koji je uvijek manji od iznosa signala XV.

Na taj nain je ostvarena negativna povratna veza koja ima kruto djelovanje.

Kruta povratna veza znai:

-svi signali koji se pojavljuju na karakteristinim tokama proporcionalni su

signalu regulacijskog odstupanja (XV).

To znai ,ako je ovaj signal skokomian da su i svi ostali signali skokomini i da su njihove vrijednosti proporcionalne ulaznim signalima.

Kruta povratna veza stabilizira radnu toku,umanjuje utjecaj smetnji i poveava stabilnost i pouzdanost djelovanja.Promjena stupnja djelovanja povratne veze ,odnosno promjena proporcionalnog podruja (XP) moe se mijenjati promjenom vrijednosti otpora (RPV).

b) elastina povratna veza:

izvodi se pomou jedinica s P-djelovanjem i sklopova povratne veze s

D-djelovanjem

Ovdje se ulazni signal (z) ,koji se privodi na bazu tranzistora dobiva kao suma dvaju signala , signala (XV) i signala povratne veze Fy , koji se privodi sa kolektora preko kondenzatora CPV.

I ovdje je uz pozitivan ulazni signal ,signal povratne veze negativan, pa je signal

(z) ovisan o trenutanim vrijednostima ovih dvaju signala.

Budui da se signal povratne veze privodi sa kolektora preko kondenzatora, to je u sluaju skokominog ulaznog signala povratna veza najjaa u trenutku njegovog porasta, a potom ta veza slabi i nakon punjenja kondenzatora se smanji na nulu.

Oblici svih signala sa karakteristinih toaka ovakvog pojaala prikazani su na slici.

XV je skokominog oblika, dok su svi ostali signali derivacijskog ili integracijskog oblika.

Stupanj integracijskog djelovanja ili nagib izlazne karakteristike moe se mijenjati promjenom vrijednosti kapaciteta kondenzatora (CPV) ili promjenom vremenske konstante s kojom se odreuje vrijeme punjenja ovoga kondenzatora.

c) usporena povratna veza

izvodi se pomou jedinica s P-djelovanjem i sklopova povratne veze s I-djelovanjem.

Usporena povratna veza ostvarena je pomou svitka s induktivitetom (LPV) i otporom za ogranienje struje (RC) spojenim izmeu kolektora i ulaza P-pojaala .

I ovdje se ulazni signal (z) dobiva kao suma dvaju signala (XV) i signala povratne veze Fy.

Signal povratne veze je negativan u odnosu na signal (XV) pa je signal za bazu tranzistora (z) jednak njihovoj razlici.

Djelovanje povratne veze je ovdje ,zbog svojstva samoindukcije svitka ,takvo da je u prvim trenucima za vrijeme skokominog porasta ulaznog signala,signal Fy najmanji i da je pojaanje pojaala najvee.

Zbog toga je i izlazni signal (y) u prvom trenutku najvei,a poslije toga njegova vrijednost pada do vrijednosti nula.

Taj je izlazni signal jednak izlaznom signalu D-.jedinice.

Stupanj derivacijskog djelovanja ili nagib izlazne karakteristike moe se ovdje mijenjati promjenom vrijednosti induktiviteta (LPV) ili promjenom vremenske konstante sklopa (RC-LPV).

d) kombinirana povratna veza

najee izvedbe su slijedee:

a) kruta i elastina

b) kruta i usporena

c) kruta,elastina i usporena povratna veza

sastoje se najee od paralelno ili serijski spojenih jedinica s P , I , D djelovanjem.

Na taj nain se dobivaju regulatori razliitih tipova ,pomou kojih se mogu regulirati sve vrste procesa.

Takve povratne veze su najee:

a) kruta; kod P-regulatora

b) kruta i elastina; kod PI-regulatora

c) kruta,elastina i usporena ; kod PID-regulatora.

a) P-regulator:

Proporcionalno podruje (XP) mijenja se promjenom pojaanja,odnosno promjenom stupnja djelovanja negativne povratne veze.

a) PI regulator

Serijski su spojene jedinice krute i elastine povratne veze,(paralelno pojaalu)

SHAPE \* MERGEFORMAT

Proporcionalno podruje (XP) je ovdje odreeno stupnjem krute povratne veze ,a integracijsko vrijeme (TI) stupnjem elastine povratne veze.

c) PD-regulator

-serijski su spojene jedinice krute i usporene povratne veze.


