Az olvasóink kilétét kutató kérdőíveink tanulsága szerint sok olyan látogatónk van, aki nem kifejezetten irányítástechnikai végzettségű. Nekik fog szólni ez a sorozat, mely a szabályozástechnika világába kíván vezetni lépésről lépésre. Ha ön képzett szakember, az első cikkek talán semmi hasznosat nem mondanak Önnek. A cikksorozat alapelve az érthetőség, ami előreláthatólag néhol a tudományosság rovására fog menni ;-))
Ezek miatt előre is elnézését kérjük.


Mi a szabályozás?
Az irányítás olyan módszere, ahol egy paramétert valamilyen értéken kívánunk tartani, és ezt úgy tesszük, hogy a szabályozott jellemzőt (Xs) mérjük, és ha az a kívánatos értéktől (alapérték, XA) eltér, beavatkozunk.
Ne keverjük össze a vezérléssel, ahol nem nézzük, mennyi a jellemző, (nincs visszacsatolás), hanem egy adott program szerint működtetünk eszközöket. Ilyen pl. a villanykapcsoló: Ha bekapcsoljuk, a lámpa világít, ha kell, ha nem.

Az 1. ábrán egy tartályban a folyadék szintjét szabályozzuk oly módon, hogy a befolyó vízbe egy szabályozó szelepet (LV) teszünk, a tartály szintjét egy szinttávadóval (LT) mérjük, a szelep és a távadó közé pedig egy szabályozót (LC) teszünk.
Ha a tartályban csökken a szint, egy picit nyitunk a szelepen. Igy zárul a szabályozókör.

Mi van a szabályozóban?
A 2. ábrán a szabályozó belseje látható. A legegyszerűbb esetben van itt egy alapjel képző potméter (Xa), egy különbségképző (K) és egy erősítő (E).
A különbségképző "kisebbítendő" bemenetére adjuk az alapjelet (Xa), azaz, hogy mekkora szintet szeretnénk tartani. A másik bemenetre kerül a "kivonandó", a szinttávadó jele, amit ellenőrző jelnek hívjunk szakemberek társaságában (Xe). A különbségképző kimenete az erősítő bemenetére megy, az erősítő kimenete pedig a szabályozó kimenete. Ennek neve végrehajtójel (Xv).

A szabályozó kimenetén tehát a hibajel (Xh=Xa-Xe) felerősített értéke jelenik meg. Mivel a végrehajtójel itt mindig arányos a hibajellel, ezt a szabályozót arányosnak (proportional) azaz P-tipusúnak hívjuk.
Az erősítővel beállíthatjuk, mennyire legyen érzékeny a szabályozásunk. Ha kicsire állítjuk, nagy hiba is csak kis szelepváltozást okoz. Ha nagyon feltekerjük, kis szintváltozásra is teljesen kinyit, vagy lezár a szelepünk, és a szint elkezd folyamatosan oszcillálni (csökken-nő). Hogy hol a beállítható határ? Később meglátjuk.
Vegyük észre, hogy ahhoz, hogy kimenő jelünk legyen, valamekkora hibajelre van szükség. (Ha hiba=0, a kimenet is 0 lesz, azaz a szelep lezár. A P-szabályzó mindig hagy egy kis hibát. Minél nagyobb az erősítés, a hiba annál kisebb.

Ha ebbe a hibába nem bírunk beletörődni, ki kell egészíteni a szabályozónkat. Az új alkatrész neve "integráló tag" lesz. Integrálni annyit tesz: gyűjtögetni. Így viselkedik pl. egy vízmedence. Ha állandó mennyiségű vizet engedünk bele, a szintje egyenletesen nő. Ha mondjuk a beadott víz térfogatáramát "bemenet"-nek, a szintet "kimenet"-nek nevezzük, akkor azt mondjuk, hogy a medence egy integráló tag. Ilyet lehet csinálni elektronikusan is.

Ha egy integráló tagra is rákapcsoljuk a hibajelet, akkor az ezt szépen gyűjtögeti, és állandó hibajelet feltételezve a kimenetét egyre növeli. A szabályozó kimenetét állítsuk elő az erősítő és az integráló tag kimenetének összegeként az "Ö" összegzővel, és máris kaptunk egy PI-szabályozót!

Miért jó ez? Láttuk, hogy a P-szabályozó hagy egy kis hibát. Az integráló tag ezt lassacskán gyűjtögeti, a kimenethez ez hozzáadódik és a szelepet apránként csak-csak beállítja úgy, hogy a hiba megszűnjön. Ehhez persze időre van szüksége. Ha a tartályból az elvételt állandóan változtatjuk, az integráló tagnak nem lesz ideje pontosan beállítani a szelepet.

Kellene valami, ami észevenné, hogy a szint változik, és azonnal ugrasztaná a szelepet, mégpedig annál nagyobbat lökne rajta, minél gyorsabban változik a szint. A differenciáló tag pont ilyen. Úgy viselkedik mint a lakosság infláció idején: Ha nem emelkednek az árak, mindenki nyugton van. Ha az áremelkedés lassú, de folyamatos, a nép is folyton morog. Ha az áremelkedés túl gyors, nagy felzúdulás keletkezik. Tehát nem a változás nagysága, hanem a sebessége számít.

Ha még egy ilyen differenciáló tagot is teszünk a szabályozónkba, PID-szabályozót kapunk. Ezzel már a szabályozási feladataink túlnyomó részét megoldhatjuk. A P-tag a hiba nagyságára figyel, az I-tag próbálja a hibát 0-ra csökkenteni, a D-tag pedig azonnal ugrik, ha a szabályozott jellemző (Xs) változik.

Angol szakkifejezések:

szabályozó:	controller
bemenet:	input
kimenet:	output
alapjel:	setpoint (SP)
szabályozott jellemző:	process value (PV)

Mára ennyit, a jövő héten mélyebbre merülünk. Viszontlátásra!