Proporcionalno podruje (XP) odreeno je krutom povratnom vezom, a derivacijsko vrijeme (TD) stupnjem usporene povratne veze.d) PID-regulator

Izvodi se kombiniranom vezom s krutim, elastinim i usporenim djelovanjem.


Kod ovoga spoja je :

P - djelovanje odreeno stupnjem krute povratne veze

I - djelovanje odreeno stupnjem elastine povratne veze

D - djelovanje odreeno stupnjem usporene povratne veze.

I jedinica odreuje derivacijsko djelovanje

Integriranjem signala sa P-jedinice zadrava trenutak poetka djelovanja

povratne veze.

To je djelovanje jednako djelovanju D-jedinice u paralelnom spoju s P-regulatorom.

Na taj nain se na I-regulatoru odreuje derivacijsko vrijeme (TD).

D-jedinica odreuje integracijsko vrijeme djelovanja ovakvog PID regulatora.

Ova jedinica derivira signal preneen preko serijski spojenih P i I-jedinica.

Ona na taj nain ubrzava djelovanje povratne veze u regulatoru.

To djelovanje je jednako djelovanju I-regulatora paralelno spojenog P-regulatoru.

Kod regulatora s negativnom povratnom vezom uoljivo je inverzno (obrnuto) djelovanje jedinica (sklopova) s P , I i D djelovanjem u odnosu na izvedbe regulatora s paralelnin spajanjem tih jedinica.

Objanjenje se sastoji u principu djelovanja negativne povratne veze,koja signale sa izlaza ,pojaane i fazno za 1800 pomaknute vraa na ulaz regulatora.

Zbog toga se na regulatoru s povratnom vezom integracijsko vrijeme ugaa na D-sklopu, a derivacijsko vrijeme na I-sklopu.

Dvopoloajni regulatoriSu regulatori s nekontinuiranim djelovanjem.

Naziv ovih regulatora potjee od poloaja (stanja njihovog izvrnog dijela) i to od dvaju krajnjih poloaja ukljueno i iskljueno

Karakteristika dvopoloajnog regulatora:


Izlazna veliina mijenja se skokovito, tj. proporcionalno promjenama ulazne veliine.

U osnovnim ,jednostavnim izvedbama mogu se smatrati specifinim izvedbama P-regulatora.

Grade se na jednostavnim naelima ,ali imaju sloeno djelovanje (vladanje).

Kod opisivanja ovih regulatora ide se na pojednostavljenje zbog velike slinosti s P-regulatorima.

Statika karakteristika P-regulatora (idealizirana slika a).


Npr; kod regulacije temperature elektrinog grijaa,glaala,grijaa vode i sl.

Princip rada:

Regulator radi kao preosjetljiva preklopka koja pri minimalnoj promjeni temperature (X0) ukljuuje ili iskljuuje grija.

Ovakav idealni prikaz dvopoloajnog regulatora temperature odgovara idealnom preklopniku sa statikom karakteristikom bez histereze (slika a)

Slika b) stvarni izgled statike karakteristike dvopoloajnog regulatora:

Ukljuivanje postavne veliine na maksimalnu vrijednost grijanja nastupa kod vrijednosti neto niih , a njeno iskljuivanje kod vrijednosti neto viih od vrijednosti (X0).

Primjena:

-kod reguliranja temperature

-dvopoloajni regulatori razine tekuine s plovkom

-dvopoloajni regulatori tlaka i tekuina s kontaktnim manometrom.

Dvopoloajni regulatori se vrlo esto primjenjuju i kao sklopovi za blokiranje i signalizaciju krajnjih i kritinih ili opasnih stanja mjerenih i kontroliranih veliina procesa.

Npr: -termostat u automobilu 88 0C do 93 0C.

-glaalo

-i slino.....

Tropoloajni regulatori

Naziv ovih regulatora potjee od poloaja (stanja) njihovih izvrnih dijelova (lanova).

Ima tri poloaja: +Y ; 0 ; -Y

Vrijednost izlazne veliine Y = 0 ,ovaj regulator postie u iskljuenom stanju (vrijeme prije t0) i u vrijeme kad je postignuta jednakost stvarne i eljene vrijednosti regulirane veliine

( X = X0 ), odnosno kad ne postoji nikakavo regulacijsko odstupanje (od tn na dalje).Gornja slika pokazuje kako se postupno smanjuje regulacijsko odstupanje pri emu dolazi do nekoliko prijelaza; +Ym ; -Ym ; +Ym ; -Ym ; Y0 .....sve dok se ne postigne minimalno regulacijsko odstupanje.

Proces se smiruje dok ne doe novi poremeaj.

Primjer:Takav proces reguliranja odvija se kod klimatiziranja prostorija kad regulacijski sustav osim grijanja ukljuuje i hlaenje ili ventiliranje pri emu se postie znatno vea tonost regulacije.

Statika karakteristika ovakvih regulatora:

Karakteristika je s mrtvim pojasom i histerezom.

Mrtvi pojas: nastaje radi zranosti ili drugih mehanikih svojstava regulatora.

Histereza: je posljedica mehanikih ili elektrinih svojstava regulatora.

Tropoloajni regulator temperature s bimetalnom trakom:

Impulsni regulatoriOsnovne vrste impulsnih regulatora su 2 i 3-poloajni regulatori.

Kod njih se na temelju regulaciskih odstupanja stvaraju izlazni signali,koji su u osnovnom obliku impulsni, pravokutnog oblika,jednake visine, jednake ili razliite irine i jednake ili razliite frekvencije.

Vrlo bitno svojstvo je da regulatorima omoguuje da uvijek djeluju s najveom izlaznom snagom,ali razliitim trajanjem i frekvencijom impulsa.

Kod njih se kontinuirani signali diskretiziraju po vremenu.

Diskretizirati znai uzimati uzorke iz kontinuirane, neprekinute vremenske funkcije.

Uzimanje uzoraka u vremenu naziva se jo i impulsna modulacija signala.

Ulazni signal je modulirajui, a izlazni je modulirani.

Postoje tri naina diskretizacije po vremenu:

a) amplitudno-impulsna modulacija

b) irinsko-impulsna modulacija

c) vremensko-impulsna modulacija.

Ad 1) amplitudno-impulsna modulacija

Nepromjenjena je irina impulsa i perioda diskretiziranja (Ts),a mijenja se amplituda ovisno o promjeni amplitude ulaznog kontinuiranog signala.

Impuls koji se dobije je vrlo uzak i energetski slab.

Takav impuls je potrebno proiriti uz pomo ekstropolatora (element za formiranje impulsa).

Kada je irina impulsa jednaka iznosu (Ts) element se zove extrapolator nultog reda ili fiksator.

Ad 2) irinsko-impulsna modulacija (IM)

-amplituda impulsa je konstantna

-mijenja se irina impulsa razmjerno amplitudi ulaznog signala.

IM sklopovi imaju veliku primjenu u energetskoj elektronici gdje slue za elektrino otvaranje i zatvaranje tranzistorskih sklopki u invertorima.

Ad 3) vremensko-impulsna modulacija (VIM)

Postoje dvije vrste:

a. fazno-impulsna modulacija

b. frekvencijsko impulsna modulacija

Kod obje vrste impulsi su jednake amplitude i irine , ali je kod fazne modulacije fazni pomak impulsa proporcionalan amplitudi ulaznog kontinuiranog signala ,

a kod frekvencijske modulacije frekvencija impulsa je proporcionalna amplitudi ulaznog kontinuiranog signala.

Prednosti impulsnih regulatora

1. moe se upravljati s vie objekata jednim ureajem na cikliki nain

To je vremenska raspodjela (time sharing) sustava gdje se prividno

istovremeno (simultano) radi s vie objekata,a stvarno se na sukcesivan

nain (jedan po jedan) opsluuju objekti.

2. kako se signali prenose na diskretan nain , postie se vea tonost, odnosno

manja osjetljivost na smetnje.

Izmeu dva impulsa sustav ne reagira na smetnje.Digitalni regulatori(mikroprocesorski regulatori)Prednosti digitalnih sustava:

a. daju najveu tonost

b. velika otpornost na utjecaj smetnji

c. upravljanje s puno objekata istovremeno (time sharing)

d. sloeni upravljaki algoritmi (optimalni,adaptivni,nelinearni)

e. automatsko otkrivanje i itklanjane greaka

f. velika fleksibilnost

g. mala cijena , veliina, masa i potronja energije

h. razvijene jedinice za unos, ispis i pamenje podataka.

Digitalno elektroniko raunalo je sredite digitalnog sustava.

To su mikroraunala u jednoipnoj izvedbi.

Digitalni regulatori nazivaju se i mikrokontroleri.

Digitalni ureaji se sve vie koriste zbog sve veih zahtjeva tonosti upravljanja raznih objekata (alatni strojevi,roboti,fleksibilne proizvodne linije,zrakoplovi,brodovi.....)

Velika prednost mikroprocesorskih regulatora:

-jeftiniji (zbog razvoja poluvodike i velikoserijske proizvodnje)

-isti sklopovi mogu imati razne namjene ovisno o programu upisanom u

memoriju.

-kod digitalnih regulatora lako moemo promijeniti funkcionalnost

promjenom upravljakog programa.

-tijekom rada mogu se mijenjati parametri regulatora prema promjenama

parametara objekta upravljanja. (moe se mijenjati cijeli program).

-takvo upravljanje je :

-optimalno

-adaptivno

XV = signal regulacijskog odstupanja

F(y) = signal povratne veze

Z = ulazni signal

Y = izlazni signal

xv

t0

t

Fy

Fy

+

-

y

Re

RK

z

+

P

x

z

y

t

t

t

t0

t0

t0

Rpv

xv

Fy

Fy

+

-

y

Re

RK

z

+

P

x

z

y

t

t

t

t0

t0

t0

t0

t

Cpv

Fy

LPV

Fy

+

-

y

Re

RK

z

+

P

x

z

y

t

t

t

t0

t0

t0

RC

xv

t0

t

y

pojaalo

z

XV

XP

Fy

P

U krugu povratne veze spojena je P-jedinica

P - regulator

XV

y

z

XP

TI

Fy

P

I

pojaalo

XV

y

z

XP

TD

Fy

P

D

pojaalo

XV

y

XP

TD

P

pojaalo

z

Fy

D

TI

I

X

ym

t1

tn

t2

t0

t

t

X0

y

t0

t1

t2

tn

Ako je :

X > X0 Y = 0

X < X0 Y = YM

YM = maksimalna vrijednost postavne veliine

X

y

Simbol

dvopoloajnog regulatora

ukljueno

ym

ukljueno

iskljueno

y

X0

y

ym

T(0C)

T(0C)

X0

iskljueno

Sl.a)

Sl.b)

Y

1

2

l

l

X = T

210

y

Sklopka ukljuena

200

190

x

Sklopka iskljuena

t4

t3

t2

t1

-Ym

+Ym

X0

X

+XV

-XV

0

t0

t1

t2

t3

t4

tn

t

0

t

t0

tn

t0 do t1 X = X0 - XV

t1 do t2 X = X0 + XV

Y = 0 za X = X0

Y=+Ym za X = X0 - XV

Y= -Ym za X = X0 + XV

Y

simbol

X

x0

+Ym

-Ym

desno (D)

lijevo (L)

-xv

+xv

T=0

+T

L

D

-T

Osnovni,nulti poloaj (Y=0) izlaznih dijelova ovog regulatora postie se kod referentne temperature (T=0) kad je njeno odstupanje od eljene vrijednosti jednako nuli.

Kod smanjenja temperature ispod eljene vrijednosti (-T) traka se savija udesno i spaja kontakte za pripadni krug (N-D).

Kod povienja temperature iznad eljene vrijednosti (+T), traka se savija ulijevo i spaja kontakte za suprotni pripadni krug (N-L)

N

N

X

Y

t

t

Ulazni kontinuirani signal

Amplitudno-impulsna modulacija

Y

t

irinsko-impulsna modulacija

Y

t

fazno-impulsna modulacija (FIM)

Y

t

frekvencijsko-impulsna modulacija (FIM)

Analogni

ulaz

Analogni

MUX

A/D

digitalni

ulaz

ulazne

jedinice

P

ili

C

izlazne

jedinice

D/A

digitalni

izlaz

Analogni

izlaz

Memorije

RAM i ROM

MUX multipleksor

P mikroprocesor

C - mikrokontroler

0-10 V analogno

-2 - 25 V digitalno

esto se moraju kombinirati analogni i digitalni sklopovi zbog razlike signala.

PAGE 16

Documents

Regulatori s Povratnom Vezom